脱硫脱销设计 - 图文

课程设计指导书

一、前言

我国的能源构成以煤炭为主，其消费量占一次能源总消费量的70%左右，这种局面在今后相当长的时间内不会改变。火电厂以煤作为主要燃料进行发电，煤直接燃烧开释出大量SO2，造成大气环境污染，且随着装机容量的递增，SO2的排放量也在不断增加，加大火电厂SO2的控制力度就显得非常紧迫和必要。SO2的控制途径有三个：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫即烟气脱硫（FGD），目前烟气脱硫被以为是控制SO2最行之有效的途径。目前国内外的烟气脱硫方法种类繁多，主要分为干法（或半干法）和湿法两大类。湿法脱硫工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作为吸收剂，技术比较成熟，是目前使用最广泛的脱硫技术，根据吸收剂种类的不同又可分为石灰石/石膏法（钙法）、氨法、海水法等。其中钙法因其成熟的工艺技术，在世界脱硫市场上占有的份额超过80%。

截至2011年底，我国脱硫装机超过6亿千瓦，其中85%以上为湿法烟气脱硫，多存系统稳定性差，脱硫效率波动较大等问题。火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011将执行200mg/m3的SO2排放浓度限值，且新建脱硫装置将不允许设置旁路，对脱硫装置性能与可靠性要求极高。

二、设计原则

本课程设计采用的工艺为石灰石-石膏湿法全烟气脱硫工艺，吸收塔采

用单回路喷淋塔工艺，含有氧化空气管道的浆池布置在吸收塔底部，氧化空气空压机（1用1备）安装独立风机房内，用以向吸收塔浆池提供足够的氧气和/或空气，以便亚硫酸钙进一步氧化成硫酸钙，形成石膏。

塔内上部烟气区设置四层喷淋。4台吸收塔离心式循环浆泵（3运1备）每个泵对应于各自的一层喷淋层。塔内喷淋层采用FRP管，浆液循环管道采用法兰联结的碳钢衬胶管。喷嘴采用耐磨性能极佳的进口产品。吸收塔循环泵将净化浆液输送到喷嘴，通过喷嘴将浆液细密地喷淋到烟气区。从锅炉来的100%原烟气中所含的SO2通过石灰石浆液的吸收在吸收塔内进行脱硫反应，生成的亚硫酸钙悬浮颗粒通过强制氧化在吸收塔浆池中生成石膏颗粒。其他同样有害的物质如飞灰、SO3、HCI和HF大部分含量也得到去除。吸收塔内置两级除雾器，烟气

在含液滴量低于100mg/Nm3（干态）。除雾器的冲洗由程序控制，冲洗方式为脉冲式。

石膏浆液通过石膏排出泵（1用1备）从吸收塔浆液池抽出，输送至至石膏浆液缓冲箱，经过石膏旋流站一级脱水后的底流石膏浆液其含水率约为50%左右，直接送至真空皮带过滤机进行过滤脱水。溢流含3~5%的细小固体微粒在重力作用下流入滤液箱，最终返回到吸收塔。旋流器的溢流被输送到废水旋流站进一步分离处理。石膏被脱水后含水量降到10%以下。在第二级脱水系统中还对石膏滤饼进行冲洗以去除氯化物，保证成品石膏中氯化物含量低于100ppm，以保证生成石膏板或用作生产水泥填加料（掺合物）优质原料（石膏处理系统共用）。

图1 石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺流程图

三、设计步骤

1、确认烟气参数、煤质资料、吸收剂成份、脱硫效率；

2、系统流程的确定；

3、物料平衡计算（烟气量核算、工艺水核算、热量核算、物料核算）； 4、各子系统流程的确定（烟气系统、SO2吸收系统、吸收剂制备系统、石膏处置系统、工艺水系统、浆液排空系统、废水排放和处理系统、电气系统、控制系统）；

烟气系统：是否全烟气脱硫？选择轴流式还是离心式风机？GGH是否保留？烟道、吸收塔等设备采用何种防腐方式？SO2吸收系统：多炉一塔还是一炉一塔？几层喷淋层？什么类型的除雾器？氧化风机布置几台？吸收剂制备系统：直接购置石灰石粉末、购置一定块度的石灰石磨制？湿式制浆还是干式制浆？石膏处理系统：石膏抛弃还是回收利用？

