云南滇东4215;600MW新建工程烟气脱硫项目设计毕业论文.doc

云南滇东 4 600MW 新建工程烟气脱硫项目 设计毕业论文 目 录 摘要 I ABSTRACTABSTRACT II 第 1 章 绪论 VI 1 1 烟气除尘脱硫的背景 VI 1 2 烟气脱硫的目的及意义 VI 1 3 课题研究的主要内容 VII 第 2 章 工程概况 VIII 2 1 电厂概况 VIII 2 2 烟气参数 VIII 2 3 石灰石参数 VIII 2 4 总体设计原则 IX 第 3 章 烟气脱硫工艺的选择 XI 3 1 几种常见的脱硫工艺 XI 3 1 1 石灰石 石膏湿法脱硫工艺 XI 3 1 2 旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺 LSD 法 XII 3 1 3 炉内喷钙加尾部增湿活化工艺 LIFAC 法 XII 3 1 4 烟气循环流化床脱硫 CFB 工艺 XIII 3 2 脱硫工艺比较 XIV 3 3 脱硫工艺的确定 XIV 3 4 本设计采用的脱硫系统 XV 3 5 石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺系统 XV 3 5 1 烟气系统 XV 3 5 2 SO2吸收系统 XVI 3 5 3 石灰石浆液制备系统 XVI 3 5 4 石膏脱水系统 XVI 3 5 5 供水和排放系统 XVII 第 4 章 物料平衡计算 18 4 1 除尘 脱硫效率的计算 18 4 1 1 除尘效率的计算 18 4 1 2 脱硫效率的计算 18 4 2 吸收剂消耗量的计算 18 4 2 1 净烟气中 SO2浓度 18 4 2 2 石灰石消耗量 18 第 5 章 主要设备尺寸 规格的计算 20 5 1 除尘器 20 5 1 1 除尘器类型的确定 20 5 1 2 电除尘器的设计计算 22 5 1 3 电除尘器总体尺寸的计算 24 5 1 4 电除尘器零部件设计与计算 26 5 2 烟气系统 27 5 2 1 旁路烟道 27 5 2 2 FGD 入口烟道 27 5 2 3 FGD 出口烟道 27 5 2 4 烟气挡板门 27 5 2 5 烟气换热器 28 5 3 SO2吸收系统 28 5 3 1 吸收塔的选择 28 5 3 2 吸收塔尺寸设计计算 29 5 3 3 吸收塔附属设备的选型 31 5 3 4 吸收塔高度的计算 32 5 3 5 吸收塔附属部件设计 33 5 4 浆液制备系统的设计计算 33 5 4 1 浆液制备系统的选择 33 5 4 2 主要设备的计算 33 5 5 其他系统设备设计选择 35 5 5 1 增压风机 35 5 5 2 搅拌器 36 5 5 3 石膏处置系统 37 5 5 4 废水排放系统和处理系统 37 5 5 5 浆液排放与回收系统 38 5 5 6 工艺水耗量的计算 38 第 6 章 烟囱的设计 40 6 1 烟囱高度 40 6 2 烟囱直径 41 6 3 烟囱抽力 41 7 1 管径的确定 42 7 2 摩擦压力损失 42 7 3 局部阻力损失 43 7 3 设备阻力损失 44 7 4 系统总阻力损失 44 第 8 章 引风机和电动机的选择 45 8 1 标准状态下风机风量的计算 45 8 2 风机风压的计算 45 8 3 电动机功率的计算 46 第 9 章 工艺布置 47 9 1 脱硫装置的平面布置 47 9 2 浆液管道布置要求 47 9 3 设备一览表 48 第 10 章 经济分析 49 结论 50 谢辞 51 参考文献 52 第 1 章 绪 论 1 1 烟气除尘脱硫的背景 当今世界上电力产量的 60 是利用煤炭资源生产的 我国是世界上少数几个以煤炭 为主要能源的国家之一 其中 SO2 是形成酸雨的主要成分 酸雨不仅严重腐蚀建筑物 而且毁坏大面积的森林和农作物 对生态环境产生严重的影响 1 国家环境保护 十一五 规划 纲要中明确提出 十一五 期间二氧化硫排放量减少 10 的削减目 标 这一重要约束性指标提出后 2006 年火电厂二氧化硫排放总量不但没有减少 反 而由 2005 年的 1300 万吨增长到 1350 万吨 增长了 3 8 2007 年经过采取节能减排 措施 每年二氧化硫排放总量有所减少 但是要完成 十一五 规定的减排任务仍十 分艰巨 近期氮氧化物的减排任务也开始提上日程 