烟气脱硫技改总承包工程初步设计第3分卷-工艺部分文档格式.doc
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9．主要技术指标 24
10．物料平衡 24
SLEP上海龙净环保科技工程有限公司
1、概述
十里泉发电厂始建于1977年12月，1979年10月第一台125MW燃煤凝汽式发电机组投产，1983年10月底第5台125MW燃煤凝汽式发电机组并网发电（1-3期工程），1996年12月和1997年11月又各投产一台300MW的燃煤凝汽式发电机组（4期工程）。
目前，＃1～＃5机组已增容至140MW，＃6，#7机组也增容至330MW，目前#1~#4机组已经根据国家政策关停，现总装机容量为800MW（1×
140MW＋2×
330MW）。
本工程为华电国际十里泉发电厂5号1×
140MW机组烟气脱硫技改工程。
本期工程烟气量为57.1150万Nm3/h（干基、标态、6%O2）；
烟气脱硫装置的出力按在锅炉BMCR工况下，燃用设计煤种进行设计、校核。
脱硫原烟气已经经过静电除尘器除尘。
脱硫装置布置在210米高烟囱后场地内。
本项目是为一台锅炉加装一套FGD装置，采用石灰石/石膏湿式脱硫工艺，副产物为二水硫酸钙（即石膏）。
设计范围内，全烟气脱硫效率不低于95%，生产的石膏贮存于石膏库内，用汽车运至石膏综合利用单位或灰场堆放。
本工程采用石灰石湿磨制浆方案。
1.1设计依据
1.1.1《华电国际十里泉发电厂5号（1×
140MW）机组烟气脱硫技改总承包工程合同》文件及《华电国际十里泉发电厂5号（1×
140MW）机组烟气脱硫技改总承包工程合同技术协议》。
1.1.2福建龙净环保股份有限公司与华电国际十里泉发电厂有效的联系资料（包括传真、电子邮件等）。
1.1.3华电国际十里泉发电厂提供的设计基础资料。
1.1.4主体工程环境影响报告书及审批意见。
1.1.5《火力发电厂烟气脱硫设计技术规程》DL/T5196-2004。
1.1.6《火力发电厂初步设计文件内容深度规定》DLGJ9-92。
1.1.7《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000）。
1.1.8《火力发电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石/石灰－石膏法》（HJ/T179-2005）。
1.1.9现行有关的国家标准、规范，专用条件约定的行业标准、规范及有关省级地方标准、规范。
1.2设计范围
工艺系统设计范围为：
―系统拟定及设备选择。
包括：
全部物料平衡计算、主要设备及部件的选型计算、FGD系统阻力计算等。
―对工艺系统的综合描述。
系统原理和功能说明、主要设备功能和特性、装置启动及正常运行、负荷变动时调整和稳定、检修维护说明及主要技术经济指标等。
―工艺系统流程图及P＆ID。
―整套脱硫装置的整体布置图。
―脱硫装置及各车间平断面布置图，包括平台扶梯及检修起吊设施布置。
―烟道及管道布置图。
―设备及材料清册。
2．工艺系统设计说明
2.1基础数据
2.1.1煤质分析数据
设计和校核煤种的收到基煤质及灰成分分析数据如下：
序号
名称
符号
单位
设计煤质
1
收到基水分
Mar
%
7.50
2
收到基碳
Car
54.76
3
收到基氢
Har
3.55
4
收到基氧
Oar
4.31
5
收到基氮
Nar
0.94
6
收到基硫
Sar
2.00
7
收到基灰份
Aar
27.04
8
干燥无灰基挥发份
Vdaf
32.75
9
收到基低位发热量
Qnet,ar
MJ/kg
20.92
本工程按照燃用煤种含硫量2进行设计。
2.1.2烟气参数
烟气参数表（设计煤质Sar=2%）
项目
数据（湿基）
备注
锅炉BMCR工况烟气成分（标准状态，实际O2）
CO2
Vol%
13.04
O2
6.12
N2
80.71
SO2及其它
0.129
H2O
7.31
锅炉BMCR工况烟气参数
