XXX电厂烟气脱硫设计.docx

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课程设计说明书

题目电厂石灰石膏法烟气脱硫设计

设计人

学号

指导教师

学院

专业环境工程

班级

目录

第一章绪论-----------------------2

第二章国家相关政策法规-----------------4

第三章烟气脱硫工艺-------------------5

第四章烟气脱硫主要设计原则---------------8

第五章课程设计目的意义-----------------9

第六章课程设计课题的内容与要求-------------10

第七章脱硫系统各部分设计计算---------------11

第八章设计心得---------------------21

第九章参考文献---------------------22

22

第一章绪论

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国, 也是世界上少数几个以燃煤为主要能源的国家之一。

燃煤是造成大气污染的根本原因, 也是形成SO2和酸雨的主要来源。

酸雨污染的加剧对生态系统、建筑物材料、农业和人体健康等方面均造成重大危害。

近几年我国火电行业发展很快, 截至2014 年底, 我国火电厂装机容量达到5. 5亿千瓦, 燃煤量超过13亿吨, 煤耗量超过13亿吨。

火电厂二氧化硫排放总量为13万吨, 占全国二氧化硫总排放量的51%; 火电厂氮氧化物排放总量约为800万吨, 占全国氮氧化物总排放量的36%。

由此可见, 火电厂是我国二氧化硫和氮氧化物排放控制的首要对象。

燃煤电厂机组进行脱硫建设或脱硫改造, 必将越来越重要, 也将成为新建或能否生存的必要条件之一,也是电力工业可持续发展与追球经济、环保和社会综合效益的必然要求。

火电机组脱硫工艺处理技术在国内火电机组烟气脱硫工程中得到了大量的应用，这些脱硫工艺处理技术基本都是从国外发达国家引进的。

我们在引进过程中，不断地消化和吸收国外先进的脱硫技术，并通过一些火电机组脱硫工程示范项目的建设，逐渐掌握这些技术，同时完成脱硫装置的国产化，最终填补国家在环境保护中有关大气污染处理技术上的空白。

针对国内火电机组的实际情况，约95％的火电厂采用湿法烟气脱硫技术，采用干法烟气脱硫技术的火电机组比较少，在湿法烟气脱硫技术中，基本上都采用石灰石．石膏法脱硫技术，原因是该技术成熟稳定，应用业绩最多且国内石灰石矿产量丰富，作为吸收剂的成本非常低。

该处理技术分为三个主要部分：

 一是烟气与脱硫吸收剂进行化学反应的部分，该部分是脱硫工艺的重点，主要有烟气的引入系统，原烟道、净烟道、烟道密封空气、烟道档板、烟气换热器和增压风机等；用于液体和气体进行化学反应的反应器吸收塔、浆液再循环系统、氧化风机系统和吸收塔除雾器等。

 二是脱硫剂制备部分，主要有石灰石接收系统、石灰石输送系统和石灰石储存设备：

石灰石磨制系统，湿式球磨机系统、石灰石浆液箱等。

 三是脱硫副产品的处理部分，主要有石膏一级脱水系统旋流设备、石膏二级脱水系统真空皮带脱水机、石膏输送系统和储存系统等。

 本旨在通过对240MW级火电机组的脱硫处理工艺设计，了解并逐渐掌握主要的湿法脱硫工艺设计技术，获得足够的工程设计经验。

本文对240MW级火电机组石灰石．石膏法脱硫处理技术进行了设计规划，完成了烟气和脱硫剂的物料平衡计算，按照应达到的脱硫率要求，计算需要投入消耗的原料和产出的物料之间的关系；进行系统设备的主要性能参数设定，完成系统设备的选型；进行相关辅助系统的设计计算，完成相关的物料平衡设计，完成脱硫系统工艺设计。

本文还对脱硫设计过程中的一些关键问题（如吸收塔浆液循环量与烟气含硫量的关系等）进行了探讨，为最终掌握石灰石-石膏法脱硫处理技术、优化设计以及主要设备国产化打下基础。