这将是推动我国火电厂脱硫脱硝 行业快速发展的动力和要求 2 1 2 烟气脱硫的目的及意义 锅炉燃料中的硫在燃烧过程中与 O2反应生成氧化物 主要是 SO2和 SO3 脱硫工 艺所要脱除的就是锅炉尾气中的有害气体 SO2和 SO3 据联合国环境规划署 1988 年公布的统计资料显示 SO2已成为世界第一大污染物 人类每年向大气排放的 SO2达 1 8 亿吨 3 据统计 1995 年全国二氧化硫排放量 2370 万吨 占世界首位 电力工业的火力发电厂的排放量为 830 万吨 约占 35 到 2000 年 随火电装机容量的增长 如果再不采取有力的控制措施 燃煤电厂排放的二氧化 硫将达到全国总排放量 预计 2730 万吨 的 50 预计在 2010 年燃煤电厂排放的二氧 化硫将增加到占全国总排放量的 65 很显然 要达到国务院提出的要求在 2010 年将 二氧化硫排放量控制在 2000 年的水平 电力工业将成为消减二氧化硫排放量的重点工 业 4 因此本课题主要研究目的为根据设计所给参数对云南滇东电厂 4x600MW 烟气脱硫 除尘系统进行系统的设计 使该电厂排放烟气中的 SO2及烟尘达到国家排放标准 有效 地控制当地空气污染物 改善空气质量 提高居民生活质量 该课题是具有实际意义 和具有一定必要性的 1 3 课题研究的主要内容 1 根据设计任务进行资料收集和调研 2 脱硫工艺的选择 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 净化系统工艺设计计算 包括脱硫除尘系统 吸收剂制备系统 脱硫系统及副产 品系统 4 主要烟气净化装置选择和工艺设计 除尘器 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 第 2 章 工程概况 2 1 电厂概况 云南滇东发电厂位于云南省东部 处在滇东高原向黔西高原过渡地带 地理坐标 为东经 102 42 105 50 北纬 24 19 27 03 曲靖市域东与贵州六盘水市 黔西南州和广西百色地区毗邻 南与云南文山 红河州接壤 西与昆明交界 北靠云 南昭通地区和贵州毕节地区 滇东电厂一期工程规模为 4 600MW 燃煤机组新建工程 FGD 装置与主体工程同时 设计 同时建设 同时投运 脱硫烟气经过除尘器除尘 脱硫装置布置在烟囱后 2 2 烟气参数 表 2 1 锅炉出口烟气参数 烟气成分 体积流量NM H 3 体积百分比 wet体积百分比 dry H2O g 116 6405 4 N g 2 1 636 862 75 780680 1064 O g 2 132 8406 15006 5011 CO2 g 271 512 12 570013 2875 SO g 2 1 7970 08320 0879 SO g 3 660 00310 0033 NOx g 1630 0080 0080 HCl g 630 00310 0031 HF g 550 00270 0027 DUST S 1 TOTAL2 160 000100100 2 3 石灰石参数 表 2 2 石灰石分析资料 齐备材 项目单位数据 烧失量wt 41 16 H O 2 wt 0 3 CaOwt 51 98 MgOwt 2 96 SiO2 wt 0 54 Fe 32O wt 0 12 Al 32O wt 0 54 SiO2 wt 1 23 其他微量元素wt 1 71 粒径mm20 2 4 总体设计原则 1 脱硫装置的设计要保证能快速启停 旁路挡板有快速开启功能 2 FGD 装置性能 能适应锅炉最低稳燃负荷 40 BMCR 工况和 100 BMCR 工况之间的任何负荷 FGD 装置在没有大量的和非常规的操作或准备的情况下 能通过冷或热起动程序投入 运行 在锅炉运行时 FGD 装置和所有辅助设备能投入运行而对锅炉负荷和锅炉运行方式不 产生任何干扰 FGD 装置能够在烟气排放浓度为最小值和最大值之间任何点运行 并确保排放指标不 大于保证值 3 最低停运温度不低于 170 4 整套 FGD 系统及其装置的设置能够满足整个系统在各种工况下自动运行的要求 FGD 装置及其辅助设备的启动 正常运行监控和事故处理应在 FGD 电子设备间实现完全 自动化 5 在电源故障时 所有可能造成不可挽回损失的设备 应同由业主提供的保安电源 连接 6 在装置停运期间 