毕业设计（论文）-2×80th燃煤锅炉湿式石灰石-石膏烟气脱硫工艺初步设计.doc

全套图纸加153893706毕业论文（设计）题目：280t/h燃煤锅炉湿式石灰石/石膏烟气脱硫工艺初步设计Title：Preliminary design of wet limestone gypsum flue gas desulfurization process for 2 x80t / h coal-fired boiler学 院：环境科学与工程学院专 业：环境工程班 级：环工1001学 号：学生姓名：指导教师：二一四 年 五 月承诺书我谨在此承诺：本人已认真学习并知晓教育部学位论文作假行为处理办法的全部内容。本人承诺恪守学术道德和学术规范，在指导教师指导下独立完成学位论文。如本人存在(一)购买、出售学位论文或者组织学位论文买卖的； (二)由他人代写、为他人代写学位论文或者组织学位论文代写的； (三)剽窃他人作品和学术成果的； (四)伪造数据的； (五)有其他严重学位论文作假行为等以上情形，本人愿意接受学校按有关规定给予的处理，并承担相应责任。 特此确认。承诺人： 2013年05月13日目 录第一部分 毕业论文（设计）正文 中文题目与摘要英文题目与摘要 正文目录正文 第二部分 文献综述 文献综述 第三部分 外文翻译 外文1 译文1 外文2 译文2 第四部分 相关材料 1毕业论文(设计)任务书 2毕业论文(设计)开题报告3毕业论文（设计）指导卡4毕业论文（设计）评分标准（指导教师、评阅人用）5毕业论文（设计）指导教师评语及评分6毕业论文（设计）评阅人评语及评分7. 毕业论文（设计）答辩评分标准及成绩8毕业论文（设计）答辩记录 9毕业论文（设计）答辩委员会评语和结论10毕业论文（设计）评分汇总表 . 正文毕业论文（设计）正文题目：280t/h燃煤锅炉湿式石灰石/石膏烟气脱硫工艺初步设计Title：Preliminary design of wet limestone gypsum flue gas desulfurization process for 2 x80t / h coal-fired boiler学 院：环境科学与工程学院专 业：环境工程班 级：环工1001学 号：学生姓名：指导教师：二一四 年 五 月280t/h燃煤锅炉湿式石灰石/石膏烟气脱硫工程初步设计摘要：根据某火电厂280 t/h燃煤锅炉具体情况，进行了湿式石灰石/石膏法烟气脱硫工程的工艺初步设计。设计处理量为200000 Nm3/h，入口SO2浓度为5000 mg/Nm3的烟气，经过塔径为6.27 m，塔高为19.0 m，3层喷淋的湿式石灰石/石膏法烟气脱硫塔净化，净化后烟气中SO2浓度200 mg/Nm3，脱硫效率96%。关键词：烟气脱硫；湿法石灰石/石膏法；方案设计Preliminary design of wet limestone gypsum flue gas desulfurization process for 2 x80t / h coal-fired boilerAbstract: According to actual conditions of the 280 t/h coal-fired boiler, wet limestone/gypsum flue gas desulfurization process is proposed. The flue gas flow is 200000 Nm3/h and the inlet SO2 concentration of flue gas is 5000 mg/Nm3. SO2 is removed in a three-spray desulfurization tower, the tower diameter 6.27 m and the tower height 19.0 m. SO2 outlet concentration is less than 200 mg/Nm3 and desulfurization efficiency is more than 96% after treatment.Keywords: FGD; wet limestone/gypsum method; design program正文目录1引言- 1 -1.1设计背景和意义- 1 -1.2技术现状和分析- 1 -1.2.1国内技术现状与分析- 1 -1.2.2国外技术状况与分析- 2 -1.3设计目标和基本思路- 2 -1.3.1设计目标- 2 -1.3.2设计思路- 2 -1.3.3设计内容- 3 -2工程概况- 4 -2.1设计依据- 4 -2.2设计原则- 5 -2.3自然环境条件- 5 -2.4设计条件和设计参数- 6 -2.4.1锅炉设计参数- 