填料塔脱硫系统毕业论文及脱硫系统培训教材.doc

1 有害气体控制工程有害气体控制工程课程设计课程设计 填料塔脱硫系统 目目 录录 一、绪一、绪 论论3 3 1.11.1 设计目设计目 的的3 3 1.21.2 设计任设计任 务务3 3 1.31.3 设计资设计资 料料3 3 二、填料塔的设计与计填料塔的设计与计 算算4 4 2.12.1 填料塔的基本知填料塔的基本知 识识4 4 2.22.2 填料的基本知填料的基本知 识识4 4 2.32.3 填料塔的内填料塔的内 件件5 5 2 2.42.4 填料塔塔径的计填料塔塔径的计 算算5 5 2.52.5 填料层高度的计填料层高度的计 算算8 8 2.62.6 填料层压降的计填料层压降的计 算算1010 2.72.7 填料塔塔辅助设备的设填料塔塔辅助设备的设 计计1010 2.82.8 填料塔结构简填料塔结构简 图图1212 三、烟气脱硫系统流程三、烟气脱硫系统流程 图图1313 四、参考文四、参考文 献献1313 3 一、绪论一、绪论 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常 用的气液传质设备之一。而塔填料塔内件及工艺流程又是填料塔技术发展的关键。聚丙烯 材质填料作为塔填料的重要一类，在化工上应用较为广泛，与其他材质的填料相比，聚丙 烯填料具有质轻、价廉、耐蚀、不易破碎及加工方便等优点，但其明显的缺点是表面润湿 性能。 1.11.1 设计目的设计目的 通过有害气体控制工程课程设计，进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学的 知识系统化，培养学生运用所学理论知识进行气态污染物工程设计的初步能力。通过设计， 了解气态污染物工程设计的内容、方法和步骤，培养学生确定气态污染物控制系统的设计 方案、设计计算、工程制图、使用技术资料、编写设计说明书等能力。 1.21.2 设计任务设计任务 某燃煤电厂需对产生的烟气进行脱硫，以满足环境保护要求，要求设计的净化系统效 果要好，操作方便，投资省，并且达到要求的排放标准。 1.31.3 设计资料设计资料 一 、工艺流程：采用填料塔设计 二 、烟气参数： 烟气流量: 2106m3/h. 烟气成分：SO2浓度 5000mg/m3 烟气平均分子量：30.5 烟气温度：150C 烟气压力：1.01105Pa 气膜传质分系数 kG=1.8910-5 kmol/m2.s.kPa 三、吸收液参数： 采用 5%(wt%)氢氧化钠水溶液,并假定 NaOH 与 SO2发生极快不可逆反应。吸收塔进口 液相吸收质浓度为 0。 4 L=1000kg/ m3；=18kg/kmol（平均分子量） ML 液膜传质分系数 kL=3.5410-4m/s 四、操作参数： 泛点率：85% 液气比 L/G=4L/ m3 吸收反应温度：60C 五、气象资料：气温 25C ,1atm 六、填料性能： 50mm 金属环鞍填料（乱堆） 填料比表面积 ：75m2/ m3 填料因子：110/m 单位体积填料层所提供的有效接触面积 a=60.75 m2/ m3 七、 设计要求：要求脱硫效率 99.9%，计算出填料层压降。画出填料塔的结构图，标出参 数（包括填料塔高度、直径）。 二、填料塔的设计与计算二、填料塔的设计与计算 2.12.1 填料塔的基本知识填料塔的基本知识 填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置 在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器 喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不 设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两 相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化， 在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料 塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传 质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不 太适合等。 5 2 22 2 填料的基本知识填料的基本知识 填料是造成气液两相充分接触从而实现相间热、质传递的主要构件。因此， 填料特性对填料塔的流体力学性能和传质性能将起重要影响。填料塔的性能优 劣，关键取决于填料。 所以，对填料的基本要求有：要有较大的比表面积；要求有较高的空隙 率；经济、使用及可靠。 填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。散 装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在 塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环 形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。