脱硫脱硝Word格式文档下载.docx
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由于国外引进技术复杂和投资过高，该领域主要采用的是自主开发的技术，并且处于较低的技术水平，目前只能基本满足环境保护的较低要求。
因此，我国环境工程界面临的艰巨任务是：
（1）尽快通过科学研究和工程实践，消化和掌握大型烟气脱硫工艺技术和脱硫装备设计技术，并着手研究更适合我国的烟气脱硫技术和装备，包括新建企业和老企业两种类型；
（2）尽快通过技术改造和研究开发提升中小型电厂烟气脱硫系统的技术水平，满足更严格的烟气污染物排放要求。
作为今后环境污染治理的新鲜力量，不仅需要掌握烟气净化成熟工艺的处理设施系统设计方法，而且要掌握新工艺新装备开发研制方法，因为烟气净化技术的发展离不开污染治理工艺过程开发。
因此，常见的烟气净化系统设计课题也有两种类型：
针对实际电厂的模拟实际设计题目和满足研究开发需要设计实验研究装置系统。
实际工程模拟设计类型，要满足建设单位要求，达到最佳社会污染控制水平，满足排放浓度和总量控制标准要求，而且经济实用。
对于实验装置，设计的目标是满足研究的需要。
因此，需要通过调查研究掌握目前欲研究工艺和装备的技术现状，存在问题，研究方法和测试方法等，在此基础上进行实验研究装置设计。
还需要注意小试、中试和工业性试验的区别。
无论是污染治理还是化工生产，新工艺过程和装备开发都是从新设想开始，从实验室规模小型实验、到中试、工业性试验，再过渡到工业装置系统的全部过程，其过程开发是一个不断重复优化的复杂过程。
实验室规模烟气脱硫小试成功，接着进行中间规模实验台或工业旁线实验装置试验，目的不是验证工艺，而是收集涉及工业装置需要的设计参数，或者建立过程数学模型，为系统放大设计做准备。
在中间试验成果基础上，设计工业装置进行工业性试验。
只有工业性试验成功并通过一定时间运行，充分暴露系统和工艺存在问题，并进行改进设计，该种工艺和装置才能够大范围推广。
在工业性生产装置上进行的工业性试验，主要目的是：
（1）验证新的烟气净化或其它污染净化工艺的可行性和可靠性，长期运行可以达到的烟气净化效率和达标率；
（2）收集同类工艺系统系列工程设计需要的工艺参数和装置结构参数；
（3）暴露和分析工艺系统和装置可能存在的问题，提出改进设计方案；
（4）研究对污染治理过程进行控制和调节的方法；
（5）考核系统连续运行可能存在问题，包括脱硫液循环利用可能存在有害物质积累，选择材料防腐性能能否满足要求，系统结垢和积灰情况和解决方法等；
（6）为进行脱硫废液处理工艺方法研究和脱硫废渣综合利用研究创造条件。
适应烟气净化技术发展阶段，毕业设计设立本课题的主要目的是为了训练学生设计、开发和研究烟气讲话系统和技术的基本能力训练，可以针对一个具体电厂进行实际系统和装置设计，也可以针对开发和完善某烟气净化工艺，设计相应的实验室或工业性试验研究系统和装置。
对于大型电厂复杂的烟气脱硫工艺系统，针对实际电厂进行模拟设计有相当难度，合理的题目是针对需要掌握或改进工艺，设计小规模实验装置。
对于中小型电厂，则可以进行模拟设计，或完成烟气净化系统一部分的设计工作。
对于实验室试验装置或工业试验装置系统，由于装置比较小，要求整体达到初步设计深度，部分达到施工图阶段设计深度。
对于中小电厂模拟设计，设计部分内容要达到初步设计深度。
2、
设计前资料收集和现场调查工作
首先需要了解设计任务，根据设计任务进行资料收集和现场调研。
实际烟气净化系统设计最重要的是：
根据燃烧计算或实测数据得到的烟气污染物浓度，企业和当地环保部门要求的排放浓度限值，确定需要的净化效率。