6 -2.4.2设计目标- 6 -3处理工艺流程- 7 -3.1湿法脱硫工艺简介- 7 -3.1.1石灰石石膏湿法烟气脱硫技术- 7 -3.1.2氧化镁法- 7 -3.1.3海水脱硫法- 7 -3.1.4氨液吸收脱硫法- 8 -3.1.5双碱法- 8 -3.2脱硫技术方案技术比选- 8 -3.3工艺流程- 9 -3.3.1石灰石-石膏湿法烟气脱硫原理- 10 -3.3.2空塔喷淋脱硫工艺- 11 -3.4预期处理效果- 11 -4各构筑物及设备- 13 -4.1物料平衡计算- 13 -4.1.1设计参数- 13 -4.1.2吸收剂的消耗量- 13 -4.2烟气系统- 13 -4.2.1烟道设计- 14 -4.2.3烟气换热器- 14 -4.3 SO2吸收系统- 14 -4.4石灰石浆液制备系统- 19 -4.5石膏脱水系统- 21 -4.5.1石膏浆液缓冲箱- 21 -4.5.2石膏浆液排放泵- 21 -4.5.3石膏旋流器- 21 -4.5.4石膏储仓- 22 -4.6工艺水系统- 22 -4.7排放系统- 22 -4.8烟囱尺寸- 24 -4.9废水处理系统- 24 -4.10电气系统- 24 -4.11监测系统- 25 -4.12主要设备清单- 26 -5总图- 26 -5.1工艺流程图- 27 -5.2平面布置图- 27 -5.3高程图- 27 -5.4吸收塔总图- 27 -5.5石灰石浆液制备系统图- 27 -5.6烟气系统工艺流程图- 27 -5.7喷嘴布置图- 27 -5.8吸收塔外形图- 27 -6公用工程- 28 -6.1控制系统- 28 -6.2给水排水- 28 -6.3环保安全- 29 -7工程投资和运行费用- 31 -7.1工程投资- 31 -7.2运行费用- 31 -8主要经济指标- 32 -8.1环境效益及社会效益- 32 -8.2主要技术经济指标- 32 -致谢- 33 -参考文献- 34 -附录1 毕业设计计算说明书- 34 -附录2工艺流程图- 59 -附录3平面布置图- 59 -附录4高程图- 59 -附录5吸收塔总图- 59 -附录6石灰石浆液制备系统流程图- 59 -附录7烟气系统工艺流程图- 59 -附录8喷嘴布置图- 59 -附录9吸收塔外形图- 59 -1. 引言1.1设计背景和意义随着现代工业的发展，大气污染问题越来越严重。温室效应、酸雨、臭氧层空洞等全球气候问题不仅对人类的生产生活造成了阻碍，而且对人体健康危害极大。温室效应主要是由于二氧化碳过量排放到大气中形成的，臭氧层空洞是由于氟代烃和氯代烃排放到大气层中不断消耗大气层中的臭氧所造成的，酸雨则是由于二氧化硫排放到大气中，与雨水反应生成硫酸所造成的。酸雨问题造成的生命和财产损失很严重，而酸雨形成的罪魁祸首便是煤燃烧所产生的大气污染物。我国是一个能源大国，每年煤炭消耗量具世界首位，达到11亿吨以上1。中国煤炭资源储量大，煤炭资源约占全国一次性能源总产量的74%2，在今后一定的时期内，燃煤发电的现状难以发生根本性转变，火力发电仍然是我国发电行业的主导方式。煤炭燃烧不可避免的会产生烟尘、硫化物、NOx等大气污染物，它们会产生光化学烟雾，酸沉降，对环境造成严重污染。其中，SO2 主要产生于电力、冶金、化工等工业部门排放的废气，是酸雨的重要形成原因之一，酸雨使土壤和水体酸化，威胁水生生物和陆生动植物生存，严重破坏生态环境，腐蚀建筑物，危害人类健康。 国家已采取相应措施控制燃煤电厂烟气排放。从20世纪90年代开始，国家陆续颁布了法律制度以控制SO2的排放。我国“十二五”规定的SO2排放浓度由“十一五”规定的排放浓度200mg/m3下降到100mg/m3。并且规定对使用煤炭含硫率大于1%的新建、改建火力发电厂强制要求建立脱硫设施，已建立的电厂也要分批次建立脱硫设施或采取相同效果的脱硫设施。目前，随着人们环保意识的增强和国家排污总量收费政策实施，火电厂大气污染物排放标准等环保政策的强制执行，燃煤电厂SO2排放的治理已势在必行3。本设计主要以燃煤发电厂所提供的参数和国家对大气污染物排放限制的规定为依据，对某燃煤电厂的烟气脱硫设备进行改造，旨在使电厂排放烟气中的SO2达到国家排放标准，有效地控制当地空气中的污染物，改善空气质量，提高居民生活质量，具有实际意义和一定的必要性。1.2技术现状和分析1.2.1国内技术现状与分析我国政府十分重视二氧化硫污染治理及技术研究开发工作，自20世纪70年代开始，曾先后进行了亚纳循环法、活性炭吸附法、石灰石法等半工业性试验或现场中间试验4。“八五”期间，不同工艺的脱硫示范项目相继开展，如：山东黄岛发电厂一台210MW 旋转喷雾干燥法烟气脱硫、山西太原第一热电厂高速水平流简易石灰石湿法烟气脱硫、南京下关电厂2台125MW机组的炉内喷钙尾部烟气增湿活化脱硫、四川成都热电厂一台200MW电子束脱硫、深圳西部发电厂300MW机组海水脱硫等。