规整填料是按一定的几何构形 排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、 波纹填料、脉冲填料等。 2.32.3 填料塔的内件填料塔的内件 填料塔的内件主要有填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布 装置等。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。 2.42.4 填料塔塔径的计算填料塔塔径的计算 已知条件：液气比 L/G=4L/，烟气流量为， 3 mhm /102 36 吸收液体积流量为hmhL/108/108 336 一、泛点气速 :的计算 F u 炉气的质量流量： hkg /1075. 1 5 . 30 .3101 101 150273 273 4 .22 102 6 6 v 炉气的密度： 3 6 6 /875 . 0 102 1075. 1 mkg VS v V 6 吸收液体积流量为LKgQ G L Q VL /1081024 66 吸收液密度： 3 /1000mkg L 吸收液质量流量为 hKgQ LLL /108101000108 636 有横坐标：135 . 0 ) 1000 875 . 0 ( 1075 . 1 108 )( 5 . 0 6 6 5 . 0 L V V L w w 查埃克特通用关联图得纵坐标为 0.13 液体校正系数，填料因子，液相粘度1 L 水 m/110smPauL903 . 0 泛点气速sm u g u LV L F /75 . 3 903 . 0 875 . 0 1110 100081 . 9 13 . 0 13. 0 2 . 02 . 0 7 5 . 0 )( L V V L w w 填料层的泛点和压强降的通用关联图（ECKERT 图） 二、空塔气速的计算 smuu F /19. 385. 0 塔径m u V D S 89.14 360019 . 3 10244 6 圆整，取直径为 15m。 三、核算液体喷淋密度 因填料尺寸小于 75mm（50mm），所以最小润湿速率取； min )( W L)/(08 . 0 3 hmm 8 又已知比表面积。 33 /75mm 最小喷淋密度 )/(67508 . 0 )( 23 minmin hmmLU W 操作条件下的喷淋密度)/(27.45 15 4108 23 2 3 hmmU ，符合要求。 min UU 2.52.5 填料层高度的计算填料层高度的计算 一、液体的总分子浓度： T C 3 /56.55 18 1000 mkmol MVM V VM m V n C LLL T 二、塔顶组分 B 的浓度: 氢氧化钠的质量浓度为 5% 3 2 /25 . 1 %5 40 1000 %5mkmol M cB 三、烟气的摩尔流量： 烟 G kmol/h1028. 6/1075 . 5 1 .3101 101 150237 273 4 .22 10102 47 36 hmolG烟 四、二氧化硫的摩尔流量： 2 SO G hkmolG/25.156102 64 105000 6 3 SO2 五、惰性气体的摩尔流量： 惰 G hkmolGG/1026 . 6 G 4 SO2 烟惰 9 smkmol/8649.003600 16 4 1026 . 6 )3600/(GG 2 2 4 A 惰 六、塔顶与塔底的二氧化硫摩尔分数和分压： 塔底：KPa1072 . 2 1075 . 5 25.156 3 4 1 A y KPa10742.101102.72y 13 A11 总 PPA 塔顶：KPa1072 . 2 )999 . 0 1 (102.72)1 ( 63 12 AA yy KPa104.72102.72101ypP 46 A22 总A 七、根据液气比 3 /4/mLGL 可得惰性组分的液气比Lm y L G A /25. 0 4 102.721 4 1 3 3 1 惰 八、由 可得 b=2OHSONaNaOHSO 2322 2 用氢氧化钠水溶液吸收时，物料衡算方程为： )( 1 )( 22BB T AA CC C L b pp P G 整理得： B2B T A2A CC C L b 1 PP L G 代入数据得：)25 . 1 ( 562 101 )105.72P(25 . 0 4 A B C AB PC77.2025 . 1 塔底处 3 1 /174. 1274. 0277 . 0 25 . 1 mkmolCB 九、计算塔顶和塔底的临界浓度 令扩散系数 BA DD 在塔顶临界浓度： 2 35 22 /1094 . 2 BA L G B A KP CmkmolP k k D D bC 在塔底临界浓度： 10 1 3 11 /029 . 0 BA L G B A KP CmkmolP k k D D bC 由此可见，无论是塔顶或塔底，活性组分氢氧化钠的浓度都超过了临界浓度，化学反应仅 发生在界面上，因此可认为全塔内均有气膜控制。