FGD入口烟气量
万Nm3/h
61.618
实测值
57.115
标态，干基,6％O2
FGD入口烟气温度
℃
161
运行值
FGD入口烟气压力
Pa
BMCR工况
2.1.3石灰石粉分析资料
成分
含量（％）
CaO
51.00
SiO2
3.00
MgO
Al2O3
1.00
Fe2O3
烧失量
41.00
2.1.4工业水、工艺水
脱硫岛设计工艺水和工业水系统。
脱硫岛的工艺用水采用循环水，按不超过33℃提供给，压力约0.05～0.1MPa，设计的设备和管道应能够承受不低于1.0MPa的压力和耐受该水质要求。
工业水源取自地表水的补充水。
使用后排至脱硫工艺系统。
设计应根据脱硫岛用水设计，列出各水源用户及最大用水量以及使用后排水的水质变化情况，设计的设备冷却水系统其温升应不大于10℃。
循环水水质、工业水水质分析结果见下表表3-3-4（供参考）：
分析项目
单位
循环水水质
工业水水质
外状
微黄
清
pH（25℃）
8.67
7.43
导电率
μs/Cm
2800
340
全固形物
mg/L
1904
235.2
溶解固形物
1885
231.2
悬浮物
19
4.0
二氧化硅
37.0
13.75
硫酸根SO42-
1059.87
40.34
全碱度
mmolH+/L
4.80
2.70
氢氧根OH-
0.00
碳酸根CO32-
36.0
重碳酸根HCO3-
219.67
164.75
全硬度
mmol/L
28.80
钙硬Ca2+
448.89
57.11
镁硬Mg2+
77.76
8.51
氯根Cl-
118.0
12.0
耗氧量COD
13.60
钠离子Na+
27.0
4.30
铜Cu2+
μg/L
56.46
16.26
铁Fe3+
46.88
30.88
2.1.5压缩空气
按0.5～0.65MPa提供仪用和杂用压缩空气，根据需要自设稳压罐/贮气罐。
2.2设计原则
2.2.1．脱硫工艺采用湿式石灰石—石膏湿法。
2.2.2．本期脱硫工程建设规模为1×
140MW机组脱硫，脱硫装置采用一炉一塔，脱硫装置的烟气处理能力为每台锅炉100%BMCR工况时的烟气量，其脱硫效率按不小于95%。
2.2.3．烟气系统不设置GGH烟气加热系统。
在设计条件下应保证烟囱入口的烟气温度不低于53º
C。
2.2.4．本期设一套石灰石浆液制备采用湿磨制浆系统、外购石灰石。
本期湿磨制系统与原6、7号机组湿磨制浆互为备用。
2.2.5.本期设置一套石膏水力旋流站和真空皮带脱水机进行一级、二级脱水，包括石膏真空皮带脱水系统、事故浆液池系统等。
石膏脱水与原6、7号机组互为备用。
事故浆液池与6、7号机组公用，本期只设置一台事故浆液返回泵。
2.2.6．石灰石制浆系统及石膏脱硫系统容量与6、7号机组单台容量相同。
本期石灰石耗量为4.26t/h，石膏产量为7.5。
原6、7号机组单台机组石灰石耗量为6.82t，单台石膏产量为11.5。
2.2.7．烟气系统配置一台100%BMCR容量的静叶可调轴流式风机。
增压风机的风量裕度不低于10%，另加不低于10℃的温度裕度；
风压裕度不低于20%。
增压风机设计在FGD装置进口原烟气侧（高温烟气侧）运行。
引入FGD装置烟道的接口处烟气的压力水平约0mbar（锅炉B-MCR工况）。
2.2.8．吸收塔循环泵为4台，采用单元制配置。
2.2.9．氧化风机两台，一运一备。
氧化风机采用罗茨风机。
2.2.10．吸收塔设置两台吸收塔排出泵，一运一备。
2.2.11．吸收塔设置2台脉冲悬浮泵，一运一备。
2.2.12．岛内设置工艺水箱一座，有效容积为44m3，工艺水主要用于除雾器冲洗用水、系统补水，管道及箱罐冲洗。
设置一用一备共两台工艺水泵，每台泵按100%BMCR工况的用水量设计。
除雾器冲洗水泵的容量和数量按2×
100%容量（设1台备用，共设2台）设计。
2.2.12．岛内设置工业水箱一座，有效容积为15m3，工业水主要设备冷却水及机封冲洗水，设备冷却后，冷却水流到地坑返回到系统重复利用。