90年代，大型火电机组脱硫工作有了进一步发展，如国家电力公司在利用德国政府贷款引进具有90年代国际先进水平的德国斯坦米勒石灰石湿法脱硫技术，对北京第一热电厂、浙江半山发电厂和重庆发电厂进行烟气脱硫技术改造等。现今我国已拥有大型火电厂烟气脱硫自主知识产权的技术，并经过30万千瓦以上机组配套脱硫工程商业化运行的检验。脱硫设备国产化水平大大提高。从设备采购费用看，脱硫设备、材料的国产化率已可以达到90%以上，部分工程达到95%以上。脱硫设施造价及运行成本大幅度降低，新建30万千瓦机组的单位千瓦烟气脱硫价格从保障质量的角度看可降到平均200元人民币左右。在我国燃煤电厂脱硫市场中，湿法脱硫工艺所占的份额高达75%左右，且其中主要是采用传统的石灰石石膏湿法脱硫工艺。 1.2.2国外技术状况与分析近年来，世界各发达国家在烟气脱硫方面均取得了很大的进展，美国、日本和德国是世界上FGD 技术开发和大规模应用的国家，在火电厂FGD领域处于领先地位。日本是世界上控制SO2最有成效的国家，也是最早实行大规模FGD 的国家。所用技术以湿式石灰石-石膏法为主，占75%以上5。日本湿式石灰石-石膏法大多回收脱硫石膏，以弥补国内石膏资源的不足，年利用脱硫250万吨以上。近年来由于燃料结构的改变，如进口原油中含硫量的减少，液化天然气的增加，原子能发电、太阳能等无污染能源的发展，故烟气脱硫设施有减少的趋势。美国自20世纪50年代开始研究电站烟气脱硫技术，到2010年美国电站己运行的烟气脱硫(FGD)占燃煤电站总容量的20%以上6。德国电厂为了达到国家限定的排放标准，主要采用脱硫效率高的湿法脱硫工艺。1.3设计目标和基本思路1.3.1设计目标280t/h燃煤锅炉湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺初步设计。1.3.2设计思路首先，干法工艺虽然防腐性能好，具有不产生废水等优点，但是脱硫效率基本上都在85%以下；而根据本工程的设计要求，效率要达到96%以上，干法工艺脱硫效率达不到设计要求，因此原则上不予考虑。其次，半干法烟气脱硫普遍存在脱硫率较低，设备磨损严重，反应速度较慢等缺点。而作为当今世界起步最早，发展最为成熟的湿法烟气脱硫技术具有脱硫反应速度快、脱硫效率高等优点，达标处理是可行的，故本方案考虑采用湿法烟气脱硫技术。湿法烟气脱硫使用脱硫剂与水混合制成吸收剂，从吸收塔顶部向下喷洒吸收剂，与逆向上升的气流接触反应，SO2与吸收塔反应的产物与鼓入的氧化空气反应形成晶体，最终达到脱硫的目的。该工艺的特点为：吸收剂和脱硫产物均为湿态，工作硫容量高；工艺操作弹性大；处理硫负荷性能强；使用范围广；脱硫剂来源广泛且经济成本低；脱硫率高；脱硫产物在建筑方面具有很大的运用潜力。而且石灰石石膏法烟气脱硫技术是目前世界上应用最多，技术最为成熟的脱硫方式，该工艺在日本、德国（大型电厂中占90%）和美国（大型电厂占87%）燃煤电厂脱硫工程中已经得到了有效的验证。综上所述，本方案决定采用石灰石-石膏法烟气脱硫技术。1.3.3设计内容（1）根据设计任务进行资料收集和调研；（2）通过比选，确定合适的脱硫工艺，包括石灰石粉制备方式的选择、GGH设置的选择、增压风机设置的选择、石膏储运方式的选择；（3）烟气净化系统工艺设计计算，包括脱硫系统、吸收剂制备系统、烟道系统及副产品处理处置系统；（4）主要烟气脱硫装置选择和工艺设计，包括气固输送管道和泵、风机等；（5）脱硫系统的设计优化(石膏处理系统、废水排放系统、工艺水系统、压缩空气系统)；（6）考虑管道腐蚀堵塞问题，并提出合理的解决办法；（7）脱硫设施总平面布置的合理性；（8）工程概算、技术经济分析；2工程概况某燃煤电厂两台80 t/h煤粉锅炉，总烟气量200000 Nm3/h，出口烟气温度150，SO2入口浓度5000 mg/Nm3，每台锅炉年运行时间为6000 h。2.1设计依据（1）火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）；（2）火力发电厂设计技术规程（DL5000-2000）；（3）火力发电厂烟气脱硫设计技术规范（DL/T5196-2004）；（4）锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001)；（5）工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范（HJ462-2009）；（6）火电厂烟气脱硫工程技术规范 石灰石-石膏法（HJ/179-2005）；（7）燃煤烟气脱硫设备(GB/T 