传质速率方程为： AGA pakN 十、填料层高度 h： m p p apk dp p G h A A AG Ap p A A 15 . 5 ln 75.601089 . 1 101 865.00 2 1 5 1 2 2.62.6 填料层压降的计算填料层压降的计算 压降计算可采用埃克特通用关联图。由空塔气速 u=3.19m/s 可计算出纵坐标 0.094，又横坐标值为 0.135，所以将二者交汇于图中的等压线上， L L v g u 2 . 0 2 可从图中读出压降为 1509.815.15=7.58KPa。 2.72.7 填料塔填料塔塔辅助设备塔辅助设备的设计的设计 一、由上可知，填料塔填料层高度为 5.15m，塔径为 15m。 二、设填料塔喷淋层高度为 1.2m，液体再分布层为 2.4m，塔顶和塔底超高各 0.5m。故， 填料塔总高位 9.75m。 三、填料支承装置的选择： 填料支承装置的作用是支承填料以及填料层内液体的重量，同时保证气液两相顺利通 过。支承若设计不当，填料塔的液泛可能首先发生在支承板上。为使气体能顺利通过，对 于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的 50%以上，且应大于填料的 空隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可 能大的自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降，降低效率，甚 至形成液泛。由于填料支承装置本身对塔内气液的流动状态也会产生影响，因此作为填料 支承装置，除考虑其对流体流动的影响外，一般情况下填料支承装置应满足如下要求： 足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量（持液量），并考虑填料空隙中的 持液量，以及可能加于系统的压力波动，机械震动，温度波动等因素。 11 足够的开孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撑处发生液泛；为使气 体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的 50%以上， 且应大于填料的空隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以 设计时应取尽可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降， 降低效率，甚至形成液泛12。 结构上应有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力（一般阻力不大于 20Pa）； 结构简单，便于加工制造安装和维修。要有一定的耐腐蚀性。 因栅板支承板结构简单，制造方便，满足题目各项要求，故选用栅板支承板。 四、填料压紧装置： 为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料 层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料损失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。 填料限定可分为类：一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置， 称为填料压板；一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限定板。填料压板常用于陶瓷填料， 以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止 由于填料层膨胀，改变其开始堆积状态而造成的流体分布不均匀的现象。一般要求压板和 限制板自由截面分率大于 70%。 本任务由于使用塑料填料，故选用床层限定板。 五、液体再分布器： 液体分布器可分为初始分布器和再分布器，初始分布器设置于填料塔内，用于将塔顶 液体均匀的分布在填料表面上，初始分布器的好坏对填料塔效率影响很大，分布器的设计 不当，液体预分布不均，填料层的有效湿面积减小而偏流现象和沟流现象增加，即使填料 性能再好也很难得到满意的分离效果。因而液体分布器的设计十分重要。特别对于大直径 低填料层的填料塔，特别需要性能良好的液体分布器。 液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液 点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结 构尺寸。对液体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操 作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便， 容易调整水平。 12 液体分布器的种类较多，有多种不同的分类方法，一般多以液体流动的推动力或按结 构形式分。若按流动推动力可分为重力式和压力式，若按结构形式可分为多孔型和溢流型。 