设置一用一备共两台工业水泵，每台泵按机组100%BMCR工况的用水量设计。
2.2.13．FGD装置仪用和杂用压缩空气分别由主体工程供应，承包商提供其压力、气量和品质等参数要求给业主方。
脱硫岛内设置仪用压缩空气储罐。
2.2.14．脱硫设备年利用小时按6500小时考虑。
2.2.15．FGD装置可用率不小于95%。
2.2.16．FGD装置服务寿命为30年。
2.2.17．本期脱硫工程与主体工程的各项接口，包括工艺、仪控、电气等专业，接口位置为脱硫岛就近引接。
2.3工艺方案
2.3.1概述
本工程脱硫剂为石灰石（CaCO3）与水配制的悬浮浆液,石灰石由于其良好的化学活性及低廉的价格因素而成为目前世界上湿法脱硫广泛采用的脱硫剂制备原料。
在吸收塔内烟气中的SO2与石灰石反应后生成亚硫酸钙,并就地强制氧化为石膏，石膏经二级脱水处理可作为副产品外售。
吸收塔采用单回路喷淋塔设计，并将设置有氧化空气管道的浆池直接布置在吸收塔下部,塔内吸收段设置四层喷淋，塔上部设置二级除雾器。
本装置采用一炉一塔系统配置，建设一套脱硫系统。
全烟气脱硫效率为95％。
烟气从锅炉钢烟道引出，温度161℃,压力0Pa，增压风机出口压力为2000Pa,温度升为163.7℃，经过一段原烟道进入吸收塔，与来自上部四层喷淋层的浆液逆流接触，进行脱硫吸收反应，脱硫后的净烟气经吸收塔顶部两级除雾器除去携带的液滴后，经过一段圆形净烟道，温度降低至53℃，通过烟囱排放至大气。
脱硫剂石灰石经石灰石卸料斗、振动给料机、波纹挡板提升机将石灰石块输送至石灰石仓，石灰石通过石灰石仓下料口落料到皮带称重给料机、然后又落料到湿式球磨机中进行磨制，磨制后的石灰石浆液进入到石灰石排浆罐，经石灰石浆液泵输送到石灰石水力旋流器，合格的浆液经过石灰石旋流器溢流到石灰石浆液箱，不合格的浆液重新返回湿式球磨机进行磨制。
石灰石浆液箱经石灰石旋流器分离出细度大于250目，浓度为25%的浆液，通过石灰石浆液泵连续补入吸收塔内。
脱硫副产品石膏通过吸收塔排出泵从吸收塔浆液池抽出，输送至石膏旋流站（一级脱水系统）脱水后的底流石膏浆液其含水率为50%左右，再送至真空皮带过滤机（二级脱水系统）进行过滤脱水。
脱水后石膏含水量不大于10％。
在二级脱水系统中对石膏滤饼进行冲洗以去除氯化物不大于100ppm，从而保证成品石膏的品质。
2.3.2工艺方案特点
2.3.2.1脱硫剂利用率高，达95%以上。
Ca/S比低，通常为1.02～1.05,本方案设计值为1.03。
2.3.2.2吸收塔采用空喷淋塔，内部无填充物，解决了脱硫塔内的堵塞、腐蚀问题。
2.3.2.3优化脱硫塔及塔内构件如喷嘴等的布置，优化浆液浓度、钙硫比、浆液流量等运行指标，可以保证脱硫塔内烟气流动和浆液喷淋均匀，以最小的消耗取得最好的脱硫效果。
2.3.2.4根据烟气的含硫量，以及满足发电机组运行负荷变化，经优化计算，吸收塔采用四层喷淋层，不仅可确保高硫负荷时的脱硫效率；
而且可以通过调节喷淋层的运行层数，降低低负荷运行时的能量消耗。
2.3.2.5塔内烟气入口向下倾斜15°
保证烟气进入塔内的分部均匀,防止浆液中固体颗粒在入口处沉积。
2.3.2.6采用塔内强制氧化和脉冲悬浮维持浆液中固体颗粒的悬浮。
2.4吸收剂的供应
本工程烟气脱硫所需吸收剂由石灰石供浆系统通过石灰石浆液泵供给。
石灰石耗量
石灰石耗量
4套FGD
小时石灰石耗量
4.26t
日石灰石耗量（20h）
85.2t
年石灰石耗量（6500h）
27690t
注：
年利用小时数按6500小时计；
日利用小时数按20小时计。
2.5工艺水、压缩空气的供应
2.5.1工艺水
由电厂提供的脱硫系统工艺水接入工艺水箱，然后由工艺水泵分别送至FGD装置中需用水的设备，除雾器冲洗水由除雾器冲洗水泵提供。
经水量平衡计算，烟气脱硫工艺中用水量为：
运行时平均耗水量为~44t/h，每台吸收塔除雾器冲洗时最大瞬时耗水量~55t/h。
2.5.2压缩空气
检修用压缩空气及仪用压缩空气来自电厂压缩空气系统，脱硫岛内设置压缩仪用空气储罐。