各个需要冲洗和排水的设备和系统能实现自动冲洗和排水 在 短期停运或事故中断期间 主要设备和系统的排水和冲洗应能通过 FGD DCS 的远方操 作实现 7 对于容易损耗 磨损或出现故障并因此影响装置运行性能的所有设备设计成易于 更换 检修和维护 8 在设备的冲洗和清扫过程中产生的废水应收集在 FGD 岛的排水坑内 然后送至吸 收塔系统中重复利用 9 FGD 装置可用率不小于 99 10 FGD 装置服务寿命为 30 年 第 3 章 烟气脱硫工艺的选择 在选择脱硫工艺时 FGD 系统的最重要的参数是工艺所能达到的脱硫效率 由于 烟气脱硫系统的投资和今后的运行 维护费用较高 因此如何因地制宜地选择相适应 的脱硫工艺 以降低投资和运行费用是一件非常重要的决策工作 3 1 几种常见的脱硫工艺 3 1 1 石灰石 石膏湿法脱硫工艺 石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺 6 是当今世界各国应用最多和最成熟的湿法工艺 该工艺主要是采用廉价易得的石灰石或石灰作为脱硫吸收剂 石灰石经破碎磨细成粉 状与水混合搅拌制成吸收浆液 当采用石灰作为吸收剂时 石灰粉经消化处理后加水 搅拌制成吸收浆液 在吸收塔内 吸收浆液与烟气接触混合 烟气中的二氧化硫与浆 液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被吸收脱除 最终产物为石膏 脱硫 后的烟气依次经过除雾器除去雾滴 加热器加热升温后 由增压风机经烟囱排放 脱 硫渣石膏可以综合利用 石灰石 石灰 石膏湿法脱硫主要特点如下 1 脱硫效率高 2 引进早 技术成熟 可靠性高 3 对煤种变化的适应性强 4 系统复杂 占地面积较大 一次性建设投资相对较大 5 吸收剂资源丰富 价格便宜 6 脱硫副产物便于综合利用 7 后期处理复杂 二次污染严重 8 脱硫系统无法快速响应锅炉负荷的变化运行 9 粉尘排放浓度较难满足要求 10 整个系统物料处于浆状 制浆 喷淋系统易结垢 堵塞 工艺复杂 系统 管理 维护费用较高 3 1 2 旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺 LSD 法 旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺 7 是一种在国外有较多应用的烟气脱硫工艺 特别 在欧州应用多 原西德截止 1990 年有 2480MW 容量的燃煤 机组采用喷雾干燥法烟气 脱硫装置 这种工艺相对于传统的石灰石一石膏法来说 具有设备简单 投资较低 占 地而积小等特点 但脱硫率相对较低 针对我国国情而言则具有一定的推广价值 目 前在山东黄岛电厂进行的中日合作项目高硫煤烟气脱硫试验工程采用的就是这种旋转 喷雾烟气脱硫工艺 旋转喷雾烟气脱硫是利用喷雾干燥的原理 将吸收剂浆液以雾状形式喷入吸收塔 内 发生化学反应过程中 又不断吸收烟气中的热量使雾料中水份蒸发干燥 最后完 成脱硫后的废渣以干态灰渣形式排出 旋转喷雾法烟气脱硫工艺具有如下特点 1 投资费用较低 2 设备简单 维护量小 3 占地面积较少 4 能耗低 水耗低 运行费用主要是购置生石灰的费用 5 脱硫效率不高 多在 70 90 之间 6 适应性广 技术日趋成熟 3 1 3 炉内喷钙加尾部增湿活化工艺 LIFAC 法 炉内喷钙加尾部增湿活化器脱硫工艺 7 是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾 部增设了增湿段 以提高脱硫效率 该工艺多以石灰石粉为吸收剂 石灰石粉由气力 喷入炉膛 850 1150 温度区 石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳 氧化钙与烟气中 的二氧化硫反应生成亚硫酸钙 由于反应在气固两相之间进行 受到传质过程的影响 反应速度较慢 吸收剂利用率较低 在尾部增湿活化反应器内 增湿水以雾状喷入 与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙进而与烟气中的二氧化硫反应 当钙硫比控制在 2 5 及以上时 系统脱硫率可达到 65 80 由于增湿水的加入烟气温度下降 一般控制出 口烟气温度高于露点温度 10 15 增湿水由于吸收烟气热量而被迅速蒸发 未反应 