5、总平面布置（各子系统空间布置场所）

6、吸收塔结构设计（吸收塔直径；吸收塔高度；进出口烟道尺寸；浆液泵、石膏泵、循环泵等位置；吸收区、氧化区的高度；喷淋层之间距离；除雾器布置方式。）

四、设计计算书

一）、原始数据 序 号 （1）煤质资料 1 2 3 4 5 6 7 8 9 项 目 符 号 单 位 Cy Hy Oy Ny Sy AY Wy Vry QyDW 公式及依据 % % % % % % % % kJ/kg 煤种 煤种 应用基碳份 应用基氢份 应用基氧份 应用基氮份 应用基硫份 应用基灰份 应用基水份 可燃基挥发份 低位发热量 褐煤 49.90 3.00 5.57 0.86 0.59 31.58 8.50 17.86 18870

（2）锅炉型号及参数

1 锅炉型号 SG220/9.8-M671 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 锅炉制造厂 共用FGD锅炉数量 蒸发量 过热蒸汽温度 过热蒸汽压力 过热蒸汽焓 再热蒸汽流量（出口/进口） 再热蒸汽温度（出口） 再热蒸汽温度（进口） 再热蒸汽压力（出口） 再热蒸汽压力（进口） 再热蒸汽焓（出口） 再热蒸汽焓（进口） 汽包压力 排污率 排污水焓 给水温度 给水压力 给水焓 锅炉效率（高位发热量计） 锅炉效率（低位发热量计） 机械未完全燃烧损失 炉膛过剩空气系数 空预器进口过剩空气系数 空预器出口过剩空气系数 灰渣分配比例 Dgr tgr pgr igr Dzr t\zr t'zr p\zr p'zr i\zr i'zr p αps ips tgs pgs igs ηgl ηdl q4 αl α′ky α′′ky Ψ h 上海锅炉有限公司 t/h ℃ Mpa kJ/kg t/h ℃ ℃ Mpa Mpa kJ/kg kJ/kg Mpa / kJ/kg ℃ Mpa kJ/kg / / % / / / % 1 1060 540 17.50 3395.3 879 540 332 3.975 3.775 3538.73 3147.76 19.00 0.01 1749.5 282 19.392 1333.60 0.8314 0.9247 1.00 1.15 1.20 1.33 85 （3）环境参数 1 2 3 4 环境温度 标态下SO2密度 空气中的水质量含量 空气密度 t0 ρso2 ρg ℃ % 20 2.856 1 1.29 kg/Nm3 kg/m3 （4）石灰石品质资料（石灰石矿点） 1 CaCO3含量 2 SiO2含量 3 CaO含量 4 MgO含量 % % % % 98.2 1.1 54.5 0.65 5 S含量 % 0.025 （5）电除尘器资料

1 2 3 4 5 电除尘器数量 每台电除尘器电场数 厂商 型式 除尘效率 ζep % 99.7 （6）吸收塔设计参数 除尘器出口烟气温度 1 2 4 4 5 6 7 8 9 10 11 12 脱硫效率 ζg v ℃ % kg/kg kg/m3 % % m/s s L/m3 min 138 95.0 2 0.008 1.290 98.2 0.65 1.03 3.5 2.5 14 5 氧化倍率 空气中的水含量 空气密度 石灰石含量 镁含量 Ca/S摩尔比 烟气流速 雾化区停留时间 液气比 停留时间 t

二）、燃料灰渣计算

序号 项目 1 2 3 4 耗煤量 计算燃料消耗量 除尘器进口灰量计算 除尘器出口灰量计算 符号 Bh Bj Gepi Gepo 单位 t/h t/h Bh*(100-q4)/100 φh*ζep φh*(1-ζep) 计算公式 计算结果 145.20 143.75 39.66 0.119 三）、除尘器进口烟气量的计算

