韩城二期烟气脱硫工程中石灰石品质特点分析及优化

　　[内容简介]本文着重介绍韩城电厂2X600MW机组中3、4号机组脱硫工程的有关石灰石-石膏湿法脱硫工艺系统中，石灰石品质特点分析及优化方案。
　　[关键词]韩城，烟气，脱硫，工艺，石灰石
　　一、工程概况：
　　1.1工程概况：
　　大唐韩城第二发电有限责任公司二期(2×600MW)工程系续建工程，一期已建有2×600MW湿冷机组，本期建设规模为2×600MW亚临界燃煤，直接空冷机组，全厂规划容量为4×600MW。本期工程年利用小时数为5500小时。
　　电厂一期建设规模为2×2045t/h（B-MCR）锅炉和2×600MW凝汽式汽轮发电机组，第一台机组已于2005年8月15日通过168试运行；第二台机组已于2005年11月18日通过168试运行。
　　本工程对韩城电厂的3号机组（4号机组为浙江浙大网新集团有限公司总承包建设）进行100%烟气脱硫，系统设置均为单元制，3号机组（包括公用系统）为中国大唐科技工程有限公司总承包建设。
　　1.2烟气脱硫设计要求
　　烟气脱硫工艺和设备是全新的，并且具有可靠的质量和先进的技术，能够保证高可用率、高脱硫率、低石灰石消耗量、低厂用电量及低耗水量，而且完全符合环境保护要求。
　　1.3工艺水品质参数
　　
　　
　　1.4石灰石参数
　　
　　
　　二、关于韩城脱硫石灰石品质分析
　　2.1吸收塔内化学反应
　　在吸收塔内烟气与石灰石/石膏悬浮液滴的逆向流发生反应，SO2和SO3与悬浮液中石灰石反应，形成亚硫酸钙，并在吸收塔浆池（吸收塔下部区）中被氧化空气氧化成硫酸钙，超饱和溶液结晶成石膏。
　　主要反应方程式如下：
　　吸收：SO2+H2O<==>H2SO3
　　SO3+H2O<==>H2SO4
　　中和：CaCO3+H2SO3<==>CaSO3+CO2+H2O
　　CaCO3+H2SO4<==>CaSO4+CO2+H2O
　　CaCO3+2HCl<==>CaCl2+CO2+H2O
　　氧化：2CaSO3+O2<==>2CaSO4
　　结晶：CaSO4+2H2O<==>CaSO4•2H2O
　　2.2石灰石成分和活性分析
　　石灰石—石膏湿法脱硫，所用吸收剂为石灰石。当脱硫副产品脱硫石膏品质要求严格时，对石灰石的CaCO3含量和活性则有相应的要求,一般情况下石灰石的纯度>90%,才能使可以用以做石灰石-石膏湿法反应的吸收剂。这里还要介绍一下石灰石的存在形式，石灰石矿有好几种晶体的存在形式，最常见的以3种矿石的形式存在：
　　（1）以方解石的形式存在的；以这种形式存在的石灰石矿的成分比较单一，石灰石的含量一般超过98%，而且氧化镁的含量比较低，对于石灰石-石膏来说是活性比较高的脱硫剂；
　　（2）是以白云石的形式存在的，它的分子式为CaMg(CO3)2,因为CaCO3与MgCO3是以晶体间的力结合的，所以它的溶解度比CaCO3更低，对于石灰石-石膏湿法脱硫系统来说，在那样的环境下（既PH为5.2的条件下），几乎没有活性；
　　（3）是两种晶体的结合物，它既有单独的石灰石晶体的存在，可能也有以白云石的形式存在的2种的混合物。当然对于吸收剂来说，它的成分不仅仅是石灰石，还有很多的杂质，包括活性的MgCO3,也就是说即使有MgCO3的存在，也不一定是以CaMg(CO3)2的形式存在，所以，对于烟气脱硫说，石灰石的活性不仅仅看石灰石组分的全分析，同时还要看到它的晶体成分，它的存在形式等等好多方面的事情。
　　2.3碳酸镁含量对系统配置、运行的影响
　　如果白云石，即CaMg(CO3)2的含量较高，则意味着可溶解的CaCO3量远小于石灰石的元素分析成分量，此石灰石不适合作为湿法脱硫的吸收剂。通常，我们要求石灰石成分满足如下要求：
　　CaCO3>90%
　　MgCO3<3%
　　而且CaCO3不能以CaMg(CO3)2形式存在。
　　对石灰石矿的标准要求应是：
　　CaCO3>95%
　　MgCO3<2%
　　Inerts<3%
　　从反应的原理来看，发生在吸收塔内的是液膜控制的反应，存在大量的Mg2+，同样存在大量的可溶性的MgSO3，它过多的存在，使得以下的反应受到了很大的影响：
　　SO2＋H2O→H2SO3
　　H2SO3⇋H＋＋HSO3－
　　因为溶液里面已经存在很多的SO32-,导致SO2被吸收的第一步反应，也是最重要的一步反应的化学反应推动力的减小，而导致SO2吸收的恶化。
　　因为吸收剂含量中MgO的含量过高，导致循环浆液中的MgSO4(L)的含量增加，既浆液中的SO42-增加，从而直接对导致吸收塔中的悬浮液的氧化的困难，因为氧化反应如下式表示：
　　HSO3－＋1/2O2→HSO4－（1）
　　HSO4－＋OH-＋SO42－（2）
　　因为（2）式的反应为可逆反应，从化学反应动力学的角度来看，如果SO42-的浓度太高的话，不利于反应向右进行，对于氧化反应的影响程度很大。
　　为了减少氧化空气的用量（减少电耗），我们应减小Mg2+的含量。
　　2.4韩城脱硫工程石灰石成份特点及相关问题
　　本工程石灰石成分中CaCO3成分偏低，仅有83.5%，同时MgCO3的含量高达6.2，这样石灰石成分中含有不溶解的白云石的概率很大，而业主提供石灰石样品中除CaCO3、MgCO3外其它的杂质量很高，这样引入系统的杂质量会很大，导致如下结果：
　　1） 浆液中白云石含量过高，造成石灰石活性降低，甚至石灰石失活，使脱硫效率大幅度降低。
　　2） 吸收塔内浆液含杂质量大，这些不溶解的杂质对搅拌器、循环泵叶轮的磨损会增大许多，使得这些脱硫系统关键设备寿命降低。
　　3） 同样管道系统内的杂质含量增大，增加对管道的磨损。
　　4） 进入石膏旋流器和石膏皮带脱水机的杂质增大，这些杂质一方面加速磨损石膏旋流器的旋流子，另一方面在脱水时增大杂质堵塞滤布的概率，并损坏滤布。
　　三、关于韩城脱硫石灰石优化对策
　　
　　针对韩城石灰石品质的特点及问题，建议采用如下两种方法以优化系统。
　　1） 不设置废水旋流器，因为若设置废水旋流器，则底流回塔，减少了浆液中杂质的排放，因此我们直接从石膏旋流器顶流分流一部分作为废水进入废水处理系统，以增加浆液系统中杂质的排放。
　　2） 增加石膏旋流器底流浓度，同时从吸收塔排出泵设置一路旁路，与石膏旋流器底流汇合，从而增加浆液系统中杂质的排放。
　　结论：但即便上述两种方案运用到本工程，浆液系统中的杂质含量仍然相当高，建议在采用石灰石—石膏法进行烟气脱硫工程工艺设计的时候，考虑采用更高品质的石灰石粉作为吸收剂，使工程投资和运行达到最优化。