目前, 世界各国开发、研制、用来控制SO2的脱硫技术概括起来已超过200多种, 尤其西方一些发达国家及日本、韩国等, 脱硫技术已相当成熟。

归纳起来,主要有四大类:

 燃烧前脱硫（ 原煤净化工艺, 主要除无机硫） 、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫（烟气脱硫） 和煤的转化利用技术。

最为广泛应用的是燃烧后脱硫, 即烟气脱硫技术, 也是目前世界最大规模商业化应用的脱硫方式, 其他方法还不能在技术成熟程度和经济的承受能力3 方面与之竞争。

第二章国家相关政策法规

1.中国人民共和国环境保护法

2.中华人民共和国水污染防治法

3.中华人民共和国循环经济促进法

4.中华人民共和国固体废物污染环境防治法

5.中华人民共和国气象法

6.中华人民共和国大气防治法

7.中华人民国和国节约能源法

规范性引用文件

GBJ87         工业企业噪声控制设计规范

GB8978        污水综合排放标准

GB50033       建筑采光设计标准

GB50160       石油化工企业设计防火规范

GB50229       火力发电厂与变电所设计防火规范

DL5000        火力发电厂设计技术规程

DL/T5029      火力发电厂建筑装修设计标准

DL/T5035      火力发电厂采暖通风与空气调节设计技术规定

DL/T5046      火力发电厂废水治理设计技术规程

DL/T5120      小型电力工程直流系统设计规程

DL/T5136      火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程

DL/T5153      火力发电厂厂用电设计技术规定

第三章烟气脱硫工艺

所谓烟气脱硫就是用化学或物理的方法将烟气中的SO2予以固定和脱除。

按脱硫方式和产物的处理形式,烟气脱硫一般可分为湿法、半干法和干法三类。

在这三类烟气脱硫技术中,湿法脱硫技术最成熟,工业应用最广泛,脱硫效率最高,但投资及运行费用也最高;半干法脱硫效率中等, 投资及运行费用较湿法低,综合经济性能较好;干法脱硫投资及运行费用最低,且无结垢、腐蚀等问题,但脱硫效率有待于进一步提高。

在湿法脱硫技术中又以石灰石．石膏脱硫技术应用最典型和广泛，该工艺主要采用蕴藏量十分丰富的石灰石作为原料，石灰石成本低廉，是理想的吸收剂。

湿式石灰石．石膏法脱硫工艺是技术成熟、业绩多、运行状况稳定的脱硫工艺，脱硫率在95％以上，而且适应各种机组和煤种，运行费用低和副产品易回收等优点。

在世界各国的大型火电厂中，90％以上都采用湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺技术。

石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的核心是吸收塔。

在吸收塔内进行的SO2脱除过程按如下步骤进行：

（1）烟气与喷入吸收塔的石灰石循环浆液接触，烟气中的SO2通过物理扩散和化学反应生成亚硫酸根。

（2）在吸收塔下部的浆液池中，亚硫酸根被通入吸收塔内的氧化空气强制氧化成硫酸根，硫酸根与钙离子生成二水硫酸钙（石膏）。

（3）达到一定浓度的石膏浆液从浆液池排出，通过石膏旋流器、真空皮带脱水机，分离出含水率小于10％的石膏。

（4）脱硫是一个连续的化学反应过程，向吸收塔补充石灰石浆液根据脱硫工艺要求进行调节。

该工艺的化学反应原理如下：

二氧化硫的吸收:

二氧化硫的吸收:

  SO2 （g） →SO2 （l）                            （ 1 ）   

SO2 （l） ＋H2O（l） →H＋ ＋HSO3－               （ 2 ）

    HSO3－→H＋＋SO32－                             （ 3 ）  

石灰石的溶解:

CaCO3（s） →Ca2+ ＋CO32-                              （ 4 ）  

CO32-＋H＋→HCO3-                                        （ 5 ） 

HCO3-   ＋H＋→H2O＋CO2（aq）                  （ 6 ） 

CO2（aq） →CO2（g）                             （ 7 ） 

在有氧气的存在的情况下，HSO3－的氧化 

HSO3－＋O2 →H＋＋SO42-                               （ 8 ）

 H＋＋SO42-  →HSO4-                                       （ 9 ） 

CaCO3和CaCO4的结晶 

Ca2+＋ SO32-  ＋ H2O→CaCO3· H2O           （10）

 Ca2+＋ SO42-  ＋2H2O→CaCO3·2H2O            （11）

在湿式石灰石,石膏法脱硫工艺中最具有代表性的吸收塔脱硫技术有两种：

喷淋吸收塔脱硫技术和液柱塔脱硫技术。

此两种脱硫技术的区别之处在于浆液喷射方式不同；喷淋吸收塔脱硫技术的脱硫吸收剂通过再循环泵将浆液送到吸收塔的上部，从吸收塔的上部向下喷射，浆液与上升的烟气进行传质接触反应，以达到脱除S的目的。

采取喷淋塔这样的工艺是基于经过多年研究形成了自有知识产权的喷淋技术，其主要工艺特点是：

吸收塔采用圆形布置方式，根据烟气中含硫量大小和烟气流量，设计不同直径的吸收塔，以满足工艺脱硫效果。

布置一定数量的浆液循环泵，以达到相应的脱硫效率，通过浆液循环泵，将石灰石浆液送到布置在吸收塔上部的喷淋喷嘴向下进行喷射，浆液循环泵与浆液喷淋层构成单元布置，每层喷淋装置对应一台浆液循环泵；烟气从吸收塔中部进入，浆液在降落过程中与上升的烟气进行充分的接触并发生化学反应，从而达到脱除二氧化硫的目的。

喷淋层根据烟气和含硫量布置3层或更多，通过控制石灰石浆液循环泵的台数来适应锅炉的负荷变化；氧化池布置在塔的底部，发生了化学接触的反应物落入浆池内，与不断鼓入的氧化空气进行氧化，形成石膏晶体。

喷淋脱硫技术的优点是电耗小、运行成本相对较低、煤种适应广泛，缺点是检修不方便、循环泵的备用件换用比较；在高硫煤、大机组等火电厂没有液柱塔技术优势明显。

液柱塔脱硫技术是通过再循环泵将浆液送到吸收塔的中部，从吸收塔的中部向上喷射，浆液在上升和下降的过程中与上升的烟气有2次接触时间，以提高SO2的脱除效率。

湿式石灰石-石膏脱硫技术主要有以下一些系统构成：

烟气和吸收塔系统，这个系统是湿法脱硫装置的重要组成部分，主要有用于引入和排出烟气的烟道，在烟道上布置有烟气档板、烟气密封系统等辅助设备：

BUF增压风机、烟气换热器和热工测量仪表等设备：

用于进行脱硫化学反应和传质接触的容器，这是脱硫系统中最重要的组成部分；主要有吸收塔本体及附属结构、吸收塔干湿界面、吸收塔浆液再循环泵、吸收塔浆液喷淋层喷嘴、吸收塔搅拌器、吸收塔氧化空气、吸收塔石膏抽出泵、吸收塔除雾器、吸收塔排烟档板等相关设备和管道。

石灰石浆液制备系统，这个系统是湿法脱硫装置的吸收剂生产部分，将制备的石灰石浆液送入吸收塔进行化学反应，这个系统相对吸收塔系统来讲比较独立，主要有石灰石收集系统和石灰石磨制系统构成。

前者是将石灰石收集储存在石灰石仓内，后者是将储存在石灰石仓内的石灰石进行磨制，生产出合格的浆液供吸收塔使用。

主要设备有：

石灰石接收装置、输送皮带机、斗轮提升机和石灰石仓、石灰石称重皮带机、石灰石球磨机、石灰石浆液旋流器和石灰石浆液箱以及管道组成；有些系统不需要收集石灰石块，收集到的是石灰石粉，这样的方式可以减少脱硫噪音的产生，有利于环保。

石膏脱水系统，这个系统是湿法脱硫装置的副产品处理系统，吸收塔内生成的石膏浆液，通过石膏旋流器和真空皮带脱水后变成含水量小于10％的石膏晶体储存在石膏仓内，采用汽车运走。