的吸收剂 反应产物呈干燥态随烟气排出 被除尘器收集下来 该法的主要特点 1 工艺简单灵活 投资少 占地面积小 能耗低 2 吸收剂一般为石灰石 利用率较低 约 2 5 3 脱硫效率中等 一般为 75 85 4 耗水量小 无污水排放 在燃煤含硫量不高的中小容量机组中应用优势突出 5 对锅炉和烟气处理系统略有影响 6 副产品为 CaSO3和 CaSO4 对粉煤灰利用有影响 3 1 4 烟气循环流化床脱硫 CFB 工艺 循环流化床锅炉脱硫是一种炉内燃烧脱硫工艺 以石灰石为脱硫吸收剂 燃煤 6 和石灰石自锅炉燃烧室下部送入 一次风从布风板下部送入 二次风从燃烧室中部送 入 锅炉排出的未经脱硫的烟气从底部进入吸收塔 烟气经吸收塔底文丘里结构加速 后与加入的消石灰 循环灰及水发生反应 除去烟气中的 SO2等气体 烟气中夹带的吸 收剂和脱硫灰 在通过吸收塔下部的文丘里管时 受到气流的加速而悬浮起来 形成 激烈的湍动状态 使颗粒与烟气之间具有很大的相对滑落速度 颗粒反应界面不断摩 擦 碰撞更新 从而极大地强化了气固间的传热 传质 同时为了达到最佳的反应温 度 通过向吸收塔内喷水 使烟气温度冷却到露点温度以上 20 左右 携带大量吸收剂和反应产物的烟气从吸收塔顶部侧向下行进入脱硫除尘器 进行 气固分离 经气固分离后的烟气含尘量不超过 50mg Nm3 为了降低吸收剂的耗量 大 部分收集到的细灰及反应混合物返回吸收塔进一步反应 只有一小部分被认为不再具 有吸收能力的较粗颗粒被作为脱硫副产物排到电厂脱硫灰库 最后经除尘器净化后的 烟气经引风机排入烟囱 烟气循环流化床脱硫工艺主要特点如下 1 综合造价低 2 维护工作量和费用低 3 电耗低 烟气循环流化床脱硫工艺的电耗占发电量的 0 5 0 7 4 水耗量低 5 不需要考虑防腐 6 工艺简单可靠 不受燃煤含硫量限制 7 对锅炉负荷适应力强 通过调节吸收剂加入量 水量 吸收塔压降 能快速 相应锅炉负荷的变化情况 6 3 2 脱硫工艺比较 表 3 1 脱硫工艺比较 特性炉内喷钙喷雾干燥 LIFACCFB SO2脱除率 35 50 85 90 75 85 90 以上 使用的吸收剂石灰 石灰石石灰石灰石粉石灰 石灰石 脱硫副产品的处 置与利用 灰场堆放 土地 回埋 灰场堆放 土地 回埋 灰场堆放 土地 回埋 灰场堆放 土地 回埋 对电厂现有设备 的影响 由于灰量增加 除尘器效率应提 高 对烟气压降 影响最小 烟道中可能有积 灰 烟气压降增 加 烟气性质变化对 除尘器有影响 烟道中可能有灰 烟气压降增加 烟气性质变化对 除尘器有影响 烟道中可能有积 灰 锅炉水冷壁 空预器积灰增加 对电厂的发电机 组和设备运行的 影响 锅炉水冷壁管有 结焦的可能 空 预器堵塞 粉尘 排放增加 电耗 增加很少 无废 水排放 飞灰综 合利用困难 电耗有中等程度 增加 耗水量有 中等程度增加 脱硫灰综合利用 待开发 电耗有中等程度 增加 耗水量有 中等程度增加 脱硫灰综合利用 待开发 电耗有中等程度 增加 耗水量有 中等程度增加 脱硫灰综合利用 待开发 运行经验已有商业化运行 供应厂商不多 已有成熟的商业 运行经验 有几 个供应商可供货 已投入商业化运 行 仅有一家供 应商供货 已投入商业化运 行 有几个供应 商供货 费用约为机组投资 3 运行费用高 约占机组总投资 8 约占机组总投资 5 约占机组总投资 6 3 3 脱硫工艺的确定 根据以上的分析 并结合云南滇东电厂的实际情况 该电厂机组容量较大 4 600MW 并是新建工程项目 对烟气除尘和脱硫要求较高 均要求达到 95 以 上 炉内喷钙适用于 300MW 以上的电厂 故不适用于云南滇东电厂 喷雾干燥法脱 硫工艺脱硫效率较低 系统机械传动部件较多 而故障率较高 占地面积大 且到目 前为止尚无用于 600MW 机组脱硫的先例 也不适用于云南滇东电厂 而湿式石灰石 石膏法脱硫技术具有工艺最为成熟 运行可靠性最高 吸收剂资源广泛 成本低廉 反应速度快 设备简单 脱硫效率高 钙利用率高 其废渣可抛弃也可作为石膏回收 对高硫煤脱硫率可达 90 以上 对低硫煤脱硫率可达 95 以上 适用煤种及机组范围 广 运行稳定 适合水源较充足地区及大型燃煤电站安装使用等优点 该工艺最大的 优势在于国产化水平高 这对降低工程成本和运行费用非常的重要 而且已经在 600MW 机组得到商业运行 当燃煤含硫量大于 1 钙硫比等于 