石灰石-石膏湿法脱硫系统的设计计算完整word版.doc

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石灰石-石膏湿法脱硫系统

设计

（内部资料）

编制:

xxxxx环境保护有限公司

2014年8月

16

1.石灰石-石膏法主要特点

（1）脱硫效率高，脱硫后烟气中二氧化硫、烟尘大大减少，脱硫效率高达95％以上。

（2）技术成熟，运行可靠性高。

国外火电厂湿法脱硫装置的投资效率一般可达98％以上，特别是新建的大机组采用湿法脱硫工艺，使用寿命长，可取得良好的投资效益。

（3）对燃料变化的适应范围宽，煤种适应性强。

无论是含硫量大于3％的高硫燃料，还是含硫量小于1％的低硫燃料，湿法脱硫工艺都能适应。

（4）吸收剂资源丰富，价格便宜。

石灰石资源丰富，分布很广，价格也比其它吸收剂便宜。

（5）脱硫副产物便于综合利用。

副产物石膏的纯度可达到90％，是很好的建材原料。

（6）技术进步快。

近年来国外对石灰石-石膏湿法工艺进行了深入的研究与不断改进，可望使该工艺占地面积较大、造价较高的问题逐步得到妥善解决。

（7）占地面积大，一次性建设投资相对较大。

2.反应原理

（1）吸收剂的反应

购买回来石灰石粉（CaCO3）由石灰石粉仓投加到制浆池，石灰石粉与水结合生成脱硫浆液。

（2）吸收反应

烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触,循环浆液吸收大部分SO2，反应如下：

SO2（气）+H2O→H2SO3（吸收）

H2SO3→H++HSO3－

H++CaCO3→Ca2++HCO3－（溶解）

Ca2++HSO3－+2H2O→CaSO3·2H2O+H+（结晶）

H++HCO3－→H2CO3（中和）

H2CO3→CO2+H2O

总反应式：

SO2＋CaCO3+2H2O→CaSO3·2H2O+CO2

（3）氧化反应

一部分HSO3－在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO3－在反应池中被氧化空气完全氧化并结晶，反应如下：

CaSO3＋1/2O2→CaSO4（氧化）

CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O（结晶）

（4）其他污染物

烟气中的其他污染物如SO3、Cl－、F－和尘都被循环浆液吸收和捕集。

SO3、HCl和HF与悬浮液中的石灰石，按以下反应式发生反应：

SO2＋H2O→2H＋＋SO32－

CaCO3+2HCl<==>CaCl2+H2O+CO2

CaCO3+2HF<==>CaF2+H2O+CO2

3.工艺流程

脱硫循环池池

工业水

烟囱

经除尘器除尘后的烟气

引风机

脱硫塔

石灰石浆池

脱硫液

石灰石浆液

CaCO3

出气阀门

旁路阀门

进气阀门

塔内氧化系统

脱水系统

脱硫液

工艺水池

脱硫废弃物

滤液

循环利用

经炉内脱硫将SO2浓度降至3000mg/m3

事故水池

3.1工艺说明

经过除尘器处理后的烟气由引风机接入脱硫吸收塔，在主烟道上设置旁路挡板门，当锅炉启动、进入FGD的烟气超温和FGD装置故障停运时，烟气由旁路挡板经烟囱排放。

烟气经吸收塔进气口进入塔内，折转向上运动（入口处装有紧急喷淋装置），烟气进入首层喷淋层与吸收浆液进行传质吸收，随之进入多层喷淋层进行烟气脱硫洗涤，发生复杂的化学反应，利用脱硫塔底部循环池储存脱硫液进行循环使用。