其中，多孔型液体分布器又可分为：莲蓬式喷洒器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分 布器和双排管式多孔型分布器等。溢流型液体分布器又可分为：溢流盘式液体分布器和溢 流槽式液体分布器。 根据本吸收的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器，布液孔数应应依所 用填料所需的质量分布要求决定，喷淋点密度应遵循填料的效率越所需的喷淋点密度越大 这一规律。 2.82.8 填料塔结构简图填料塔结构简图 （其中支撑栅板、液体再分布器、填料压网以及液体分布装置在此忽略不计。 填料塔结构简图 其中：1气体入口；2液体入口；3支撑栅板；4液体再分布器；5塔壳； 6填料；7填料压网；8液体分布装置；9液体入口；10气体出口。 9 8 7 6 5 4 3 2 1 5.15m 4.72m 0.5m 2.5m 0.5m 10 m15 9.75m 1.2m 13 三、烟气脱硫系统流程图三、烟气脱硫系统流程图 四、参考文献四、参考文献 【1】有害气体控制工程 赵毅 李守信 主编 化学工业出版社 2001 【2】化工原理 第三版 王志魁 编 化学工业出版社 2004 【3】化工原理课程设计 申迎华 郝晓刚 主编 化学工业出版社 2009 【4】化工原理课程设计指导 任晓光 主编 化学工业出版社 2009 【5】化工原理课程设计 付家新 王为国 主编 化学工业出版社 2010 【6】化工过程及设备设计 涂伟萍 陈佩珍 编 化学工业出版社 2000 脱脱硫硫运运行行一一班班工工作作总总结结 1、安全运营方面： 14 本周班组成员工作操作正常，无违章违规操作， 严格遵守运行规程，按时完成规定各项正常冲洗、巡 检任务。能够及时发现出现的问题，处理问题，应对 设备出现问题处理方式较以前有所提高。关于近期系 统出现的问题也做过各种分析。 二、关于系统的状态分析 1、脱硫效率低的原因分析： 1.1 烟气因素 其次考虑烟气方面，包括烟气量、入口 SO2 浓度、入 口烟尘含量、烟气含氧量、烟气中的其他成分等。 1.2 脱硫吸收剂 石灰石的纯度、活性等，石灰石中的其他成分， 包括 SiO2、镁、铝、铁等。特别是白云石等惰性物 质。 1.3 运行控制因素 运行中吸收塔浆液的控制，起到关键因素。包括 吸收塔 PH 值控制、吸收塔浆液浓度、吸收塔浆液过 饱和度、循环浆液量、Ca/S、氧化风量、废水排放量、 杂质等。 15 1.4 其他因素 旁路状态、泄露等 分析认为系统现在的状态为吸收塔应该为“中毒”现 象， 1、吸收塔“中毒”的现象 所谓吸收塔“中毒”，其实是吸收塔反应闭塞， 具体现象有: 吸收塔 PH 值无法控制，处于缓慢下降趋势。通过加 大供浆，没有明显效果。脱硫效率明显下降； 石膏品质变差，石膏呈泥状，根本无法进行脱水 2、吸收塔“中毒”的原因 （1）石灰石被包裹 亚硫酸钙超标， 包裹在石灰石表面，抑制其溶解 烟气中灰尘含量超标或者燃油油污过多，飞灰中的铝、 氟等元素形成氟化铝络合物包裹在石灰石和亚硫酸盐 晶体表面形成反应闭塞，燃油中的油烟、碳核、沥青 质、多环芳烃等也会造成同样后果 16 由于缺少晶种，新生成的石膏颗粒也会包裹石灰石表 面，造成闭塞 （2）共离子效应 浆液中 Cl-含量过高，产生共离子效应，抑制石灰石 与硫酸的 化学反应 Mg 含量高的镁石灰石因共离子效应而抑制石灰石的 溶解和离子的氧化，造成中毒 （3）其它 吸收塔浆液浓度过高，抑制 SO2 吸收和氧化过程， 脱硫率会出现持续下降的现象 Mg 含量更高的白云石因其特有特性一般很难溶解， 造成”中毒”假象 3、吸收塔“中毒”的对策 （1）吸收塔内浆液抛弃处理，重新注水。 （2）加入氢氧化钠、己二酸、二元酸等增强化学性 能的添加剂，逐步提高 PH 值，并加强脱水和废水排 放，逐步恢复浆液的反应活性。 17 （3）逐步少量供浆，同时加大石膏脱水和废水排放， 将影响活性的物质和活性不好的反应剂逐步排出系统， 另外可配合事故浆液箱，将一部分浆液临时储存在事 故浆液箱静置，待浆液恢复正常后，再慢慢消化。 吸收塔浆液起泡 1、浆液起泡的危害 吸收塔浆液起泡后，经常会导致吸收塔溢流。由 于吸收塔液位均采用差压变送器测量，一旦出现泡沫， 就会导致吸收塔液位成为“虚假液位”，再加上脉冲 悬浮泵搅拌、氧化空气鼓入、浆液喷淋等因素综合影 响，引起液位波动，造成吸收塔液位间歇性溢流。很 容易造成严重后果。 1.1 对烟道的危害 一旦吸收塔起泡溢流，浆液进入未作防腐的原烟 道，造成原烟道腐蚀。 1.2 对脱硫效率的影响 当吸收塔起泡后，泡沫富集在液面上，影响 SO2 的反 应吸收 18 2、吸收塔起泡原因分析 纯净的液体不能形成稳定的泡沫，吸收塔起泡 是由于系统中进入了其他成分。 1）锅炉在运行过程中投油、燃烧不充分，未燃尽成 份岁锅炉尾部烟气进入吸收塔，造成吸收塔浆液有机 物含量增加。（皂化反应） （2）锅炉电除尘运行状况不好，烟气中粉尘浓度超 标，含有大量惰性物质的杂志进入吸收塔后，致使吸 收塔浆液重金属含量增高。