19229-2003)；（8）环境空气质量标准(GB3095-1996)；（9）一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准(GB18599-2001)；（10）工业企业厂界噪声标准 (GB12348-90)；（11）工业企业设计卫生标准(GBZ1-2002)；（12）大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)；（13）优质碳素结构钢技术条件(GB699-88)；（14）优质碳素结构钢热轧厚钢板技术条件(GB711-85)；（15）优质碳素结构钢薄钢板和钢带技术条件(GB710-88)；（16）碳钢焊条技术条件(GB3087-82)；（17）锅炉钢结构制造技术条件(JB1620-83)；（18）锅炉油漆和包装技术条件(JB1615-83)；（19）钢结构设计规范(GBJ17-91)；（20）混凝土结构设计规范(GBJ10-89)和1993年局部修订；（21）建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)；（22）花岗石类湿式烟气脱硫除尘装置(HCRJ040-1999)；（23）建筑防腐蚀工程施工及验收规范(GB50212-2002)；（24）钢结构施工及验收技术规范(GB50205-95)；（25）火力发电厂烟气脱硫设计技术规程(DL/T-5196-2004)；（26）火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程(DL/T 5121-2000)；（27）低压配电设计规范(GB50054-95)；（28）通用用电设备配电设计规范(GB50055-93)；（29）电气装置安装工程低压电气施工和验收规范(GB50254-96)；（30）电力工程电缆设计规范(GB50217-94)；（31）厂方相关技术要求及参数；（32）其他有关的设计规范和规定。2.2设计原则针对本次热电锅炉烟气脱硫工程，依据国家相关环保标准和业主的要求，确定如下设计原则：（1）确保烟气(烟尘、二氧化硫)达标排放；（2）确保烟气治理系统的安全、稳定运行；（3）整个系统设计紧凑，布局合理；（4）有稳定可靠的吸收剂来源；（5）在保证技术指标的前提下努力降低工程造价；（6）尽可能利用现有设施，对原有机组改造项目少，运行条件改变少。一次改造，长期受益；（7）装置的自动化程度高，便于管理，尽可能缩短停炉时间和降低投资；（8）确保现有粉煤灰用途；（9）可以兼顾脱硫与不脱硫状态，保证锅炉安全、正常运行，不脱硫时可按现有系统运行；（10）系统设备布置规范、紧凑、合理、美观，提高土地资源的利用率。2.3自然环境条件累计年平均温度 20 累计年极端最高温度 38.4 累计年极端最低温度 -6.3 累计年平均相对湿度 80%累计年最小相对湿度 9%累计年平均气压 1000.0 Pa累计年最高气压 1044.4 Pa累计年最低气压 990.1 Pa 累计年平均风速 2.4 m/s实测10min平均最大风速 20 m/s 50年一遇10 m高度10 min平均最大风速 23.9 m/s100年一遇10 m高度10 min平均最大风 25.5 m/s累计年年平均降水量 1228.0 mm累计年一日最大降水量 312.2 mm 累计年一月最大降水量 776.2 mm 累计年最大积雪深度 24 cm全年主导风向 N夏季主导风向 N冬季主导风向 N2.4设计条件和设计参数2.4.1锅炉设计参数某集团280t/h电厂脱硫工程是一个改造项目，其基本设计参数如表 2-1：表 2-1 设计基本参数序号名称数值单位1锅炉蒸发量280t/h2锅炉出口烟气量200000Nm3/h3锅炉出口烟气温度1504SO2浓度5000mg/Nm35锅炉年运行时间6000h2.4.2设计目标设计要求：要求SO2浓度达标排放200mg/Nm3(火电厂大气污染物排放标准(GB 13223-2011)。脱硫效率=96%。3处理工艺流程3.1湿法脱硫工艺简介3.1.1石灰石石膏湿法烟气脱硫技术石灰石石膏湿法烟气脱硫是目前世界上工艺最为成熟、安装量最大的湿法脱硫工艺，占已安装烟气脱硫装机容量的70%7。石灰石石膏湿法烟气脱硫技术是使用石灰石作为脱硫的吸收剂，将石灰石浆液喷入吸收塔内，浆液下降过程中与烟气混合反应，反应产物落入吸收塔底部与氧化空气反应生成石膏，从而去除SO2。 该方法的特点为：（1）工艺成熟，运行安全可靠；（2）脱硫效率高；（3）使用能耗较低；（3）初期的基础建设投资大；（4）吸收剂消耗量较大，运行成本较高；（5）在运行的过程中设备容易腐蚀、结垢和堵塞；（5）需要定期进行设备更换和维护管理。