3．工艺系统及主要设备选择
本脱硫工程5号机组的最大连续蒸发量为1×
400t/h，锅炉安装一套烟气脱硫装置，处理烟气量按每台锅炉BMCR工况烟气量设计。
烟气脱硫系统包括：
·
烟气系统
吸收塔系统
石灰石供浆系统
工艺水系统
浆液排空系统
石膏真空皮带脱水系统
事故浆液系统
3.1烟气系统
3.1.1系统概述
从锅炉引风机后的电厂主烟道上引出的烟气，经增压风机升压约2000Pa，原烟气温度由161℃升至163.7℃，经过一段原烟道后，进入吸收塔内向上流动穿过四层喷淋层，在此，烟气被冷却、饱和，烟气中的SO2被吸收，温度降低。
经过喷淋洗涤的冷烟气经除雾器除去水雾后，经吸收顶部的圆形出口，通过烟道进入烟囱排放。
在电厂主烟道上设置旁路挡板门，当锅炉启动和FGD装置故障停运时，烟气由旁路挡板经烟囱排放。
整个烟气系统采用将增压风机布置在吸收塔上游烟气侧运行的方案,以保证整个FGD系统均为正压操作,并同时避免增压风机可能受到的低温烟气的腐蚀,从而保证了增压风机及整个FGD系统安全长寿命运行。
机组完整脱硫系统的烟气系统包括一台增压风机、一个旁路烟气挡板、一个入口原烟气挡板、一个出口净烟气挡板及相应的烟道，膨胀节等，另外在主烟道上设置两个防爆门。
3.1.2增压风机
每台炉配置一台100%BMCR容量的静叶可调轴流式风机，用于克服FGD装置造成的烟气压降。
增压风机将根据正常运行和异常情况可能发生的最大流量、最高温度和最大压损设计。
增压风机的性能将保证能适应锅炉50%-100%BMCR负荷工况下正常运行，并留有一定裕度：
（1）基本风量按锅炉BMCR工况下增压风机入口的烟气量考虑。
（2）风量裕量不低于10%，另加10℃的温度裕量。
（3）压头裕量不低于20%。
风机使用寿命不小于30年。
增压风机设置在热烟气侧，避免了低温烟气的腐蚀，从而减轻了风机制造和材料选型的难度。
风机叶片材质主要考虑防止叶片磨损，以保证长寿命运行；
在结构上考虑叶轮和叶片的检修和更换的方便性。
单套FGD装置烟气侧阻力为2000Pa，各部分阻力如下：
烟道阻力：
600Pa
吸收塔阻力：
1400Pa
每台增压风机的运行参数如下（考虑裕量）：
流量：
1105346m3/h（湿）
压升：
2400Pa
效率：
85%
材料：
壳体：
Q235
转子叶片：
16MnR
主轴：
35GrMo
导流板：
电机：
额定功率：
2150KW
电压：
6000V
转速：
595rpm
冷却方式：
空-空
增压风机配备必要的仪表和控制，主要是监控主轴温度的热电偶、振动测量装置、失速报警装置等。
3.1.3烟气挡板门
在整个烟气系统中共设置有3个烟气挡板门，所有烟气挡板均采用百叶窗式双挡板，具有开启/关闭功能，原烟气和净烟气挡板门采用开关型，旁路挡板门采用调节型。
为保证机组运行安全，旁路挡板采用一台电动一台气动双执行机构，当脱硫系统正常运行时，旁路挡板关闭，原烟气挡板和净烟气挡板开启，原烟气分别通过四个原烟气挡板汇合后进入FGD装置进行脱硫反应。
在要求关闭FGD系统的紧急状态下，旁路挡板自动快速（15s）开启，原烟气挡板和净烟气挡板自动关闭。
为防止烟气在挡板门中的泄露，设置有密封空气系统。
该系统包括2台密封风机、电加热器和开启/关闭阀，将加热至100℃左右的密封空气导入到关闭的挡板，以防止烟气泄漏。
挡板门的防腐措施,主要靠正确选用金属材料来保证。
其主要部件的材质详见下表:
旁路烟气挡板
入口原烟气挡板
出口净烟气挡板
漏风率
尺寸
3550×
5500×
500
4000×
4600×
4200×
设计压力
5000Pa
压降
<
50Pa
快开时间
15s
不需要
开启时间
60s
30～50s
叶片
原烟气侧及净烟气侧的材料均为DIN1.4529合金或等同材料
材料为DIN1.4529合金或等同材料
轴
外壳
碳钢衬2mm厚DIN1.4529或等同材料
密封材料
C276
DIN2.4605或C276
3.1.4烟道及附件