1 时 脱硫率可达 98 以上 排烟温度在 55 左右 经过 GGH 加热后 能够满足本工程的要求 综上所述 石灰石 石膏湿法烟气脱硫在该自备电厂新建脱硫项目中体现了较为明 显的优势 比其他脱硫工艺更加适合该电厂的具体情况 因此 该方案采用石灰石 石 膏湿法烟气脱硫工艺进行该电厂 4 600MW 工程的新建脱硫装置 3 4 本设计采用的脱硫系统 脱硫系统工艺采用石灰石 石膏湿法脱硫工艺 系统主要由 烟气系统 吸收氧化 系统 浆液制备系统 石膏脱水系统 排放系统等组成 其基本工艺流程为 锅炉烟气 经电除尘器除尘后 通过增压风机 GGH 降温后进入吸收塔 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 S02 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膏 CaSO4 2H2O 并通过石膏浆液泵排出 进入石 膏脱水系统 浆液池底部进行搅拌 防止浆液中的固体成分沉积结垢 经过净化处理 的烟气流经吸收塔顶部的两级除雾器除雾 在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去 除 最后 洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气 3 5 石灰石 石膏湿法烟气脱硫工艺系统 3 5 1 烟气系统 锅炉出来的烟气经过电气除尘器除尘后 依次经过引风机和增压风机增压后进入 气气换热器 GGH 的冷却侧降温 然后进入吸收塔系统除去 SO2 再经过气气换热 器 GGH 的加热侧升温后 通过烟囱排入大气 8 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 3 5 2 SO2吸收系统 烟气由进气口进入吸收塔的吸收区 在上升过程中与石灰石浆液逆流接触 烟气 中所含的污染气体绝大部分因此被清洗入浆液 与浆液中的悬浮石灰石微粒发生化学 反应而被脱除 处理后的净烟气经过除雾器除去水滴后进入烟道 吸收塔内烟气上升流速为 2 5 5m s 并配有喷淋层 每组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设计成均匀覆盖吸收塔上流区 的横截面 喷淋系统采用单元制设计 每个喷淋层配一台与之相连接的吸收塔浆液循 环泵 23 每台吸收塔配多台浆液循环泵 运行的浆液循环泵数量根据锅炉负荷的变化和对 吸收浆液流量的要求来确定 吸收塔排放泵连续地把吸收浆液从吸收塔送到石膏脱水系统 通过排浆控制阀控 制排出浆液流量 维持循环浆液浓度在大约 8 25wt 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 两级除雾器采用传统的顶置式布置在吸收塔顶部或塔外部 除雾器由聚丙 烯材料制作 型式为折流板型 两级除雾器均用工艺水冲洗 冲洗过程通过程序控制 自动完成 3 5 3 石灰石浆液制备系统 浆液制备通常分湿磨制浆与干粉制浆两种方式 不同的制浆方式所对应的设备也 各不相同 至少包括以下主要设备 磨机 湿磨时用 粉仓 干粉制浆时用 浆液 箱 搅拌器 浆液输送泵 每个系统设置一个石灰石浆液箱 每塔设置 2 台石灰石浆液供浆泵 吸收塔配有 一条石灰石浆液输送管 石灰石浆液通过管道输送到吸收塔 每条输送管上分支出一 条再循环管回到石灰石浆液箱 以防止浆液在管道内沉淀 3 5 4 石膏脱水系统 石膏脱水系统包括水力旋流器和真空皮带脱水机等关键设备 石膏旋流站底流浆液由真空皮带脱水机脱水到含 90 固形物和 10 水分 脱水石 膏经冲洗降低其中的 Cl 浓度 滤液进入滤液水回收箱 脱水后的石膏经由石膏输送 皮带送入石膏库房堆放 后由螺旋卸料装置卸至汽车运输 3 5 5 供水和排放系统 1 供水系统 从电厂供水系统引接至脱硫岛的水源 提供脱硫岛工业和工艺水的需要 工业水 主要用户为 除雾器冲洗水及真空泵密封水 冷却水冷却设备后排至吸收塔排水坑回 收利用 工艺水主要用户为 石灰石浆液制备用水 烟气换热器的冲洗水 所有浆液输送设备 输送管路 贮存箱的冲洗水 2 排放系统 FGD 岛内设置一个公用的事故浆液箱 事故浆液箱的容量应该满足单个吸收塔检 修排空时和其他浆液排空的要求 并作为吸收塔重新启动时的石膏晶种 