3.1.2氧化镁法氧化镁法的基本原理是以Mg(OH)2作为碱性脱硫剂，吸收烟气中的SO2 ，生成含水的亚硫酸镁和硫酸镁，然后送入流化床进行高温加热，生成MgO和高浓度SO2 。再生的MgO可循环利用，SO2 可回收制酸8。氧化镁湿法烟气脱硫技术，以美国化学基础公司（Chemico-Basic）开发的氧化镁浆洗再生法发展较快，并且在日本、台湾、东南亚得到了广泛的应用，近年，随着烟气脱硫事业的发展，氧化镁湿法脱硫在我国的研究与应用发展很快。氧化镁法的一个最大的优点为：脱硫副产物为含有MgSO3、少量MgSO4及其它杂质的物料体系，可用于生产农用镁肥、制取高纯度MgSO4、用作造纸纸浆软化剂，实现绿色循环经济。3.1.3海水脱硫法 海水脱硫是以天然海水作为吸收剂吸收烟气中SO2的烟气脱硫技术，海水脱硫工艺是基于海水中可溶解的碳酸盐使得海水具有弱碱性。1933年，英国第一次试用海水烟气脱硫技术，随后美国、法国等西方发达国家对该工艺也进行过较为深入的研究。Ghaxi Al-Enezi等在10-40内，以海湾海水进行SO2的吸收研究，发现10的海水对SO2有较高的吸收效率9。Juan等以人工海水对SO2进行吸收试验，在5-35 ，SO2的分压为0.050-1.5 kPa条件下，并且NaCl浓度在6-30%范围内增加过程中，SO2的溶解性随之增加为2060%，表明海水中盐度可增加对SO2的吸收。海水天然易得、天然碱度较高是烟气脱硫的物质基础，达到脱硫目的的同时还能满足排放标准，对海洋环境影响较小，因此为沿海企业海水脱硫提供了便利。但利用海水进行脱硫有地区限制，如果在内陆使用将使得原材料成本上升。3.1.4氨液吸收脱硫法 氨是一种良好的碱性吸收剂。氨液吸收法是以（NH4）2SO3、NH4HSO3，溶液来吸收低浓度SO2。（NH4）2SO3对SO2有跟高的吸收效率。SO2在吸收时，会引入诸如NOX、O2和飞灰等物质，造成脱硫效率下降。在国外，企业研究与应用氨液吸收法的主要有GE环境工程公司、德国的LLB公司及日本的NKK钢管公司。我国研究热门的电子束法，也是可以归纳为氨液吸收法的一种。但氨液吸收法原料成本较高，会导致运行费用的上升。3.1.5双碱法双碱法是由美国通用汽车公司开发的一种脱硫方法，它是利用钠碱吸收SO2，吸收后通过CaO对产物进行再生，结合了钠吸收脱硫法和石灰石石膏烟气脱硫的优点。双碱法的工艺方法可以分为三大类：混合吸收、再生和吸收剂分离。再生的钠盐吸收剂可重复使用。该方法的特点：（1）钠盐的吸收剂不产生沉淀；（2）吸收的两个过程将在吸收塔外部进行，使得运行安全，减少了运营成本；（3）钠盐吸收SO2速度快，可以提高脱硫率；（4）吸收剂成本高，投资增加，降低了石膏的质量。3.2脱硫技术方案技术比选由以上分析可知，湿法烟气脱硫技术实际上是利用pH值呈碱性的吸收液吸收烟气中的SO2，吸收剂和吸收后产物为湿润状态。通过比较可以看出各种脱硫工艺的优缺点及使用条件：（1）海水烟气脱硫技术由于要从海洋里取水，适于安装在临海地区，此处不适用；（2）氧化镁法虽然可回收废弃物，但由于此方法需要在较高温度下进行，能源消耗量较大，处理后的烟气中携带一定量的水蒸气，在经过低温烟道和烟囱的时候，容易冷凝下来，冲刷烟道和烟囱壁，造成管道腐蚀，在设立也不考虑。（3）氨液吸收法是烟气脱硫中较为完善的方法，但是氨挥发量大，增加了吸收剂的使用量，另外，氨的来源地及生产行业的限制较大，所以氨液吸收法在这里也不使用；（4）双碱法存在氧化副反应，生成的Na2SO4使得吸收剂再生难度增加，因此要经常补充吸收剂，增加碱的消耗量；另外，副反应产物Na2SO4将降低石膏质量，所以，双碱法不适用；（5）在湿法烟气脱硫中，湿法石灰石石膏烟气脱硫技术是安装量最大，工艺最为完善的技术，有很高的运行效率（能达到95以上），而且具有适用范围广泛，吸收剂利用率高等优点。在建筑方面脱硫石膏有很大的运用潜力：大量的脱硫石膏与更多的建筑材料一样是现下所被运用；脱硫石膏是可以在装置中被高度控制其高纯度的。综上所述，本方案决定采用石灰石石膏法烟气脱硫技术。3.3工艺流程典型的石灰石石膏湿法FGD系统工艺流程如图1所示。该系统主要由烟气系统、吸收氧化系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统组成。图3-1 石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺流程示意图烟气自锅炉引风机后烟道引入，经升压风机增压后进入吸收塔内。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3、HCl和HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石(CaSO42H2O)，并消耗作为吸收剂的石灰石10。