Flue Gas Desulfurization (FGD) Plants - Mitsubishi Power

该工艺适用于SO2排放法规相对宽松的地区，同时由于设备配置简单，其初始成本低于湿式石灰石-石膏FGD工艺。下图显示了典型的系统流程。

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海水FGD的主要组成部分

海水FGD主要由两个关键组件组成：格栅塔洗涤器和曝气池。在格栅塔洗涤器中，海水吸收来自烟气中的SO2。在曝气池中，富含SO2的海水经过处理，以便回排入海洋。

烟气脱硫技术概述

什么是烟气脱硫？

烟气脱硫（FGD）指的是从烟气（排放气体）流中去除二氧化硫（SO2）的过程。燃烧化石燃料时，SO2会释放到大气中，成为酸雨的主要成因。 由于环境法规日益严格，FGD过程对许多工业厂房来说变得至关重要。尽管FGD过程在多个行业中得到应用，本篇文章主要集中于与电力发电行业相关的FGD设备，特别是对于燃煤电站。

值得注意的是 - 脱硫的拼写有两种：一种为脱硫（British English），另一种为脱硫（American English）。

为什么我们需要烟气脱硫？

大多数化石燃料（煤，石油等）均含有一定量的硫。一旦化石燃料被燃烧，所含硫便会通过燃烧过程释放到大气中。一些煤的硫含量可达到4%，考虑到燃煤电站每天燃烧超过5,000吨煤，这是一种相当可观的数量。

二氧化硫容易与水结合，因此它很容易与大气中的水分云结合。当云达到足够的水分饱和度时，水滴便会因重力而形成并降落到地面，该过程称为降水（降雨）。

不幸的是，当水分吸收二氧化硫时，其酸性增强。因此，当潮湿云吸收大气中的二氧化硫气体时，悬浮水分子（潮湿）的酸雨，随后因重力而降落到地面。

酸雨对作物、基础设施、植被、土壤造成损害，并导致海洋酸化。由于二氧化硫是造成酸雨的主要因素，环境法已经出台，迫使SO2的生产者减少其排放量。燃煤电站是二氧化硫的主要排放源，因此它们被迫安装FGD系统以减少SO2排放并遵守环境法规。

烟气脱硫（FGD）

FGD过程分为湿式和干式两种。干式FGD系统使用粉末状（干燥状态）的试剂。湿式FGD系统则利用经过混合干试剂与水而形成的碱性浆液. 尽管可行的FGD设计主要有两种，但超过75%的发电FGD系统仍然是湿式的。

烟气脱硫的工作原理

通过与试剂之间的化学反应，是去除烟气流中SO2的最经济方法。试剂是添加到系统中以引起化学反应的物质或化合物。合适的试剂应将SO2变得对环境无害，同时产生不会对环境造成损害的副产品。

在FGD系统中使用的最常见试剂是石灰（氧化钙）和石灰石（CaCO3）。也存在其他替代试剂，例如氨，但石灰石是被广泛采用的主要原因在于其充足、廉价，同时易于获取；然而这些因素依赖于地理位置。

烟气脱硫过程中生成的副产品通常是亚硫酸钙（CaSO3）和/或硫酸钙（CaSO4）。所产生的副产品取决于所用的试剂和所选的FGD系统设计。无论试剂和设计如何，副产品一般都是基于钙的。

湿式“可抛弃”FGD设计是现今燃料发电站中应用最为普遍的FGD设计。接下来的部分描述一种典型的湿石灰石吸收塔是如何运作的。

湿式烟气脱硫的工作原理

石灰石以碎块或整块的形式送入工厂。碎石灰石可以直接送入储料仓，在专用混合单元中与水混合。未碎的石灰石在与水混合或储存之前需要经过尺寸减小阶段。尺寸减少可以通过现场的破碎机或磨粉机实现，例如颚式破碎机、圆锥破碎机等。