烟道均采用普通钢制矩形或圆形烟道，增压风机入口前的原烟气段烟道由于烟气温度较高，无需防腐处理。
增压风机出口后至吸收塔入口的原烟气烟道，由于烟气温度较高，因此不必防腐处理。
吸收塔出口后的全部净烟气烟道，由于烟气温度低于酸的露点温度，故需要考虑采取防腐措施，主要采用玻璃鳞片树脂涂层。
旁路烟道及引风机出口烟道由原来的混凝土改造成钢烟道，改造及烟道的防腐设计属于福建龙净范围。
3.2吸收塔及石膏脱水系统
烟气从吸收塔下侧进入与吸收浆液逆流接触，由于吸收塔内充分的气/液接触，在气－液界面上发生了传质过程，烟气中气态的SO2、SO3等溶解并转变为相应的酸性化合物：
烟气中的一些其他酸性化合物如HF和HCl等，在烟气与喷淋下来的浆液相接触时也溶于浆液中形成氢氟酸和盐酸。
SO2溶解后形成的亚硫酸迅速根据pH值按下式进行离解：
（较低pH值）
（较高pH值）
H2SO4以及溶解的HCl和HF也进行了相应的离解，由于离解反应中产生了H+，因而造成pH的下降。
离解反应中产生的H+必须被移除，以使浆液能重新吸收SO2。
H+通过与石灰石发生中和反应被移除。
为了实现中和反应，在浆液中加入了石灰石吸收剂。
石灰石溶解后，可以同上述提及的离子发生如下反应：
CaCO3除与可溶酸反应生成CaSO4、CaF2、CaCl2及Ca（HSO3）2外，反应中生成的Ca2+还可以按下式生成可溶的亚硫酸钙：
该反应易于在喷淋吸收区上部发生。
由于烟气中SO2较少，因此该部分的浆液pH较高。
这能显著降低HSO3-浓度，进而提高脱硫效率并减少喷淋吸收区的结垢问题。
然而在喷淋吸收区下部，如同氧化区一样，较低的pH值导致SO32-浓度显著降低。
在该区域，吸收浆液含有少量的亚硫酸钙，而可溶的亚硫酸氢钙则较多。
脱硫效率除部分依赖于pH值以及气/液接触外，还依赖于上述提到的中和反应的速度和石灰石的溶解速度。
石灰石的溶解量依赖于H+浓度，随pH下降而上升。
钙离子、氯离子和硫酸根离子不利于石灰石的溶解。
氯离子通过烟气和回流水进入吸收塔系统，钙离子由吸收剂带入系统，而硫酸根离子则由亚硫酸氧化而来，浆液中氯离子含量由废水排放量加以控制。
有些生成的亚硫酸氢根，在喷淋吸收区内被浆液中的氧所氧化。
剩余的亚硫酸氢根在氧化区内可以通过向反应池内充分鼓气而得以氧化。
该工艺易于在pH为4和4.5的情况下反应最佳，同时由上式可以看出会产生较多的H+。
这些离子与浆液中含有的过量CaCO3发生中和反应，结果产生了微溶的CaSO4：
CaSO4的连续生成导致溶液的过饱和，进而产生了石膏晶体：
通过使浆液固含量保持在一定范围内，结晶过程可以得到优化，新生成的石膏可以在已有的石膏晶体晶核上成长。
最终产物石膏从系统中排出。
经吸收剂洗涤脱硫后的清洁烟气，通过除雾器除去雾滴后直接排入烟囱。
为充分、迅速氧化吸收塔浆池内的亚硫酸钙，设置氧化空气系统。
吸收塔采用钢结构，工厂加工，现场拼装，内设防腐，采用玻璃鳞片或橡胶，吸收塔直径为8.6米，高度为33.55米，浆池容积为750m3，为降低维护工作量，吸收塔采用喷淋空塔，不设填料装置。
吸收塔设置2台脉冲悬浮泵（一运一备），防止吸收塔反应池浆液中的固体颗粒发生沉淀。
机组设置一套SO2吸收系统。
吸收塔设4层喷淋层，主管材质碳钢双面衬胶，支管材质为FRP，喷嘴材质为碳化硅。
每层喷淋层配一台浆液循环泵，每台浆液循环泵循环浆液量为2800m3/h。
每台吸收塔设2台氧化风机，1运1备，氧化空气量为5800Nm3/h。
每台吸收塔设2台吸收塔排出泵，1运1备，将石膏浆液送往布置在脱水及废水处理综合楼内的石膏水力旋流站进行一级脱水，再将浓缩后底流送往真空皮带脱水机，进行二级脱水，制备石膏。
生成的石膏成品再通过皮带输送机，输送至石膏库，用汽车运至石膏综合利用单位或灰场堆放。
另外，如果需要将吸收塔排空时，也可以通过该泵将浆液送往事故浆液池。
单台吸收塔排出泵流量为65m3/
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