吸收塔浆池检修需要排空时 吸收塔的石膏浆液输送至事故浆液箱最终可作为下 次 FGD 启动时的晶种 事故浆液箱设浆液返回泵 将浆液送回吸收塔 1 台 FGD 装置的浆液管道和浆液泵等 在停运时需要进行冲洗 其冲洗水就近收集在 各个区域设置的集水坑内 然后用泵送至事故浆液箱或吸收塔浆池 第 4 章 物料平衡计算 4 1 除尘 脱硫效率的计算 4 1 1 除尘效率的计算 根据 2003 年 火电厂大气污染物排放标准 粉尘含量 50mg Nm3 则 除尘效率 1 99 16 100 1 0 C C 100 2100 50 4 1 2 脱硫效率的计算 根据 2003 年 火电厂大气污染物排放标准 SO含量 400mg Nm 则 2 3 烟气中 SO 的浓度 2 33 33 336 2377 1064 10 4 22 101797 2 mmgmolmg molm mm CSO 烟气 脱硫效率 83 2 100 2 2 SO So C CC 100 2377 4002377 4 2 吸收剂消耗量的计算 4 2 1 净烟气中 SO2浓度 在设计煤种情况下 烟气流量为 2160000Nm3 h 烟气中 SO2含量为 2377mg Nm3 按脱硫效率达 95 的脱硫效率 净烟气中 so2含量 Cj Cy 1 2377 1 95 1188 5mg Nm3 式中 Cj 净烟气中 SO2含量 Cy 原烟气中 SO2含量 4 2 2 石灰石消耗量 6 32cos 10 ercentCaCOatsot PMRnM 式中 吸收剂碳酸钙的耗量 t h t Mcos 需要脱除的 SO2摩尔数 mol 2so n 钙硫比 一般为 1 02 1 05 at R 碳酸钙分子量 g mol 3CaCO M 石灰石纯度 ercent P 该电厂脱硫系统所需的吸收剂是采用当地生产的石灰石粉 纯度为 92 其中 nso2 22sonomalsso CVM 式中 吸收塔入口 SO2的浓度 mg Nm3 2so C 设计煤种情况下吸收塔入口干标烟气量 Nm3 h nomal V 脱硫效率 s SO2分子量 g mol 2so M 则 NSO2 2377 2043360 95 64 10 3794 58 mol h 22 SOsSO MVC 6 理论上 1 摩尔的石灰石与 1 摩尔的二氧化硫反应 但因石灰石块中含有一定的杂质 经过化验石灰石成分之后 可确定钙硫比一般在 1 02 1 05 之间 本次设计选用优化 值 1 03 则 4 89t h 6 cos 10 9210003 1 58 3794 t M 石灰石粉设计耗量连续运行 3 7 天 按 5 天计 则石灰石粉贮量应为 4 89 24 5 1 586 8t V 586 8 103 2 61 10 3 225m3 第 5 章 主要设备尺寸 规格的计算 5 1 除尘器 5 1 1 除尘器类型的确定 1 各种除尘器的比较 表 5 1 各种除尘器性能的比较 14 除尘器的名称除尘效率阻力 费用 文丘里除尘器 90 98 4000 10000Pa少 电除尘器90 99 9 50 130Pa大 袋式除尘器95 99 1000 1500Pa中 从选择除尘器的原则来看 首先是除尘效率和出口浓度 应当排除离心式除尘器 和洗涤式除尘器 因为他们的除尘效率极低 一般为 80 到 95 根据之前的计算表明 达不到设计要求 能满足要求的只有文丘里除尘器 袋式除尘器 电除尘器 其次从 粉尘的特性以及烟气的条件来看 燃煤电站锅炉燃煤粉尘的黏性和亲水性都不适合用 湿式除尘器来处理 并且湿式除尘器结构复杂 投资较大 故只有电除尘器和袋式除 尘器满足设计要求 2 袋式除尘器的特点 1 袋式除尘器的优点 袋式除尘器对净化含微米或亚微米数量级的粉尘粒子的气体净化效率较高 一般可达 99 以上 袋式除尘器可以捕集多种干扰粉尘 特别是高比电阻粉尘 含尘气体浓度在相当大的范围内变化时对袋式除尘器效率和阻力影响不大 袋式除尘器可设计制造出适应不同气量的含尘气体的要求 袋式除尘器可以做成小型的 安装在散尘设备附近 占地面积小 袋式除尘器运行性能稳定可靠 无污泥处理和腐蚀等问题 操作维护简单 2 袋式除尘器的缺点 袋式除尘器的应用主要是受滤料的耐温和耐腐蚀等性能影响 不适合含粘结和吸湿性强的很尘气体 据初步统计 用袋式除尘器净化大于 17000含尘量的投资费用要比电hm 3 除尘器高 