主要设备有：

石膏浆液一级脱水装置、石膏浆液箱、真空皮带脱水机、石膏输送皮带机和石膏仓装置。

还有一些为实现脱硫工艺要求的辅助系统，如工艺水系统，为全脱硫装置提供足够的工业用水：

空压机系统，为装置提供足够的压缩空气：

事故浆液系统，为装置在事故状态或紧急情况下提供临时储存浆液和排出浆液的系统；集水坑系统，收集系统冲洗水的装置，防止发生环境污染并回收。

第四章烟气脱硫主要设计原则

1）脱硫方案按石灰石-石膏湿法脱硫工艺设计。

2）每套脱硫装置的烟气处理能力为相应锅炉BMCR工况时的100%烟气量，脱硫效率按≥ 90%设计，采用一炉一塔设计。

3）为确保脱硫系统的安全可靠，以及事故状态不影响发电系统本身的运行，本工程脱硫系统设置100%烟气旁路，超临界燃煤发电机组工程初步设计

4）两台炉设置一套吸收剂制备系统，外购符合规格的石灰石在厂内设湿式球磨机制浆。

5）1、2号机组FGD系统合用一套石膏脱水系统，石膏脱水后含湿量≤10%，纯度≥ 90%，按综合利用考虑。

6）脱硫装置所需的电源、水源、气源、汽源尽量利用主体工程设施。

7）脱硫岛的控制室，配电间和电子设备间布置在循环泵房上。

8）FGD装置能适应锅炉最低稳燃负荷工况和BMCR工况之间的任何负荷。

9）FGD装置能在最大和最小污染物浓度之间的任何值下稳定运行，并确保脱硫效率。

10）脱硫岛的火灾报警系统及工业闭路电视系统由全厂统筹考虑。

11）主体设备设计使用寿命不低于30年，FGD装置可用率≥98%，脱硫设备年利用小时按5000小时考虑

第五章课程设计目的意义

通过课程设计进一步巩固本课程所学的内容，培养学生应用所学理论知识进行湿法烟气脱硫设计的能力，使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调研技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备结构图，编写设计说明书的能力。

第六章课程设计课题的内容与要求

1.设计说明书

（1）概述——环境问题、国家政策法规、大气污染物控制、烟气脱硫等方面的重要作用；课程设计目的意义。

（2）设计任务，设计原则；相关基础资料、法规、标准、参考资料。

（3）工艺设计：

工艺比选、工艺原理、工艺流程、工艺计算设计。

（4）设备设计选型：

设备计算设计、设备选型计算设计（设备的设计与计算应按流程的先后次序）。

（5）总体说明

（6）总结体会

2．设计图纸

图纸幅面、图线等应符合国家标准，图面布置均匀，符合制图规范要求。

设计成果：

1.设计说明书

2.图纸

①工艺流程图；

②吸收塔详图；

③设备布置图。

已知参数：

（1）校核煤质：

,,,,

,

（2）环境温度：

-1℃

（3）除尘器出口排烟温度：

135℃

（4）烟气密度（标准状态）：

1.34

（5）空气过剩系数：

1.2

（7）烟气在锅炉出口前阻力：

800

（8）当地大气压力：

97.86

（9）空气含水（标准状态下）：

0.01293

（11）按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2011）中二类区标准执行

烟尘浓度排放标准（标准状态下）：

30

二氧化硫排放标准（标准状态下）：

200

第七章脱硫系统各部分设计计算

1.燃料量的计算（根据机组功率算出燃煤量）

m

m

2.标准状况下理论空气量（相关计算参考课本）

6.6

3.标准状况下理论烟气量（空气含湿量为12.93）

6.88

4.标准状况下实际烟气量

8.25

标准状况下烟气流量以计，因此，设计耗煤量

5.标准状况下烟气中浓度

2375.33

浓度的校准

基准氧含量为6%

2375.33

2540.02

除硫效率为（200为给出的SO2排放限值）

6.标准状况下燃烧产量

的脱除量

7.烟气体积流量

（0.083?