重金属离子增多引起浆液 表面张力增加，从而使浆液表面起泡 （3）脱硫用石灰石中含过量 MgO，与硫酸根离子反 应产生大量泡沫 3、起泡对策 吸收塔浆液起泡溢流后，首先要消除已产生的泡 沫，然后通过调整运行方式，缓解起泡溢流现行，最 后分析起泡原因，严格控制进入吸收塔内各种可能引 起起泡的物质。 （1）从吸收塔地坑定期加入脱硫专用消泡剂。最初 可先取部分浆液进行试验，有效果好再向吸收塔内加 入。 19 （2）加大石膏脱水量，进行浆液置换。 （3）脱水的同时，加大废水排放量，降低浆液中重 金属离子、CL 离子、有机物、悬浮物及各种杂质的 含量。 （4）严格控制石灰石原料，重点控制石灰石中 MgO 含量 （5）加强吸收塔浆液、废水、石灰石浆液、石膏的 化学分析工作，有效监控脱硫系统运行状况，发现浆 液品质恶化趋势时，及时采取处理手段。 三、关于设备的常见问题分析 1. 机械密封：机械密封引起的离心泵故障占脱硫设 备总故障的 60% 以上。离心泵在运转中突然泄漏， 少数是因正常磨损或己达到使用寿命，而大多数是由 于工况变化较大或操作、维护不当引起的。主要原因 有 （1）泵实际输出流量偏小，大量介质泵内循环，热 量积聚，引起介质气化，导致密封失效； （2）停运未排空或入口门泄露，导致泵体内存有浆 液，当泵长时间停运，浆液沉积严重，重新启动由于 摩擦副因粘连而扯坏密封面； 20 （3）介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多； （4） 密封水断流造成机封损坏 解决措施 （1）运行中，加强对密封水的巡检，特别是循环泵， 防止断流 （2）保证密封水压力和流量 （3）定期检查泵振动，一旦出现振动过大，及时停 运进行反冲洗，2.脱水系统易遇到的问题 真空度过低：一般在 0.040.06MPa 之间最为合适， 过高会造成真空泵过载；过低的原因可能是密封水流 量低，真空系统泄漏、滤饼厚度不足(2040mm 之间)、 滤布破损等。 气液分离器液位高：由于管路修改，气液分离器抽出 液体通过新加管线进入清水箱，如果新加管道末端出 口没有到达水面以下，就有可能出现气液分离器倒吸 空气的现象，使气液分离器液位升高报警。 预防和解决办法：启用脱水系统前，应先检查清水 箱液位处于高于管道末端的位置，如果液位较低，可 使用外接冲洗水预先补水或提前启动废水系统补水， 21 如果出现气液分离器液位高报警，可停掉石膏排出泵 使液位下降。 4、以后工作可能出现的问题 冬季防冻： 1、所有设备的冷却水、机械密封水、减温水正常投 入并保持畅通。若不能保证相应回路畅通，则应进行 隔绝并将存水放尽。 2、停运设备及管道冲洗完成后，必须将设备及管道 内积水放净，并注意检查阀门有无内漏。 3、停运设备的油系统保持正常状态，冷却水正常投 入，维持温度在正常范围。 4、 巡回检查时注意检查各处暖器投入良好，无泄漏、 断流现象，仪表、管道伴热装置投入正常，各配电箱、 控制箱、照明箱门关严，设备、管道保温完好、无结 冰现象，各地坑、沟道盖板盖好，无冻堵现象。 5、#1、#2 石灰石制浆罐的工艺水补水电动门保持 常开位置，供水流量的调节由运行人员按照液位自行 调节。 6、由于废水系统易发堵塞故障，在投运废水系统时， 首先开启废水管道的冲洗水门进 行水冲洗，确认废 22 水管道畅通无阻后方可启动废水泵输送废水。 7、应经常检查各地坑水渠应无於堵、无冻结、无杂 物，冷却水及冲洗水系统应运行正常，各母管压力应 在正常范围之内 脱硫系统培训教材脱硫系统培训教材 23 目目 录录 1.1 脱硫岛的基本概念2 1.1.1 脱硫岛的构成及主要设备.2 1.1.2 脱硫岛的原料和产品.3 1.1.3 脱硫反应原理.3 1.1.4 脱硫岛的设计原则.4 1.1.5 脱硫岛的关键控制参数：.5 1.2 设计的条件5 1.3 性能指标7 1.4 工艺流程图8 1.5 总平面布置图8 2 分系统介绍分系统介绍 .8 2.1 烟气系统8 2.1.1 系统简介.8 2.1.2 主要设备.9 2.2 吸收塔系统13 2.2.1 系统简介13 2.2.2 反应原理16 24 2.2.3 影响 SO2 脱除效率和能耗的参数17 2.2.4 主要设备17 2.3 石灰石浆液制备系统19 2.3.1 系统简介19 2.3.2 主要设备20 2.4 石膏脱水系统21 2.4.1 概述21 2.4.2 吸收塔排出泵系统22 2.4.3 石膏一级脱水系统（石膏旋流器）22 2.4.4 石膏二级脱水系统22 2.4.5 废水旋流器23 2.4.6 主要设备23 2.5 工艺水系统25 2.5.1 概述25 2.5.2 主要设备25 2.6 排放系统25 2.6.1 概述25 2.6.2 主要设备26 2.7 压缩空气系统27 2.8 电气系统27 2.8.1 设计依据27 2.8.2 电气主接线27 2.8.3 电气设备布置与安装28 2.8.4 保护、测量及控制29 2.8.5 直流系统和 UPS 系统30 2.8.6 过电压与接地31 2.8.7 照明及检修系统31 2.8.8 电缆防火及阻燃32 2.8.9 通信系统32 2.9 控制系统.32 2.9.1 专业设计依据地技术规程、规范32 2.9.2 烟气脱硫控制方式及控制水平33 2.9.3 脱硫控制系统的结构34 2.9.4 控制系统的可靠性35 