通过资料调研和类似工程调研确定能够满足净化效率要求的烟气净化工艺，通过比较确定选用工艺和装置，初步估算工程造价和运行费用，编写该电厂烟气净化工程设计方案，方案通过后进行工程设计。
因此，实际电厂烟气净化系统（模拟）设计，需要向电厂技术部门了解锅炉型号，煤质资料（设计煤种或实际使用煤种），锅炉尾部空间布置和周围可利用空间情况，以及电厂和当地环保部门对烟气净化要求。
对于改造设计，需要通过现场调查，还要了解目前电厂烟气净化设施及运行情况，实际烟气排放监测资料和除尘器验收鉴定资料，粉煤灰利用情况，湿法系统还要了解灰水处理设施和处理效果资料。
实验装置系统设计，目的是设计满足新工艺或装备技术开发研究需要的系统。
因此，需要通过向委托单位调查，掌握试验者的试验研究目的，和对实验装置系统的具体要求。
例如，需要开发和研究的烟气净化工艺或装置名称，研究重点内容，准备采用的研究路线和研究方法等。
此外，要通过资料调研和类似研究装置调查，了解目前该类工艺和装置开发研究现状，存在问题，开发研究过程厂采用的测试方法和测试仪器装置等。
需要更详尽和细致的调查，并写出调查综述报告，在此基础上形成实验系统研制方案，批准后进行试验系统设计。
3、
烟气净化工艺选择
烟气净化工艺正确选择是烟气净化工艺设计的前提和关键。
根据燃煤性质和建设单位要求，烟气净化工艺分成单纯除尘工艺，除尘脱硫工艺，和除尘脱硫脱硝工艺三种。
目前经常遇到的是前两种工艺的选择与设计。
（1）
锅炉烟气除尘设备的选择
锅炉烟尘控制工艺选择比较简单，主要是除尘设备的选择和除尘系统的设计。
除尘设备的选择，和一般除尘器的选择程序一样，首先了解尘源即电厂锅炉类型，根据同类型锅炉实测资料或统计资料确定烟尘初始浓度和分散度（燃烧计算验证该浓度）等烟尘特性，以及电厂所在地区大气环境功能区类别和相应锅炉烟尘排放标准，确定需要的总除尘效率和细颗粒分级除尘效率。
然后选择能满足排放要求性能的除尘器。
实际选择电厂锅炉除尘器时，还需要考虑以下因素：
（1）锅炉尾部可以布置除尘器空间大小。
对一些改造工程，往往可以利用的空间很小，这对安装某些除尘器和配套脱硫装置造成困难；
（2）建设单位能够提供的资金数量。
达到一般除尘效率，不同类型除尘器的造价有很大差别，达到高的除尘效率，能够选择的除尘器种类相对有限；
（3）周围居民和当地政府对企业的环境保护要求。
例如，城市密集地区，湿式除尘设备产生的白色烟气造成景观污染和“灰雨”污染，可能引起当地群众不满；
（4）考虑除尘器用于电厂锅炉除尘的成熟程度和与脱硫设施配套情况。
目前总的趋势，大型锅炉需要配备电除尘器，以便满足烟尘净化的要求和利用干灰的要求，然后在电除尘器后进行烟气脱硫设施的布置。
电除尘器净化效率远高于电厂曾经用过的旋风除尘器和文丘里水膜除尘器，是燃煤电厂首选除尘设备。
但是，电除尘器对烟尘比电阻特性比较敏感，设计时要注意燃用低硫煤的锅炉，或者采用炉内喷钙的锅炉采用电除尘器可能存在的困难，需要准确估计烟尘比电阻值和趋进速度值，提高实际除尘效率和设计除尘效率的吻合程度。
此外，电除尘器+烟气脱硫装置占地面积较大也是一个缺点。
发达国家开始用布袋除尘器代替电除尘器，出口烟尘可以达到相当低的水平，不受烟尘比电阻的影响。
我国经过20余年的努力和引进国外锅炉用布袋除尘器制造技术，成功进行了示范工程建设，具备了为电厂锅炉配备布袋除尘器的能力，但目前还不普及。
如果采用布袋除尘器，需要进行比较细致的调研。
对于中小型电厂和热电厂（锅炉容量小于400t/h），文丘里水膜除尘器还在使用并占有相当高的比例。
通过对该除尘器结构改造或采用新型结构湿式除尘设备，总除尘效率可以达到98%以上，5微米以上粉尘基本上都可以去除。