而小于 17000 则袋式除尘器比较省 hm 3 3 电除尘器的特点 1 电除尘器的优点 吸尘效率高 电除尘器装置可通过加长电场长度达到 99 以上的除尘效率 吸尘效率稳定 电除尘器能长期保持高效的除尘效率 烟气阻力小 总能耗低 适用范围大 可处理大容量烟气 目前单台电除尘器处理气量已达 2000000 这样hm 3 的气量用袋式除尘器或用旋风除尘室极不经济的 捕集到的粉尘干燥 无二次污染 维护保养简单 2 电除尘器的缺点 一次投资大 电除尘器和其他除尘器相比 结构极为复杂 耗用钢材量较 大 每个电场需配备一套高压供电装置及控制设备 因此价格大 对粉尘的比电阻有严格的要求 烟气中粉尘的比电阻对电除尘器的运行有 较大的影响 3 除尘器选择结论 从以上的优缺点比较分析可知 本课题设计用电除尘器 首先从除尘器的进口粉尘浓度来看 除尘器浓度较高 且必须达到最低 97 5 的 净化效率 燃煤电站中 燃煤费用占整个发电成本的 60 到 70 之间 所以 尽管含 尘量大的煤对锅炉对流受热面有磨损 但为了降低成本 煤粉炉不得不用含灰量大的 价格便宜的煤 导致锅炉出口粉尘浓度较高 不适合用袋式除尘器 若用袋式除尘器 高浓度的粉尘会导致除尘器的清灰频率增加 布袋磨损加剧 加快更换布袋的时间 寿命变得更短 其次 从两种投资和运行费用来看 尽管电除尘器的一次投资费用较大 但袋除 尘器的阻力较大 布袋更换导致其运行费用大 总的费用来看电除尘器的设备费加上 20 年左右的运行费用比大多数袋除尘器费用低 再次 使用年限来看 袋除尘器的使用寿命为 1 到 5 年 而电除尘器的使用寿命 为 5 到 10 年甚至为 20 年 刚好为一般小型电厂锅炉的使用年限 从上述几点可以看出 燃煤电站比较适合用电除尘器来处理烟尘 虽然电除尘器 也有缺点 不过随着科学技术的进步 可以逐渐克服 5 1 2 电除尘器的设计计算 本设计选用单区电除尘器 即粒子的捕集和荷电在同一个区域中进行的 集尘极和 放电极也在同一个区域 单区除尘器按结构和类型可分为立式和卧式电除尘器 立式 电除尘器一般用于含尘量较小 除尘效率不高的场合 卧式电除尘器内的气流是沿水 平方向流动 它的优点是按照不同的要求可以任意的增加电场的长度和电场个数 能 分段供电 适合于负压操作 引风机的使用寿命长 本次设计烟气量大 除尘效率高 电场多 因此采用卧式电除尘器 综上所述 本次设计采用卧式 板式 无辅助电极的电除尘器 电除尘器台数的确定 4 台锅炉个采用 1 台电除尘器 共 4 台 静电除尘器电场风速一般在 0 7 1 4m s 本设计取 1m s 驱进速度一般在 0 04 0 2m s 本设计取 0 15m s 集尘极间距设计为405mm 电晕线间距400mm 1 集尘极板总面积 1 QLn A We 360015 0 991 3077802 2 Ln 26247 78m2 式中 We 驱进速度 m s Q 设计工况下烟气量 3 m h 2 实际需集尘极面积 考虑到处理烟气量 温度 压力 供电系统可靠性等因素的影响 参照实际情况 取储备系数 k 1 5 2 0 则所需集尘极面积 A 1 5 2 0 26247 78 39371 67 52495 56m 2 取实际集尘总面积 40000m 2 3 比表面积的确定 m3 h m278 40000 2 3077802 A Q f 4 除尘效率验算 999 991 1 1 078 ee fw 5 电场断面积 2 m855 36001 2 3077802 Q Ac 6 极板高度 h m Ac 20 2 855 2 7 电场断面宽度 m h Ac B43 20 855 8 气流通道数 个106 405 43 B B n 9 集尘极排数 集尘极排数 气流通道数 1 107 排 10 集尘极长度 L m 圆整后取 L 10m 即集尘极长度为35 9 20 1107 2 40000 1 2 hn A 10000mm 11 电场设计 设计 4 个电场 实际安装集尘极个数为 4 集尘极排数 4 107 428 个 安装后集 尘极总面积 A n L H 107 10 20 4 85600 m2 12 停留时间 s sm m v L 10 1 10 13 工作电流 取单个电流常数为 i 0 005A m 则 2 I Ai 40000 0 005 200A 14 电除尘器阴极线的个数 电晕线间距 400mm 