2.9.5 热工自动化功能36 2.9.6 脱硫自动化设备选择40 2.9.7 脱硫车间的火灾报警40 2.9.8 电源和气源40 2.9.9 电缆及敷设41 2.9.10 脱硫岛工业电视监视系统.41 3 运行组织运行组织 .41 3.1 正常启动41 3.1.1 简介41 3.1.2 辅助系统41 25 3.1.3 吸收塔系统设备状态42 3.1.4 吸收塔在线状态43 3.1.5 氧化风机43 3.1.6 烟气系统43 3.2 正常运行44 3.2.1 简介44 3.2.2 石灰石浆液供给44 3.2.3 吸收塔排放44 3.2.4 吸收塔液位44 3.2.5 循环泵44 3.2.6 吸收塔搅拌器44 3.2.7 氧化风机45 3.2.8 氧化空气喷水45 3.2.9 除雾器清洗系统45 3.2.10 工艺水泵.45 3.2.11 工艺水箱.45 3.2.12 滤液.45 3.3 正常停机46 3.3.1 简介46 3.3.2 FGD 辅助系统的状态 46 3.3.3 吸收塔区域排水坑46 3.3.4 吸收塔区设备状态46 3.3.5 吸收塔停运46 3.3.6 吸收塔排放47 3.4 事故停运48 3.4.1 简介48 3.4.2 停电时 FGD 设备状态48 3.4.3 恢复供电时 FGD 设备的状态48 3.4.4 供电恢复时操作员的操作步骤（长时间停电）49 4 调试内容调试内容 .50 4.1 启动调试范围及项目50 4.1.1 工艺专业50 4.1.2 电气专业50 4.1.3 热控专业51 4.1.4 化学专业51 4.2 主要调试工作程序52 4.2.1 分部试运52 4.2.2 整套试运程序53 4.3 FGD 启动调试阶段主要控制节点及原则性调试方案54 4.3.1 FGD 启动调试阶段主要控制节点54 4.3.2 主要节点调试方案要点54 26 1.1 脱硫岛的基本概念 1.1.1 脱硫岛的构成及主要设备 石灰石石膏湿法脱硫系统是一个完整的工艺系统，主要分成以下几个分 系统：烟气系统、SO2吸收系统、氧化空气系统、石灰石浆液制备与供应系统、 石膏脱水系统、工艺水和冷却水系统、排放系统、服务空气系统等。 脱硫岛的主要设备有升压风机、挡板门、烟气换热器（GGH）、吸收塔、 浆液循环泵、氧化风机、除雾器、旋流器、真空皮带脱水机、湿式球磨机等。 脱硫岛同时配置有电气、热控设备及 DCS、消防及火灾报警等辅助系统。 27 除以上系统之外，石灰石石膏湿法脱硫系统也包括一些电厂常规的如照 明、给排水等系统，对于这些电厂常规系统，不在本教材叙述范围之内。 1.1.2 脱硫岛的原料和产品 电厂烟气脱硫是指：将电厂锅炉排出至烟囱前的含二氧化硫（SO2）的烟 气,通过合理的工艺流程和可靠的设备,进行净化处理，除去其中绝大部分 SO2, 然后再排入大气环境中。 石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺（湿法工艺）是指：利用石灰石 （CaCO3）细粒和水按比例制成的混合浆液作为湿式反应吸收剂，与烟气中的 SO2反应，降低烟气中 SO2的含量，以减少其污染性，同时产生可以综合利用的 石膏。 湿法工艺采用的原料为石灰石。先将石灰石用干式球磨机磨细成粉状，然 后直接与水混合搅拌制成吸收浆液；也可先将石灰石用湿式球磨机直接磨细成 为吸收浆液；部分湿法工艺采用石灰(CaO)作吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液 与烟气接触混合，烟气中的 SO2溶于水，与浆液中的碳酸钙反应生成亚硫酸钙, 然后在塔内与鼓入的氧化空气发生化学反应，最终反应产物为石膏。脱硫后的 烟气经除雾器除去夹带的细小液滴，净烟气排入烟囱。 湿法工艺的产品为石膏。系统中的石膏浆液经排出泵打入石膏脱水系统， 脱水后回收成品石膏，同时借此维持吸收塔内浆液密度。 1.1.3 脱硫反应原理 石灰石石膏湿法脱硫工艺脱硫过程的主要化学反应为： （1）在脱硫吸收塔内，烟气中的 SO2首先被浆液中的水吸收，形成亚硫 酸，并部分电离： SO2 H2O H2SO3 H HSO3 2H SO32 （2）与吸收塔浆液中的 CaCO3细颗粒反应生成 CaSO31/2H2O 细颗粒： CaCO3 2H Ca2+ H2O CO2 Ca2+ SO32- CaSO3 1/2H2O H 28 （3） CaSO3 1/2H2O 被鼓入的空气中的氧氧化，最终生成石膏 CaSO42H2O HSO3 1/2 O2 H+ SO42- Ca2+ SO42- 2H2O CaSO42H2O 上述反应中第一步是较关键的一步，即 SO2被浆液中的水吸收。根据 SO2的化学特性，SO2在水中能发生电离反应，易于被水吸收，只要有足够的 水，就能将烟气中绝大部分 SO2吸收下来。 但随着浆液中 HSO3和 SO32离子数量的增加，浆液的吸收能力不断下 降，直至完全消失。因此要保证系统良好的吸收效率，不仅要有充分的浆液量 和充分的气液接触面积，还要保证浆液的充分新鲜。上述反应中第二步和第三 步其实是更深一步的反应过程，目的就是不断地去掉浆液中的 HSO3和 SO32 离子，以保持浆液有充分的吸收能力，以推动第一步反应的持续进行。 