通过添加脱硫剂，可以达到一定的脱硫效率，同时起到烟气除尘和脱硫的作用。
对于各类链条炉等烟尘初始浓度低，粒度较粗的锅炉，该类除尘器可以满足严格的烟尘排放标准。
对于初始烟尘浓度高的循环流化床炉和煤粉炉等锅炉，需要采取特殊的结构设计或者在湿式除尘器前设置预除尘设施，降低初始浓度，也可以达到目前的环境保护要求。
湿式除尘脱硫一体化设备最大的优点是除尘器占地面积小，造价低，管理简单。
但也存在比较明显的缺点：
（1）该类除尘器除尘效率的影响因素比较复杂，目前仍处于经验设计阶段，除尘效率和设计运行水平密切相关。
通过优化设计和运行，该类除尘器达到的最高除尘总效率达到99.6%，多数在98.5%以上，但也存在除尘效率较低、不能满足环保要求的实例；
（2）该类除尘器用水量较大，液气比较高，水在除尘器内形成大量细雾，比一般湿式除尘器更容易出现烟气带水现象，可能造成下游烟道腐蚀，风机和烟道积灰振动，危及安全生产。
可以采取设计和运行措施降低和控制这种危害，但无法根除；
（3）同样由于用水量大，烟囱出口白色烟雾浓度大，景观污染严重，一般都存在下“灰雨”现象；
（4）如果采用钙系脱硫剂，还存在结垢的危险，需要在设计中采取控制结垢措施；
（5）为了节省投资，该类除尘器往往采用的调节设施很少，调节能力有限。
因为工作机理限制，要提高除尘效率就需要提高水的用量，烟气带水就可能严重，反之则除尘效率下降，不容易根据实际烟气情况进行调整。
（6）需要一定面积的灰水处理设施。
除尘器选择需要综合考虑各种因素，特别是除尘器性能和价格因素，权衡利弊，最后决定权在建设单位。
（2）
锅炉烟气脱硫工艺及净化工艺系统的选择
烟气脱硫工艺选择比较复杂，因为不同工艺的投资、运行费用和净化效果、运行可靠性有很大差异，对资源要求和管理水平要求也不相同。
选择合适的脱硫工艺，主要考虑国家相关技术政策，脱硫技术发展情况和建设单位的要求。
通过引进技术和自主开发技术示范工程运行情况比较和总结，2002年由国家环保总局、经贸委和科技部联合制定的《燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策》中对烟气脱硫技术选择做出以下规定：
燃煤含硫量>
2%或者大容量机组（>
200MW）宜优先采用湿式石灰石/石膏法工艺，脱硫率和投运率要分别高于90%，95%；
燃煤含硫量<
2%或者中小容量机组（<
200MW），以及老机组改造，在满足排放标准前提下，可以采用干法、半干法、以及其他费用较低的脱硫技术，脱硫效率要高于75%，投运率要高于95%；
对于中小型工业锅炉（产热量<
14MW），提倡采用低硫煤、固硫型煤、洗选煤等，原来采用湿式除尘设备的宜优先采用除尘脱硫一体化设备。
技术政策提出比较高的投运率要求，是考虑电力生产对安全运行的特殊要求。
在选择脱硫工艺和设备时，要特别注意技术的成熟程度，采取措施消除可能影响设备安全运行的因素。
由于初学者缺乏经验，毕业设计可以适当放松该方面要求。
技术政策对烟气脱硫设备提出以下要求：
使用寿命要超过15年；
脱硫设备主要工艺参数（PH、液气比、SO2出口浓度）要有自控装置；
脱硫产物应稳定化，没有再次释放二氧化硫危险；
脱硫产物和外排废水要安全处置，不发生二次污染；
烟气脱硫设施上应安装连续监测仪器。
技术政策针对目前燃煤烟气净化技术现状，鼓励研究开发新型烟气脱硫工艺和装备，鼓励开发脱硫产品综合利用技术和装备，鼓励开发回收硫资源的技术。
根据上述政策规定和对已经采用脱硫工艺电厂调查情况，选择设计电厂合适的脱硫工艺和装备。
目前大型电厂和大型锅炉，除尘设备都选择电除尘器，对脱硫工艺选择都持非常慎重的态度，基本上都是通过多次调查研究后才决定。