（1）、烟气量的计算 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 理论空气量 N2理论体积 CO2理论体积 SO2理论体积 RO2理论体积 水蒸汽理论体积 烟气理论体积 空预器出口烟气实际体积(湿烟气) 蒸汽吹灰量 空预器出口烟气密度 空预器出口烟气量 Vo VN20 VCO20 VSO20 VRO20 VH2O0 Vy0 Vky g r0y Qpy Nm3/Kg Nm3/Kg Nm3/Kg Nm3/Kg Nm3/Kg Nm3/Kg Nm3/Kg Nm3/Kg kg/kg Kg/Nm3 Nm3/h 0.0889(Cy+0.375Sy)+0.265Hy-0.0333Oy 0.79V0+0.008Ny 1.866Cy/100 0.7Sy/100 1.866(Cy+0.375Sy)/100 0.111Hy+0.0124Wy+0.0161V0 VN20+VRO20+VH2O0 Vy0+0.0161(αky-1)V0+(αky-1)V0 锅炉厂定 (1-0.01Ay+1.293αkyV0+g)/Vky Vky*Bj*103 5.065 4.008 0.931 0.004 0.935 0.520 5.464 6.493 0.00 1.316 933344 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 除尘器漏风系数 增压风机漏风系数 GGH漏风系数 除尘器出口温度 增压风机出口温度 GGH出口温度 除尘器出口烟气实际体积(湿烟气) 除尘器出口烟气量(标湿) 除尘器出口烟气实际体积(干烟气) 除尘器出口烟气量(标干) 增压风机出口烟气实际体积(湿烟气) 增压风机出口烟气量(标湿) △α1 △α2 △α3 t1 t2 t3 Vpy1 Qpy1b Vpy1g Qpy1 Vpy2 Qpy2b / / / ℃ ℃ ℃ Nm3/Kg Nm3/h Nm3/Kg m3/h Nm3/Kg Nm3/h Nm3/Kg m3/h Nm3/h m3/h 除尘器厂给定 增压风机厂给定 GGH厂给定 (αky*tpy+△α1*t0)/(αky+△α1) (αky*tpy+∑△α*t0)/(αky+∑△α) (αky*tpy+∑△α*t0)/(αky+∑△α) Vky+0.0161△α1*V0+△α1*V0 Vpy1*Bj*103 Vky+0.0161△α1*V0+△α1*V0 Vpy1*Bj*103*（273+t1)/273 Vky+0.0161∑△α*V0+∑△α*V0 Vpy2*Bj*103 VN2＋VO2＋VCO2＋VSO2 Vpy2*Bj*103*(273+t2)/273 Vpy2b*Bj*103 Vpy2*Bj*103*(273+t2)/273 0.03 0.01 0.01 138 139 105 6.647 955450 6.108 878013 6.698 962848 6.159 1453090 885294 1336049 增压风机烟气实际体积(干烟Vpy2g 气) 增压风机出口烟气量(湿态、实Qpy2 际) Qpy2b 增压风机出口烟气量(标干) 增压风机出口烟气量(干烟) Qpy2

（3）、FGD进口烟气成分 1 2 3 4 5 N2体积 O2体积 CO2体积 SO2体积 水蒸汽体积 VN2 VO2 VCO2 VSO2 VH2O Nm3/Kg Nm3/Kg Nm3/Kg Nm3/Kg Nm3/Kg VN20+0.79(αky+∑△α-1)Vo 0.21(αky+∑△α-1)Vo VCO20 0.85*VSO20 VH2O+0.0161(αky+∑△α-1)V0+g/0.793 4.9288 0.2447 0.9311 0.0035 0.5387 （4）、烟气成分与湿烟气量比值 １ N2体积百分比 ２ O2体积百分比 ３ CO2体积百分比 ４ SO2体积百分比 5 水蒸汽体积百分比 % % % % % 100*VN2/Vpy2 100*VO2/Vpy2 100*VCO2/Vpy2 100*VSO2/Vpy2 100*VH2O/Vpy2 74.18 3.81 13.90 0.05 8.05 （5）、烟气成分与干烟气量比值 １ ２ ３ ４ N2体积百分比 O2体积百分比 CO2体积百分比 SO2体积百分比 % % % % 100*VN2/Vpy2g 100*VO2/Vpy2g 100*VCO2/Vpy2g 100*VSO2/Vpy2g 80.68 4.15 15.12 0.06

（6）、原烟气中SO2浓度计算 1 2 3 4 5 转换成SO2体积 原烟气SO2体积流量 原烟气SO2质量流量 原烟气进口SO2浓度(标湿) 原烟气进口SO2浓度(标干) VSO2s QSO2v QSO2m CSO2 CSO2 Nm3/Kg Nm3/h kg/h mg/Nm3 mg/Nm3 VSO2 VSO2s*Bj*103 ρso2*QSO2v 106*QSO2m/(Qpy2*273/(273+t2)) 106*QSO2m/(Qpy2b*273/(273+t2)) 0.003511 504.62 1441.19 1496.79 1627.92 四）、石灰石与石膏耗量

1 石灰石耗量 Glim t/h t/h Cso2*ζg*(100/64)*Qpy4*10^(-9)*mol/CaCO3% Qpy2*10?93.683 6.424 *(CSO2*172/64)?Glim*?CaCO3/100*0.04?Glim*(1??CaCO3/100)2 干石膏产量 Ggy