）

8.烟气质量流量

9.吸收塔饱和温度计算

假定电除尘器出口温度为135℃

GGH出口温度为108℃

干烟气水含量

在h,x图上，108℃和0.052的交点的焓h=248（kJ/kg）。

沿等焓线到饱和线可得到饱和温度T

T=48℃

10.吸收塔出口净烟气的计算

+

+

11.吸收塔烟气计算结果汇总

13.1吸收塔入口：

∵

38254.6

6%（dry）

2375.33

2540.0

13.2吸收塔出口：

438905

397227

13129.7

6%（dry）

200

219

12.废水流量的计算

假定烟气中HCl浓度HCl的去除率为98%废水中Cl含量保持

13.石灰石消耗量/石膏产量

石灰石耗量

石膏产量

14.石膏脱水（石膏密度，水的密度）

假定

吸收塔石膏浓度

旋流器底流石膏密度

真空皮带机石膏浓度

旋流器顶流石膏密度

14.1石膏浆液密度计算

14.2旋流器底流密度计算

14.3旋流器顶流密度计算

14.4脱水石膏产量

15.石灰石浆液供给

石灰石耗量

假定石灰石浆液浓度

石灰石固体密度

15.1石灰石浆液质量流量

15.2石灰石浆液密度

15.3石灰石浆液体积流量

16.浆液池尺寸设计

假定浆液停留时间

浆液灌体积

17.滤池箱尺寸设计

假定滤布冲洗水量以50％的石膏质量流量作为石膏冲洗水量

17.1滤液量

假定滤液箱停留时间

17.2滤液箱容积

18.吸收塔尺寸的设计

18.1循环浆液流量

烟气流量

二氧化硫浓度

二氧化硫脱除率92％

假定液气比

吸收塔出口净烟气温度T2=48℃

⊙

循环浆液流量

设计喷淋塔层数为3

每层循环浆液流量

18.2吸收塔直径

假定吸收塔烟气流速

18.3吸收塔循环区体积

假定循环浆液停留时间

18.4吸收塔总高

浆液池位高度

另外考虑到因注入氧化空气引起的吸收塔浆液液位波动，浆液液位高度增加0.5，取H1=14

浆液液面距入口烟道高度H2

考虑到浆液鼓入氧化空气和搅拌时液位有所波动；入口烟气温度高、浆液温度较低可对进口管底部有些降温影响，加之该区间需接近料管，H2一般定位800mm~1300mm范围为宜。

此处H2取1.2

进口烟道高度H3=4

进口烟道顶部距底层喷淋层高度H4=2.5

喷淋层区域高度H5

设计喷淋层之间的间隔2，喷淋层数3层

H5=2×2=4

除雾区高度H6

H6=4

出口烟道高度：

H7=3

吸收塔总高H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7=32.7

19.喷淋层设计

单层喷淋层浆液流量

假定喷嘴流量为5

假定单管可选最大直径，喷淋管内最大流速

单喷管最大流量

单喷淋层主喷管数

20.除雾器冲洗覆盖率

设计喷嘴数量n为90，喷射扩散角α为90，除雾器有效流通面积A为100，冲洗喷嘴距除雾器表面垂直距离0.8m

冲洗覆盖率=

21.烟道尺寸设计

21.1净烟气烟道直径

假定烟气出口流速

21.2原烟气烟道直径

22.增压风机烟气设计流量计算

假定风机入口烟气温度，100%BMCR工况下风机入口处湿烟气流量

23.增压风机总压损

假定吸收塔压损10（mbar），GGH压损12（mbar）,烟道压损7（mbar）

考虑20%的裕量，取35（mbar）=3500

24.电机功率

假定风机效率，电动机效率

增压风机所需功率

25.氧化风机

空气流量

假定吸收塔喷淋区域的氧化率为60%

浆池内氧化量

假定通氧效率

所需空气流量

经验，考虑溶解盐12.1%，则空气流量为2933.3

此处设计选用一台风机，因此风机空气流量6020.9

第八章设计心得

第九章参考文献

1.郝吉明，马大广，大气污染控制工程

2.吴忠标，大气污染控制工程

3.魏先勋，环境工程设计手册

4.刘天齐，三废处理工程技术手册

5.周玲，干燥技术与设备