海边企业选择海水脱硫工艺，其他地点电厂多数选择湿法石灰石/石膏工艺，或其他推荐工艺。
中小型电厂对除尘和脱硫工艺选择比较多样化，设计者的自由度比较大一些。
400t/h及其以上锅炉一般采用电除尘器，75t/h以下锅炉多数采用湿式除尘器。
脱硫工艺的选择和除尘装置选择有一定关系，采用电除尘器的电厂，可以考虑的脱硫工艺有：
湿式石灰/石膏法工艺、烟气循环流化床工艺、炉内喷钙炉后活化工艺等，75t/h及以下锅炉采用除尘脱硫一体化工艺的比较多。
当存在多个可能选择的工艺时，需要进行多方案比较，选择经济技术指标较好的工艺。
确定选用工艺后，需要进行工艺流程和工艺系统设计，全面考虑脱硫主系统和辅助系统的组成，选择和设计系统需要的所有设备装置，然后进行系统平面布置和高程布置，最终完成设计。
有关工艺系统设计方法和装备选择设计方法随后介绍。
工艺和装备开发试验装置设计，没有工艺选择环节，但研究者需要考虑进行研究的工艺市场应用前景，目前主要存在的问题或不太成熟的地方，以便决定烟气脱硫工艺和装置开发研究方向。
4、
燃烧量计算、烟气中污染物浓度和性质估计
根据燃煤元素分析资料和工业分析资料，计算燃煤烟气量和需要空气量，以及烟气中二氧化硫浓度和烟尘浓度。
烟尘密度、分散度和烟尘趋进速度等烟尘性质数据则根据相同型号锅炉的实测资料统计结果进行估计。
为了留有余地，燃料中硫均认为是可燃硫，全部转化为二氧化硫进入烟气。
如果是改造工程，实测资料可以作为参考资料，核对计算结果，设计依然依据计算结果进行。
一般中小型电厂锅炉负荷经常在一定范围内波动，特别是热电厂冬季经常超负荷运行，要掌握锅炉负荷波动范围，计算烟气量相应波动范围。
锅炉产生烟气量和二氧化硫浓度是最重要的设计依据，对除尘器和脱硫设备结构设计有很大影响，需要准确确定。
对于中小电厂，煤的来源可能不固定，可能使用几个煤矿的煤。
要调查各煤矿的煤制机器平均比例，计算各煤矿煤质和混合煤质条件下的烟气量和烟气中污染物浓度。
5、
烟气净化系统设计方案和技术经济分析放方法
在方案设计计算，一般要挑选两种可行工艺，进行技术经济比较和分析后从中选择一种较好的工艺。
烟气净化设备技术经济分析方法见《燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例》第七章，或者参考其他资料。
6、
烟气净化系统工程概算编制（略）
和其他课题类似。
7、
工程图纸绘制（略）
第二部分：
烟气脱硫系统工艺设计方法
烟气净化工艺系统设计主要任务和主要内容
确定了烟气净化的工艺，通过调查分析掌握了烟气净化系统布置的现场条件，接着进行的是所选择工艺的系统设计。
除了烟气除尘系统比较简单外，燃煤锅炉烟气净化工艺系统都比较复杂，由烟气脱硫及其辅助系统组成，有时候对锅炉燃烧系统或锅炉供煤、发电系统也有改造要求。
进行烟气净化工艺系统，主要任务是确定烟气净化工程的组成和对相关系统的要求，各子系统的组成，单元设备的选择和设计，以及在提供场址内布置和安排所有系统和装置，并通过烟道、管路和控制元器件把各子系统和单元设备联系成一个整体。
工艺系统设计是进行单个子系统和装置设计的基础和前提，它针对的是烟气净化整个过程，而不仅是脱硫或除尘单个过程，因此设计内容更贴近实际，更有利于将所学知识融会贯通，并进一步拓宽知识面，有利于综合能力的培养。
需要进行设计计算工作：
分析选用工艺主要组成子系统和主要设备装置，包括烟气净化子系统，净化后物料脱水或其它加工过程子系统，回收物料综合利用或安全处置过程子系统，选用原料（脱硫剂等）制备和供应系统子系统，公用工程子系统等；