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器(作为一级脱水设备)、浆液分配器和真空皮带脱水机。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。在吸收塔出口，烟气一般被冷却到46-55左右，且为水蒸气所饱和。通过GGH将烟气加热到80以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。3.3.1石灰石-石膏湿法烟气脱硫原理吸收液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。这些液滴与塔内烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，烟气中的SO2、SO3及HCl、HF被吸收。SO2吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终形成石膏11。为了维持吸收液恒定的pH值并减少石灰石耗量，石灰石被连续加入吸收塔，同时吸收塔内的吸收剂浆液被搅拌机、氧化空气和吸收塔循环泵不停地搅动，以加快石灰石在浆液中的均布和溶解。(1)SO2、SO3和HCl的吸收烟气中SO2，SO3和HCl在脱硫反应塔吸收过程中发生的主要化学反应如下： 气体从气相主体到液体表面气膜的扩散：ABC(气相主体) ABC (气膜)(ABC分别代表SO2、SO3、HCl) ABC从气膜穿过气液界面的扩散与溶解： ABC (g) ABC (aq) 溶解后的气体的水合过程： SO2(aq) + H2O H2SO3SO3(aq) + H2O H2SO4 溶液中的离解、氧化： HCl H+ + Cl-H2SO3 H+ + HSO3- HSO3- H+ + SO32- HSO3- + 1/2 O2 HSO4- SO32- + 1/2 O2 SO42- (部分) 在液相中，CaCO3溶解与电离： CaCO3 Ca2+ + CO32- CO32- + H2O HCO3- + OH- HCO3- + H2O H2CO3 + OH- 产生的OH-发生中和反应：H+ + OH- H2O 盐的形成：2H2O + SO42- + Ca2+ CaSO42H2O(s) 1/2H2O + SO32- + Ca2+ CaSO31/2H2O(s) CaSO31/2H2O + 1/2O2 + 3/2H2O CaSO42H2O(s)(2)与石灰石反应浆液水相中的石灰石首先发生溶解：CaCO3 + H2O Ca2+ + HCO3- + OH- SO2、SO3、HCl等与石灰石浆液发生以下离子反应：Ca2+ + HCO3- + OH- + HSO3- + 2H+ Ca2+ + HSO3- + CO2+2H2OCa2+ + HCO3- + OH- + SO42- + 2H+ Ca2+ + SO42- + CO2+2H2OCa2+ + HCO3- + OH- + 2H+ + 2Cl- Ca2+ + 2Cl- + CO2+ 2H2O(3)氧化反应通入吸收塔浆液池内的氧气将亚硫酸钙氧化成硫酸钙：2HSO3- + O2 2SO42- + 2H+石膏形成：Ca2+ + SO42- + 2H2O CaSO4 2H2O 石膏的结晶主要发生在吸收塔浆液池内，浆液在吸收塔内的停留时间、通入空气的体积和方式都经过专门的设计，可保证石膏的结晶生成。3.3.2空塔喷淋脱硫工艺烟气自锅炉引风机后烟道引入，经升压风机增压后进入吸收塔内，在吸收塔内烟气向上运动且被吸收液滴以逆流方式所洗涤。喷嘴为无堵塞螺旋喷嘴，吸收液通过喷雾液滴可使气体和液体得以充分接触，脱硫后的净烟气进入折流式除雾器，去除烟气中通过喷淋层夹带的水分12。石灰石-石膏喷淋空塔具有以下优点：（1）石灰-石膏法烟气脱硫工艺技术成熟，操作成熟，操作成熟，管理成型。（2）脱硫效率高达95%以上，对煤种适用性：无限制，可用于高中低含硫煤种，是目前最高脱硫效率的方法。（3）吸收剂：石灰石或石灰，脱硫剂来源广，价格低廉。（4）脱硫剂钙硫比(Ca/S)1.03，为脱硫剂最大利用率、最小消耗率的方法。（5）脱硫产物为石膏，石膏品质90%左右纯度，可作建材使用，也易于处理后综合利用13。（6）水耗及废水量与烟气与工艺水等参数有关，工艺中的废水经处理后可重复利用。（7）机组适用性强，无限制，尤其适用大机组。利用率大于95%。（8）占地面积：取决于现场条件。电耗：1.2-1.6%，为较大的一种。3.4预期处理效果脱硫装置脱硫效率96%；烟气SO2排放浓度200 mg/Nm3。4各构筑物及设备本烟气处理系统包括烟气系统、吸收制备系统和石膏脱水系统14。