1.1.4 脱硫岛的设计原则 脱硫岛的总体设计原则是确保较高的脱硫效率、较高的可用率，并保证安 全可靠，对锅炉岛的运行操作无影响。为此，采用技术上成熟的工艺，操作上 可靠性较高的设备是十分必要的。 烟气脱硫工程的设计原则如下： (1)脱硫岛采用石灰石石膏湿法烟气脱硫系统，对全部烟气进行脱硫。 (2)在锅炉燃用设计煤质 BMCR 工况下处理全烟气量时的脱硫效率保证不 小于 95，烟气烟囱入口烟温不低于 80。 (3)烟气脱硫系统的使用寿命不低于主体机组的寿命（30 年）。 (4)FGD 装置投入商业运行烟气脱硫系统的利用率将超过锅炉电除尘运行 时间的 98，为保证电厂可靠、稳定运行，脱硫岛停运不影响电厂的正常运行。 (5)对于烟气脱硫系统中的设备、管道、烟风道、箱罐或贮槽等，考虑防腐 和防磨措施。烟风道的设计符合火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程 (DL/T 5121-2000)的规定，汽水管道符合火力发电厂汽水管道设计技术规定 29 （DL/T50541996）和火力发电厂汽水管道应力计算技术规定 （SDGJ690）中的要求。对于低温烟道的结构采用能保证有效的防腐形式。 (6)所有在需要维护和检修的地方均设置平台和扶梯，平台扶梯的设计满足 GB4053.1GB4053.4 或火力发电厂钢制平台扶梯设计技术规定 DLGJ158-2001 中的要求。 (7)烟气脱硫设备所产生的噪声控制在低于 85dB（A）的水平（距产生噪 声设备 1 米处测量）。在烟气脱硫装置控制室内的噪声水平低于 60dB（A）。 (8)烟气脱硫系统产生的石膏中， Cl-含量小于 100 ppm ，CaCO3含量与 MgCO3含量之和小于 3%，其水分不大于 10（重量比）。 (9)贯彻电力建设“安全可靠、经济实用、符合国情”的指导方针，严格执 行设计合同的要求，精心设计，充分优化方案，使建造方案经济合理、可用率 高，并在保证技术指标的前提下努力降低工程造价。 1.1.5 脱硫岛的关键控制参数： (1) 入口烟气的含尘量。烟气的含尘量过高，将导致系统操作恶化，表现 为吸收效率低下（增加石灰石投入量作用不大的）、皮带机脱水困难 等。还需注意的是，由此造成的系统操作恶化，需较长时间纠正。 (2) 吸收塔内浆液的 pH 值。必须控制在指定范围内，过低会导致浆液失 去吸收能力；而过高，系统则会产生结垢堵塞的严重后果。PH 值主 要通过石灰石给料量，进行在线动态调节，以适应锅炉操作波动和工 况变化。 (3) 吸收塔内浆液的密度。必须控制在指定范围内，过低会导致浆液内石 膏结晶困难及皮带机脱水困难；而过高，则会使系统磨损增大。 (4) 吸收塔内浆液的 Cl-离子浓度，宜保持在 20000ppm 以下。 (5) 石灰石的反应活性。一般应采用含 CaO 品位较高的矿石，且细度合格。 (6) 出口烟气的温度。必须不小于 80，以保证烟气的排放。 (7) 出口烟气的 SO2含量。必须时刻监视该参数，但出现偏差时，应综合 分析锅炉负荷、入口烟气的 SO2含量、循环泵的工作台数、浆液的 pH 值等影响因素。 30 1.2 设计的条件 （1）吸收剂的参数 项 目单 位数据 CaCO3% 9300 MgCO3%0.21 Al2O3%0.54 TiO2%0.01 SiO2%0.53 Fe2O3%0.11 MnO%0.04 K2O%0.02 P2O5%0.003 Na2O%0.015 SO3%0.079 粒径 mm20 易磨性指数 BWI易磨性等级 （2）工艺水的参数 序号检测项目工业水循环水 1全固形物(mg/L)162.8381.4 2悬浮物(mg/L)4.4207.5 3PH 257.927.78 4全碱度(mmol/L)1.871.81 5CO32-(mmol/L) 6总硬度(mmol/L)2.122.28 7永久硬度(mmol/L)0.250.47 8腐植酸盐(mmol/L) 31 序号检测项目工业水循环水 9钙(mg/L)35.0836.23 10铁(mg/L)0.00730.0023 11钠(mg/L)6.337.27 12镁(mg/L)6.506.62 13钾(mg/L)1.531.76 14硫酸盐(mg/L)23.3831.16 15氯化物(mg/L)10.5011.0 16溶解固形物(mg/L)158.40173.9 17二氧化硅(mg/L)8.508.60 18电导率(us/cm)1.231305 19OH-(mmol/L)00 20HCO3-(mmol/L)114.11110.45 21暂时硬度(mmol/L)1.871.81 22负硬度(mmol/L) 23化学耗氧量(mg/L)0.7593.23 1.3 性能指标 （1） 烟气参数 烟气参数 序号指标名称数值备注 32 序号指标名称数值备注 1FGD 进口烟气量（Nm3/h, 标准湿态）1221514 2FGD 进口烟气量（Nm3/h, 标准干态）1130170 3FGD 进口 SO2浓度（mg/Nm3, 标准干态）2120 4FGD 出口 SO2浓度（mg/Nm3, 标准干态）90 5FGD 出口含尘浓度（mg/Nm3,干,）66 