五）、除尘器出口飞灰浓度

1 增压风机进口飞灰浓度(湿态） 2 增压风机出口飞灰浓度(湿态） g/Nm3 mg/Nm3 GFan,wet?Gepi?106/Qpy1b 41.512 123.58 GFan,dry?Gepi?106/Qpy1 五、烟气和水平衡计算

2.1、原烟气（增压风机前） 烟气温度 标态烟气体积流量 标态烟气体积流量 实际烟气量体积流量 ℃ Nm3/h，湿 Nm3/h，干 m3/h，湿 138 955,450 878,013 1,438,425 2.2、原烟气（增压风机后） 烟气温度 标态烟气体积流量 标态烟气体积流量 实际烟气量体积流量 ℃ Nm3/h，湿 Nm3/h，干 m3/h，湿 139 962,848 884,812 1,453,090 2.3、吸收塔入口 标态烟气体积流量 干烟气质量流量 水蒸汽质量流量 Nm3/h，干 kg/h kg/h 884,812 1,204,592 68,232 2.4、氧化空气流量 二氧化硫的含量 烟气中二氧化硫量 需要脱除的二氧化硫的量 氧气的质量 氧化空气的量 氧化空气的量 氧化空气的量 mg/Nm3 kg/h kg/h kg/h kg/h（干） kg/h（湿） Nm3/h（湿） 1497 1430 1359 679 2934 2958 2293 2.5、蒸发水量 设出口烟温 出口烟气中水蒸气的分压 出口烟气中含水体积流量 出口烟气中含水质量流量 需蒸发水量 需蒸发水体积 ℃ Pa Nm3/h kg/h kg/h Nm3/h 53.2 14,520 143,430 113,740 45,508 57,387 2.6、脱硫反应热 二氧化硫脱除量 二氧化硫脱除量 反应放热 kg/h mol/h kJ/h 1,359 21.2 7,196

2.7、吸收塔内放热 干烟气比热 水蒸气比热 烟气温降放热 吸收塔内放热 吸收塔内有效放热 kJ/kg.℃ kJ/kg.℃ kJ/h kJ/h kJ/h 1.04 1.99 118,639,031 118,646,227 106,781,605 2.8水蒸气蒸发吸热 水的汽化热 蒸发水吸收 kJ/kg kJ/h 2,369.7 114,155,807 2.9、余热比率 余热比率 kJ/h -6.2% 2.10、水平衡 烟气含水 石灰石浆含水(30%) 氧化空气含水 冲洗水、补充水 小计 进口水量 kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h 出口水量 烟气带水 石膏结晶水 石膏浆排出水（40%） 小计 kg/h kg/h kg/h kg/h 113,740 764 17,509 132,013 68,232 5,195 23.66 58,562 132,013

六、石灰石用量

吸收剂有效成分 石灰石用量 石灰石浆用量（30%） % kg/h kg/h 98.2 2,227 7,422 七、副产物的生成量

二水石膏 粉尘、杂质、未反应的石灰石等 合 排浆量 其中结晶水 kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h 3,651 192.2 3,843 21,352 764 八、主要设备

5.1、吸收塔 计算直径 实际直径 烟气流速 雾化高度 m m m/s m 11.06 11.10 3.47 8.68 5.2、浆液池 计算循环量 实际循环量 实际液气比 浆液池体积 浆液池高度 m3/h m3/h L/m3 m3/h m 14,315 14,300 14.0 1,192 12.3 九、设计参数汇总

编号 位置 温度（℃） 压力（Pa） 干态体积流量（Nm3/h） 湿态体积流量（Nm3/h） 运行工况（m3/h）（湿） 含水量（m3/m3） 二氧化硫浓度（mg/Nm3) 增压风机前 138.0 101325 878013 955450 1438425 0.0810 1497 烟气特性 增压风机后 139.0 104325 884812 962848 1453090 0.0810 1497 吸收塔出口 53.2 102325 887087 1022528 1209850 0.1325 75 十、参考文献

（1）孙克勤、钟秦等编《火电厂烟气脱硫系统设计、建造和运行》，北京：化学工业出版社，2005年

（2）苏亚欣等编《燃煤氮氧化物排放控制技术》，北京：化学工业出版社，2004 （3）郭东明等编《脱硫工程技术与设备》，北京：化学工业出版社，2007 （4）钟秦等编《烟气脱硫脱硝技术及工程实例》，北京：化学工业出版社，2007

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