工艺过程物料、用水和热量衡算，包括燃烧计算、物料和水量平衡表编制，要考虑波动范围和不均衡系数，以便确定各子系统规模；
设备布置和总图设计；
管道、烟道和仪表流程图设计；
系统保温和防腐蚀设计；
系统物料储存和运输设计等。
系统运行可能出现非正常状态，如开车或停车，高负荷运行和低负荷运行，出现事故紧急停车等，系统设计时要分析可能出现的异常情况，考虑系统设计中要采取的安全措施和相应设施。
对于烟气脱硫系统，建立旁路烟道是必要的。
钙系脱硫剂的加工、运输和使用。
需要特别注意烟道和管路结垢预防问题。
常见烟气净化系统的组成
设计者必须根据建设单位要求和现场条件，确定选择工艺系统组成，然后再进行物料衡算和设备选择设计。
下面介绍几种主要的烟气净化工艺系统的组成，设计者根据具体情况可以简化或增加，毕业设计可以根据时间情况和指导教师要求，进行部分系统设计。
确定设计内容后，需要了解这些系统的设计计算方法和目前可以从市场上购置的设备，需要自己设计的非标准设备等，为装置设计做好准备。
干法除尘系统的组成：
除尘器本体（一般外购成品，但需要工艺人员提出规格和技术条件要求）；
灰斗和出灰装置；
进风和出风封头，以及锅炉、除尘器、风机、烟囱之间联结烟道；
除尘器的附属系统（电除尘器的供电系统，布袋除尘器的反吹风系统等）；
风机和辅助风机；
除尘器监测、操作和检修用平台；
除尘灰的输送和储存系统等。
有一些电厂，对收集干灰进行适当加工，以适应市场和用户的要求，可能增加系统设计的内容，设计者在接受设计任务时要搞清楚建设单位的意图。
湿法除尘系统的组成：
除尘器本体（一般自己设计和制作）；
灰水汇集和输送系统；
灰水处理系统；
除尘水循环供应和新鲜水补充系统；
湿灰脱水和运输系统等。
大型电厂可能采用飞灰干收湿排工艺，采用灰浆泵把湿灰排到厂外灰厂，还可能把灰场回收水送回电厂使用。
在使用过程中还需要考虑灰水管道防结垢系统设计。
湿法石灰石/石膏法脱硫工艺系统的组成：
脱硫塔及其内部各种构件（喷嘴系统，除雾系统、氧化槽系统、搅拌设施）；
烟气再热系统；
烟道和附件系统；
脱硫风机和氧化风机；
石灰石粉制备和输送、供应系统；
石膏脱水系统或脱硫废渣抛弃系统；
脱硫系统外排污水处理系统，脱硫系统监测、控制和操作用平台等。
炉内喷钙炉后活化脱硫工艺系统的组成：
石灰石粉仓和喷射系统；
活化塔；
烟气再热器；
脱硫灰渣回用和排除系统设计；
石灰石粉制备、输送和储存系统等。
烟气循环流化床脱硫工艺（干法工艺）系统：
吸收塔（反应器）；
吸收塔底仓；
预除尘器和电除尘器；
旁路烟道和连接除尘器-风机烟道；
风机；
返料气化斜槽与流化风机；
石灰消化和脱硫液制备系统；
雾化喷嘴和雾化风机等。
湿法除尘脱硫一体化烟气净化系统的组成：
除尘脱硫塔；
文丘里管和进口烟道；
脱硫剂选择和制备系统；
脱硫液供应系统；
灰水处理和循环利用系统；
灰渣脱水系统等。
对于实验系统，无论是实验室内模拟烟气实验系统或者现场旁路烟气实验系统，其组成都和真实系统不同。
为了达到中间试验和工业性试验目的，实验室试验台和工业装置设计，需要更多考虑测试装置和调控装置选择，满足试验和测试要求。
装置烟气处理规模不一定很大，以便降低实验研究费用，但要满足相似放大对试验设施的尺寸要求。
根据试验研究目的，实验装置不一定是完整系统，可以采用部分流程，局部过程，甚至关键设备作为设计实验系统内容，以便用最小的代价获得最有用而又可靠的数据。
湿法烟气净化系统工艺设计方法
湿法烟气脱硫工艺是当今大型电厂首选工艺，变化也比较多。
各类工艺之间的主要区别是脱硫剂不同和对脱硫产物利用途径不同。
湿法工艺首先要慎重选择合适脱硫剂，不同脱硫技对反应过程和对反应器（脱硫塔）结构和系统组成要求不同。