烟气从脱硫塔下部进入与从上部喷洒的石灰石浆液充分接触来达到净化的目的。锅炉烟气经过脱硫塔净化后，达到国家大气污染物排放标准和总量控制标准。4.1物料平衡计算4.1.1设计参数表 4-1 设计参数 序 号名 称数 值单 位1工况锅炉出口烟气量86.08m3/s2工况SO2浓度3.23g/m33工况排放标准129.08mg/m34脱硫效率96%4.1.2吸收剂的消耗量表 4-2 吸收剂的消耗量 序 号名 称数 值单 位1所需石灰石耗量1.66t/h2石灰石仓的容积42.68m33所需浆液量4.43m3/h4.2烟气系统在洗涤过程中，烟气将被水饱和并冷却到绝热饱和温度。在进入烟囱之前，烟气必须再热，以防止烟囱结露15。采用回转式换热器GGH。但由于本工程的烟气量较小，而GGH的投资比较大，故建议本工程不设置GGH。因此对于本设计：烟气从锅炉引风机后的烟道上引出，经过喷淋增湿降温进入吸收塔。在吸收塔内脱硫净化，经除雾器除去水雾，送入锅炉引风机后的总烟道，然后经烟囱排入大气。烟道设有旁路系统。进出口挡板门为双挡板型式，在脱硫系统运行时打开。旁路挡板门也为双挡板型式，在吸收塔系统运行时关闭。当吸收塔系统停运、事故或维修时，入口挡板和出口挡板关闭，旁路挡板全开，烟气通过旁路烟道经烟囱排放。烟气系统主要包：FGD进出口烟道，进出口挡板门，旁路挡板门以及与挡板门配套的电动执行机构。4.2.1烟道设计 烟道设计按火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程(DL/T5121-2000)进行烟道的强度和稳定性计算，在BMCR工况下，烟道内任意位置的烟气流速不大于15m/s。本设计各烟道烟气流速取12m/s。表 4-3 烟道边长 序 号名 称数 值单 位1旁路烟道边长a13.0m2吸收塔进口烟道边长a23.0m3吸收塔出口烟道边长a33.0 m4.2.2烟气挡板门FGD挡板门分三类：原烟气入口挡板门：烟气温度高；净烟气出口挡板门：防腐要求高；旁路挡板门：烟气温度高、防腐要求高、需快速开启、可靠性要求高。表4-4 挡板门规格型号表序 号名 称数 量型号尺寸1FGD入口挡板门1台型号：电动双百叶窗密封挡板 尺寸：3000mm3000mm 外壳材质：Q235-A2FGD出口挡板门1台型号：电动双百叶窗密封挡板 尺寸：3000mm3000mm外壳材质：Q235-A+316L内衬3旁路挡板门1台 型号：电动单板门(带密封) 尺寸：3000mm3000mm外壳材质：Q235-A+316L内衬4.2.3烟气换热器本工程不设置GGH。4.3 SO2吸收系统锅炉烟气通过静电除尘器，除去烟尘，然后进入引风机，在引风机出口进入FGD吸收塔，烟气从底部进入喷雾吸收塔，与喷淋液逆流接触。烟气中的SO2经过FGD吸收塔的吸收，其出口烟气二氧化硫脱除率在96%以上。净烟气在塔体上段通过高效组合式除雾装置(有二级除雾设施，机械去除雾滴效率在99.8%以上)除去烟气中的雾滴，净化后的烟气经塔后烟道进入烟囱排放16。吸收塔采用耐高温Q235-B钢制作。脱硫液在吸收塔内与烟气充分接触、反应后，经塔体底部排灰水沟回流入混合池，流入混合池的脱硫液与石灰石浆液进行再生反应。在本脱硫设备中，吸收塔为逆流式喷淋空塔，喷淋层为三层布置，在满足吸收SO2所需的比表面积的同时，同时满足不同锅炉负荷和含硫量的要求。同时把喷淋造成的压力损失减少到最小。每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，交叉布置，覆盖率可达200%-300%。喷嘴采用螺旋喷嘴，材质为防腐耐磨陶瓷喷嘴。设计进水压力0.05-0.1Mpa。吸收塔内的除雾装置由带加强的阻燃聚丙烯制作，主要由除雾板、反清洗装置组成，经除雾器后的烟气含水量在75mg/m3以下。 吸收系统的主要设备有吸收塔、供浆泵、浆液循环泵、增压风机、氧化风机、除雾器、喷嘴等。4.3.1吸收塔的选择吸收塔是烟气湿法脱硫装置的核心设备，SO2的吸收与脱硫产物亚硫酸钙的氧化均是在吸收塔内完成的。根据气液接触形式的不同，吸收塔类型分为喷淋塔、填料塔、鼓泡塔、液柱吸收塔、液幕塔、文丘里塔、孔板塔等多种形式。常用的四种类型塔的技术特性对比如表4-5所示。 表4-5 四种常见类型脱硫塔的技术特性比较项 目喷淋塔 填料塔鼓泡塔液柱塔结构与原理塔内设多层喷嘴，浆液经喷嘴雾化后向下喷淋，SO2吸收区为空塔段，浆液以弥散的雾状通过吸收区与逆流的烟气传质以球状高分子材料或格栅为填料，浆液自上而流，在填料表面形成液膜，烟气与液膜发生传质将烟气垂直鼓入浆液内，烟气以沸腾状从浆液中鼓泡向上逸出，气泡在逸出过程中与浆液传质塔内下部喷嘴以液柱形式向上喷浆液，浆在上下过程与上行烟传质脱硫率95%95%90%左右95%优缺点液气比最小，液气接触面大，塔内结构简单，系统压力损失小；喷嘴易堵塞磨损，对脱硫剂粒径要求高易结垢，堵塞，系统阻力较大，对石灰石粒径和烟气含尘量要求高不需浆液循环泵，喷嘴，气液接触面大，不受烟气含尘量影响；系统阻力大，装置体积大喷嘴孔径较大，不易堵塞；对脱硫剂粒径及烟气含量要求低综上所述，喷淋塔结构简单、操作与维护方便、脱硫效率高且在工程的应用比较成熟，已成为湿法脱硫工艺的主流塔型。