脱硫渣浆液经曝气氧化后送入脱水系统进行处理，经脱水后的滤液返回至循环池。

脱硫后的净烟气通过除雾装置除去烟气中的水分，然后通过脱硫塔顶部排出口排至烟道，在经烟道排至烟囱排入大气。

4.脱硫系统的设计

4.1脱硫系统设计的初始条件

在进行脱硫系统设计时，所需要的初始条件一般有以下几个：

（1）处理烟气量，单位：

m3/h或Nm3/h；

（2）燃料的含S率及消耗量，单位：

%、t/h

（2）进气温度，单位：

℃；

（3）SO2初始浓度，单位：

mg/m3或mg/Nm3；

（4）SO2排放浓度,单位：

mg/m3或mg/Nm3；

（5）锅炉蒸汽量，单位：

t/h；

4.2初始条件参数的确定

4.2.1处理风量的确定

处理烟气量的大小是设计脱硫系统的关键，一般处理烟气量由业主方给出或从除尘器尾部引风机风量大小去确定。

若只知道锅炉蒸汽量，可由以下经验系数去计算：

（1）针对循环流化床锅炉，煤粉锅炉等烧煤锅炉，可按1t蒸汽对应2500m3风量计算；

（2）针对蔗渣锅炉、生物质锅炉等烧生物质燃料锅炉，可按1t蒸汽对应3333m3风量计算；

所计算出来的处理风量最终圆整数，例如：

75×2500=187500m3/h,圆整后取值188000m3/h

（3）处理风量还存在标况状态（mg/m3）和工况状态（mg/Nm3）的换算，换算采用理想气体状态方程：

PV=nRT（P、n、R均为定值）

V1/T1=V2/T2

V1:

mg/Nm3，T1：

273K；V2:

mg/m3，T2：

t+273K（t为进气温度）；

4.2.2燃料的含S率及消耗量

当没有SO2初始浓度设计值时，可用燃料中的含S率及消耗量去计算SO2初始浓度。

4.2.3进气温度的确定

进气温度为经过除尘后进入脱硫塔的烟气温度值，进气温度大小关系到脱硫系统烟气量的换算和初始SO2浓度换算。

4.2.4SO2初始浓度的确定

SO2初始浓度一般由业主方给出，并且由此计算脱硫系统中各项设备参数，也是系统选择液气比的重要依据。

SO2初始量计算公式如下:

S+O2→SO2

3264

CSO2=2×B×Sar/100×ηso2/100×10

CSO2-SO2初始量,mg；B-锅炉BMCR负荷时的燃煤量，t/h；

Sar-燃料的含S率，%；ηso2-煤中S变成SO2的转化率，%,一般取0.85；

4.2.4SO2排放浓度的确定

一般根据所在地区环保标准确定。

4.3脱硫系统的设计计算

4.3.1参数定义

（1）液气比（L/G）：

即单位时间内浆液喷淋量和单位时间内流经吸收塔的烟气量之比.单位为L/m3；

（2）钙硫比（Ca/S）：

理论上脱除1mol的S需要1mol的Ca，但在实际反应设备中，反应条件并不处于理想状态，一般需要增加脱硫剂的量来保证一定的脱硫效率，因此引入了Ca/S的概念。

用来表示达到一定脱硫效率时所需要钙基吸收剂的过量程度，也说明在用钙基吸收剂脱硫时钙的有效利用率。

液气比、钙硫比选择依据根据《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》HJ462-2009

（3）脱硫效率：

单位时间内烟气脱硫系统脱除SO2的量与进入脱硫系统时烟气中的SO2量之比。

C1—脱硫后烟气中SO2的折算浓度（mg/m3或mg/Nm3）

C2—脱硫前烟气中SO2的折算浓度（mg/m3或mg/Nm3）

（4）系统可利用率：

指脱硫装置每年正常运行时间与发电机组每年总运行时间的百分比。

可用率=（A–B）/A×100%

A:

发电机组每年的总运行时间，h

B:

脱硫装置每年因脱硫系统故障导致的停运时间,h

4.3.2脱硫系统的组成及主要设备选型

石灰石-石膏湿法脱硫系统主要由以下几部分组成：

4.3.2.1SO2吸收系统

该系统包含：

脱硫塔（喷淋层）、浆液循环泵（卧式单吸离心泵）、氧化风机（罗茨风机）、

除雾器、浆液搅拌装置、监测控制仪表等设备。

（1）脱硫塔的设计计算

脱硫塔分为循环氧化区和喷淋除雾区两部分。

a.喷淋除雾区直径设计：

首先设定喷淋区烟气流速v，则喷淋区直径D1

Q-进脱硫塔的烟气流量，m3/h；

v-喷淋区烟气流速,m/s,一般设定为3-3.5m/s

注意：

D1计算出来后取整数（保留前2位数字）后，再反算出最终流速值v1。

b.喷淋除雾区高度设计：

喷淋除雾区总高度H1=h1+（n-1）×h2+h3+h4+h5+h6+h7mm

h1：

第一层喷淋层中心到脱硫塔进气口顶面距离，一般为2000-2500mm；