粉碎的石灰石与水混合形成碱性浆液。碱性浆液是指任何pH值超过7.0的浆液，但出于操作目的，浆液通常要求pH稳定在8.0（系统设计依赖）。

烟气从燃煤电站的水管锅炉中排放，经过布袋除尘器或静电除尘器（ESP），然后传送至脱硫设备。烟气进入脱硫设备时的温度大约为150'C（300'F）或更高。烟气中夹带的二氧化硫气体通过湿式洗涤分离。

湿式洗涤通过使烟气从洗涤器塔底部流向顶部来实现的。碱性浆液在相反的方向流动（自上而下），此布置被称为逆向流动，因为两种流动介质的流向相反。请注意，逆流设计也有时被称为对流设计。在所有流动设计中（逆流、交叉流和平行流），逆流设计的效率最高，有助于流动介质的热量传递和混合。

为了确保与烟气的碱性浆液之间高效的直接接触，会使用一系列配备喷雾喷嘴的喷雾层。喷雾喷嘴以均匀的方式将碱性浆液排放到塔内，确保流动介质之间具有较大的接触面积。较低的喷雾层工作于约4.0的pH值，而较高的喷雾层则工作于约6.0或更高。喷雾喷嘴在约1 bar（14.5 psi）的低压下操作。

碱性浆液从喷雾层落至穿孔托盘。穿孔托盘强制烟气在通过塔时冒泡通过浆液，确保浆液与烟气之间良好的直接接触。

在穿孔托盘的孔中通过后，浆液因重力落至塔底并在废水储存罐（EHT）中收集（有时称为反应延迟罐）。与烟气夹带的浆液在塔的顶部由分离器分离，并返回至EHT。

浆液中的水迅速吸收二氧化硫气体，浆液的碱性性质中和了该气体的酸性。水被称为吸收剂，而石灰石则被称为试剂。剩余的烟气从塔顶部排放，但最多可去除99%的SO2（通常可去除90%至95%）。

将碱性浆液与二氧化硫反应生成亚硫酸钙（CaSO3），该化学反应可以表示为：

CaCO3 + 1 SO2 -> CaSO3 + CO2

亚硫酸钙在氧气作用下进一步氧化成硫酸钙（CaSO4），该化学反应可以表示为：

CaSO3 + 2H2O + ½O2 -> CaSO4 · 2H2O

压缩空气（约1 bar / 14.5 psi）被喷入废水储存罐底部，气泡向上通过浆液。由于压缩空气的注入，强迫氧化的过程产生亚硫酸钙，并形成硫酸钙。部分存储的浆液循环回喷雾层，但有些浆液会从塔中排出以进行脱水处理。搅拌机（连接至三相电机的螺旋桨）防止EHT中钙的固化。

脱水过程将FGD副产品与浆液分离。当浆液从塔中排出时，浆液中含有约10-15%的钙基固体。用于脱水过程的机器通常包括真空过滤器、水力分离器和澄清器（增稠剂）。提取出的晶体钙基物质可以出售或处置。

FGD副产品通常可以出售，以降低工厂的整体运营成本。硫酸钙也被称为石膏，用于多种商业产品中。石膏最常见的用途是用于建筑行业的石膏板（墙板），但它也用作农业行业的肥料。如副产品无法出售，往往将其与煤灰混合并送往填埋场。

湿式洗涤塔的建筑材料

由于塔内的腐蚀性和磨损性环境，有必要谨慎选择塔的建筑材料。建筑材料的选择取决于塔的组件和设计，但不锈钢、玻璃纤维和橡胶衬里碳钢是常见的建筑材料。

FGD过程的效率

在湿式洗涤塔中的液气比（L/G）对其运行效率有很大影响。通常，较高的L/G比是期望的，因为这能确保尽可能多地去除烟气中的SO2，同时防止碱性浆液的固化。浆液的固化会导致塔内的流动路径减少、喷雾喷嘴堵塞，且难以去除（固化后非常硬且黏附性强）。

磷酸沥青浆液的

额外资源

https://en.wikipedia.org/wiki/Flue-gas_desulfurization

https://www.mhps.com/products/aqcs/lineup/flue-gas-desulfurization

https://www.lime.org/lime-basics/uses-of-lime/enviromental/flue-gas-desulfurization

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