在设计中所选吸收塔类型为逆流喷淋空塔。逆流喷淋塔设计流速一般为2.5-5m/s，本设计取3m/s。4.3.2吸收塔尺寸13-14吸收塔主要尺寸如表4-6所示。表4-6 吸收塔主要尺寸 序 号名 称数 值单 位1喷淋塔直径D6.27m2喷淋塔吸收区高度h14.5m3喷淋塔除雾区高度h23.5 m4喷淋塔浆液池高度h35.0m5喷淋塔烟气进口高度h46.0m6喷淋塔的总高H19.0m7喷嘴个数N336个8喷淋塔壁厚7.0mm4.3.3吸收塔附属设备的选型（1） 除雾器脱硫后的烟气通过除雾器来减少携带的水滴，除雾器出口的水滴携带量不大于75mg/Nm3。本设计中除雾器垂直布置在吸收塔内部顶端，除雾器形式选择折流板除雾器。折流板除雾器具有结构简单，对中等尺寸和大尺寸液滴的捕捉率高，压降比较低，易于冲洗，具有敞开式结构，便于维修和费用较低等优点，最适合湿法FGD系统除去烟气中的水雾。除雾器由阻燃聚丙烯材料制成。为防止设备停用后喷嘴堵塞，除雾器装设有工艺水冲洗系统。本设计中，吸收塔设两级除雾器，第一级除雾器接触的烟气含液体量较多，板片上有较多的浆液要冲除，因此第一级板距稍宽：30-75mm。第二级除雾器为了尽可能多地去除雾滴，提高除雾效率，板距通常较窄：20-30mm。两级除雾器间距为1.5m，第一级除雾器与吸收塔最上层喷淋母管间的距离为1m，第二级除雾器背面至吸收塔或烟道截面开始变窄处距离为1m。型号：英博特折流板厚度：3mm除雾器承重能力：2300kg/m2（2） 除雾器冲洗系统 除雾器冲洗系统的作用是定期冲洗掉除雾器板片上捕集的浆体、固体沉积物，保持板片清洁、湿润，防止叶片结构和堵塞流道。第一级除雾器设计上下两层冲洗水，第二级除雾器只设迎风面冲洗水。第一级迎风面的冲洗水流量应为1.0 L/sm2，第一级背面和第二级迎风面的冲洗水流量应为0.7 L/sm215。（3） 喷嘴 在满足吸收二氧化硫所需表面积的同时，应该尽量把喷淋造成的压力损失降低到最小，喷嘴是净化装置的最关键部分，必须满足以下条件：1 能产生实心锥体形状，喷射区为圆形，喷射角度为60-120；2 喷嘴内液体流道大而畅通，具有防止堵塞的功能；3 采用特殊的合金材料制作，具有良好的防腐性能和耐磨性能；4 喷嘴体积小，安装清洗方便；5 喷雾液滴大小均匀，比表面积大而又不容易引起带水；雾化喷嘴的功能是将大量的石灰石浆液转化为能够提供足够接触面积的雾化小液滴以有效脱除烟气中二氧化硫。湿法脱硫采用的喷嘴一般为离心压力雾化喷嘴，可粗略分为旋转型和离心型。常用的有空心锥切线型、实心锥切线型、双空心锥切线型、实心锥型、螺旋型等5种。喷嘴布置分成2-6层，一般情况下为4层；层数的安排可以根据脱硫效率的具体要求来增减。底负荷时可以停止使用某一层，层间距0.8-2米，离心式喷嘴1.7米。实际上从浆液池液面到除雾器，整个高度都在进行吸收反应。因而实际吸收区高度要比h高6-8米。本方案采用3层喷嘴，一般水平间距取0.7-1.2m，垂直间距取1.5-1.7m。本设计水平间距取0.875m，垂直间距取1.5m16。每台吸收塔再循环泵均对应一个喷淋层，喷淋层上安装空心锥喷嘴，其作用是将石灰石-石膏浆液雾化。浆液由吸收塔再循环泵输送到喷嘴，喷入烟气中。喷淋系统能使浆液在吸收塔内均匀分布，流经每个喷淋层的流量相等。一个喷淋层由带连接支管的母管制浆液分布管道和喷嘴组成，喷淋组件及喷嘴的布置成均匀覆盖吸收塔的横截面，并达到要求的喷淋浆液覆盖率，使吸收浆液与烟气充分接触，从而保证在适当的液/气比(L/G)下可靠地实现至少95%的脱硫效率，且在吸收塔的内表面不产生结垢。喷嘴系统管道采用FRP玻璃钢，喷嘴采用SIC，是一种脆性材料，但是特别耐磨，而且抗化学腐蚀，可以长期运行而无腐蚀、无磨损、无石膏结垢以及堵塞等问题。单层浆液喷淋量=277.76L/s，设计每个喷嘴流量为120L/min=2L/s。型号：SPJT-SS-90-120流量：120L/min喷孔孔径：12.7mm（4） 供浆泵供浆泵将浆液储存罐里的所需石灰石浆液送至喷淋塔，设2台供浆泵(1用1备)，所需浆液量为3.72 m3/h。型号：32UHB-Z-5-12离心泵流量：5m3/h扬程：12m电机功率：1.17KW（5） 循环浆液泵循环浆液泵将吸收塔反应罐内的石灰石浆液送至喷嘴，每台循环浆液泵对应一层喷淋层，则每座吸收塔共需4台泵(3用