脱硫产物的利用途径不同，对系统组成确定也有很大影响。
大型电厂多数采用石灰石，少数采用石灰。
两者反应机理基本相同，但是石灰的反应活性比石灰石高得多，需要的反应器容积小而比较好控制，需要的液气比也要小许多。
一般石灰石的液气比要大于20L/m3，而石灰的液气比一般小于10（5）L/m3。
但是，石灰脱硫的药剂费用是石灰石的3-5倍，石灰石系统亚硫酸钙氧化速率高于石灰系统。
此外，石灰石的植被要比石灰简单的多，所以目前多数采用石灰石作脱硫剂。
对于小型电厂，考虑反应活性问题，仍采用石灰作最终脱硫剂。
或者为了控制系统结垢而采用双碱法工艺，最终消耗的是石灰。
目前我国一些单位在开发氧化镁工艺，以及其他脱硫剂工艺。
设计前需要掌握这些工艺并进行细致比较，并根据实际情况确定选用的具体湿法工艺。
烟气脱硫工艺系统设计最常用的是参考类似电厂实际应用系统进行设计。
《电力环境保护》2001年第4期，2002年第4期分别介绍了重庆发电厂2X200MW机组和广东廉州发电厂湿法脱硫工艺系统。
我国首台引进的珞璜电厂石灰石湿法工艺，在许多书籍和期刊上都有介绍。
至于是辉/石膏工艺，在《工业脱硫技术》一书中介绍了不少日本工艺（290，294，298，304页），设计这些系统可以参考上述资料。
烟气循环流化床脱硫工艺设计方法
由于独特的优点，燃煤烟气脱硫技术政策特别推荐本工艺，认为是老厂改造和中小电厂首选烟气脱硫工艺。
我国2001年引进的丹麦技术，安装在云南小龙潭电厂100MW机组上，《电力环境保护》2003年1期，4期介绍了该工艺设计和运行情况。
《燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例》介绍了德国Solvay自备电厂实例，还有自主开发的两个应用实例。
清华紫光同兴组织编写的《工业脱硫技术》介绍了循环流化床烟气脱硫技术中试实验装置设计情况。
烟气净化实验系统工艺设计方法
脱硫剂制备、输送和储存系统工艺设计方法
石灰石是最便宜，因而也是应用最广的脱硫剂，它的选择和加工方法是烟气脱硫技术的有机组成部分。
石灰石第二中广泛使用的脱硫剂，它的加工系统和输送储存系统设计也是烟气脱硫系统设计的组成部分。
用作脱硫剂的石灰石矿的选择
烟气脱硫对用作脱硫剂的石灰石质量要求很高，国外有一些先进脱硫技术引进到我国，脱硫效果不理想，主要原因是使用的石灰石纯度不够，活性不高。
所以，石灰石活性判定方法和影响因素的研究一直十分活跃，以便帮助设计者挑选优质石灰石提高脱硫系统净化效率。
另一个热门研究课题是石灰石脱硫添加剂，通过添加一些盐类或氧化物可以提高一般质量石灰石的反应活性，这样可以扩大可以利用的石灰石资源，降低烟气脱硫成本。
我国石灰石矿藏资源丰富，但优质石灰石矿少。
所谓优质石灰石矿，主要是碳酸钙含量高，杂质少，而且整个矿床成分均匀，发生变质的矿床比例小。
我国水泥行业把石灰石分成特优矿，I级品矿和II级品矿，其碳酸钙含量分别大于96%，86%和80%。
我国多数石灰石矿碳酸钙含量在75%左右，还达不到II级品。
我国还没有对用于烟气脱硫的石灰石矿进行质量分级，一些引进脱硫示范工程，一般要求石灰石纯度达到90%以上，国外要求碳酸钙含量在97%以上。
不同脱硫工艺示范工程对石灰石质量和加工要求
●
循环流化床锅炉脱硫用石灰石要求在0-2mm，中位径为100-500微米；
石灰石/石膏湿法工艺脱硫用石灰石要求碳酸钙含量>
90%,-325#占95%；
炉内喷钙炉后活化LIFAC工艺脱硫用石灰石要求纯度92-96%，粒度
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