6FGD 进口烟气温度（）125 7FGD 出口烟气温度（）80 8系统脱硫效率（） 95.7 9系统可用率（） 97 10FGD 使用年限（年）30 11负荷变化范围（）35100 12石灰石粒径要求（mm） 90%43m 13石灰石浆浓度（）30浆液制备 14吸收塔浆池 Cl 浓度（ppm）20000运行值 15故障烟温（）160旁路运行 16钙硫比 Ca/S（mol） 1.03 （2） 石膏品质 项 目单位指 标 湿度wt%90 PH 值6-8 气味无 颜色（白度）淡灰白色 1.4 工艺流程图 见图纸部分 1.5 总平面布置图 见图纸部分 2 分分系系统统介介绍绍 2.1 烟气系统 2.1.1 系统简介 xxx 炉烟气系统采用将升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，并同时避免升压风机可能受到的低温烟气 的腐蚀，从而保证了升压风机及至的整个 FGD 系统安全长寿命运行。 从电厂 xxx 锅炉来的原烟气，分别由烟道引至本次设计的 FGD 系统。经 过两台原烟气挡板后, 进入各自的升压风机，升压后进入各自的 GGH。原烟气 34 的热量在 GGH 中被交换，在设计工况下，其温度由 126降至 91，冷却了 的原烟气进入吸收塔进行脱硫反应。在吸收塔内原烟气与石灰石浆液充分接触 反应脱除其中的 SO2，原烟气温度进一步降低至饱和温度 47.1。脱硫后的净 烟气经除雾器，返回 GGH，被加热后，温度升至 80以上后经过净烟气烟道、 净烟气挡板和烟囱，排放到大气中。 为了将 FGD 系统与锅炉分离开来，在整个烟气系统中共设置带气动执行 机构的、保证零泄露的烟气挡板门 6 只，其中 2 只旁路挡板门、2 只原烟道进 口挡板门、2 只净烟道出口挡板门。 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， 原烟气分别通过两个原烟气挡板后进入 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，烟气挡板门设置有密封空气系统。 烟道采用普通钢制烟道。GGH 入口前的原烟气段烟道由于烟气温度较高， 均无需防腐处理。GGH 出口后的原烟气烟道由于烟气温度已降至 100以下， 接近酸露点，因此采用玻璃鳞片树脂涂层。GGH 本身静态部件内侧和吸收塔本 体及吸收塔出口后的全部净烟气烟道，也基于同样原因，主要采用玻璃鳞片树 脂涂层。 2.1.2 主要设备 烟气系统主要设备包括：升压风机、GGH、烟气挡板门、膨胀节等。 （1）升压风机 升压风机为烟气提供压头，使烟气能克服整个 FGD 系统从进口分界到烟 囱之间的烟气阻力。 xxx 炉各配一台升压风机（共二台），用动叶可调轴流式风机。 35 根椐火力发电厂设计技术规程DL5000-2000, 设计上将风机的压力富 裕系数选为 1.2，流量富裕系数选为 1.1，并加 10温度裕量。风机使用寿命 不小于 30 年。 升压风机由于避免了受到低温烟气的腐蚀, 设计和制造上主要考虑叶片合 理的材质，以防止叶片磨损, 以保证长寿命运行。并且在结构上，考虑叶轮和 叶片的检修和更换的方便性。 升压风机技术参数性能如下(BMCR)： 设计流量： 1774800m3/h(湿态，每台) 设计压头： 3400Pa 效率： 87.31% 材料： 壳体： Q235-A 叶轮： 15MnV 叶片： 15MnV 主轴： 42CrM0 电机技术参数性能如下： 电机功率：N=2800 kW, 6000V， 电机型号：YKK800-8 电机冷却方式：空冷 风机和电机总重：5 5 吨 辅助设备：风机配有独立的液压控制油站、润滑油站。采用高品质液压缸， 使液压动叶控制得到充分保证，升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。 36 （2）烟气换热器(GGH) GGH 选用回转再生式烟气换热器，涂搪瓷换热元件选用先进波形和高传热 系数产品，以减小 GGH 总重和节约业主方未来更换换热元件的费用。GGH 利 用锅炉出来的原烟气来加热经脱硫之后的净烟气，使净烟气在烟囱进口的最低 温度达到 80以上，大于酸露点温度后排放至烟囱。 GGH 转子采用中心驱动方式。每台 GGH 设两台电动驱动装置，一台主驱 动，一台备用，电机均采用空气冷却形式。如果主驱动退出工作，辅助驱动自 动切换，防止转子停转。GGH 的设计能适应在厂用电失电的情况下，转子停转 而不发生损坏、变形。GGH 的整体使用寿命（壳体、驱动装置）不低于 30 年。 GGH 采取主轴垂直布置，即气流方向为原烟气向上（去吸收塔），净烟气 向下（去烟囱排放）。因为原烟气中含有一定浓度的飞灰，飞灰可能会沉积在 装置的换热元件上，随着时间的推移，热传递的效率可能会降低。为防止 GGH 传热面间的沉积结垢而影响传热效率，增大阻力，需要通过吹灰器使用压缩空 气清洗或用高压水进行定时清洗，吹灰器配有一根可伸缩的喷枪。视烟气中飞 灰含量情况，决定每班或每隔数小时冲洗一次 GGH，或当压降超过给定最大值 时，说明有一定程度的颗粒沉积，需启动高压水泵冲洗。但用高压水泵冲洗只 37 能在运行时