采取 3mm 的圆形线 1 个通道的电晕线个数 N 10 0 4 25 则总电晕电线个数 N 100 2500 根 每个电场电晕线的有效长度 L 10 106 20 0 2 4 26500m 每个电场长度 L 40000 2 4 53 20 5000mm 15 电极的选择 阳极系统 阳极板的作用是捕集荷电粉尘 通过振打机构冲击振打 使阳极发生冲击或抖动 将阳极表面附着的粉尘成片状或团状剥落到灰斗中 达到除尘的目的 板式阳极板形式有鱼鳞形 波纹形 棒帷形 Z 形 C 形等 C 形板从其断面形状 组成来看 基本上由两部分组成 中间是凹凸条槽较小 平直部分较大 两边做成弯 钩形 通常称为防风沟 防风沟能防止气流直接吹到极板表面 这样可减少粉尘的二 次扬尘 提高除尘效率 这种板面电性能好 有足够的刚度 板面的振打加速度分布 较均匀 粉尘的二次扬尘少 材料一般采用 1 2 1 5mm 的普通碳素钢卷板 质量较轻 耗钢量少 目前 国内静电除尘器制造厂在设计生产中采用这种断面形式的最多 尤 其在大型静电除尘器中 几乎都采用这种 C 形极板 所以本次设计中 静电除尘器阳 极板采用 C 形板 14 阳极板振打装置选用电磁锤振打 因为这种方式工艺成熟 运行可靠 且此种振 打装置布置在除尘器外侧 不知空间与电场隔离 故可以在静电除尘器运行期间进行 必要的维修 阴极系统 阴极线的形式有管形芒刺线 星形线 锯齿线 鱼骨针刺线 螺旋线 角钢芒刺 线等 本设计采用圆形线 5 1 3 电除尘器总体尺寸的计算 1 1 宽度方向上的尺寸宽度方向上的尺寸 1 内壁宽 由公式 22sZB 式中 电除尘器的内壁宽 mm B 最外层的一排极板中心线与内壁间的距离 mm 取 50mm Z 电场通道数 则 B 2 50 2 400 50 20100mm 2 柱间距 由公式 eBLK 1 2 式中 电除尘器宽度方向上的柱间距 mm K L 收尘器壳体钢板的厚度 mm 1 2 柱的宽度 mm e 依据经验取 5mm 300mm 则 Lk 20100 2 5 300 20410mm 1 e 2 长度方向上的尺寸 1 电除尘器长度 由公式 nlCnnLLL eeH 1 22 21 式中 电除尘器长度 mm H L 电晕极吊杆至进气箱大端面的距离 mm 1e L 集尘极一侧距电晕极吊杆的距离 mm 2e L 两电极框架间吊杆间距 mm C 依据经验取 500mm 470mm 400 1e L 2e LC 则 2 500 2 4 470 4 1 400 4 5000 25960mm H L 2 长度方向上柱间距 将收尘极板安装在顶梁底面 每电场的荷重由两根梁和柱承担 立柱设成等 距 由公式 2 2 2 C llL ed 式中 长度方向上柱间距 mm d L 则 Ld 5000 2 470 400 2 6140mm 3 高度方向上的尺寸 1 从收尘器顶梁底面到阳极板上端的距离 由公式 3211 hhhhH 式中 从收尘器顶梁底面到阳极板上端的距离 mm 1 h 除尘器下端至撞击杆的中心距离 mm 2 h 撞击杆中心至灰斗上端的距离 mm 3 h 依据经验取 200mm 40mm 200mm 则 1 h 2 h 3 h mm204402004020020000 1 H 2 灰斗上端到支柱基础面的距离 依据电除尘器的大小 可取8000mm 2 H 5 1 4 电除尘器零部件设计与计算 1 进气箱 采用水平引入式进气箱 取 V 8m s 则进气箱进气口的面积为 F Q 3600 V 2160000 3600 8 75 0 考虑到进气口尽可能与电场断面相似 可取 F 8 3 9 1 进气箱长度 L 0 55 0 56 a a 250 12 式中 a a F 与 F处最大边长 120K F 进气箱大端的面积 K 则 L 0 55 20440 350 600 9100 250 5965mm 进气中心高度 从进气中心道侧部底梁下端面 H 为 H L 100 50 600 850 0 5 9100 13000mm o 2 出气箱 出气箱最小端面积为 F 9100 8300mm 0 2 出气箱长度为 L 0 8L 0 8 5965 4772mm w 出气箱大端高度 h 0 8 a 0 2 a 170 17 5m 512 3 灰斗 采用锥形灰斗 沿气流方向设 4 个 垂直于气流方向也设 4 个 灰斗下口取 300mm 300mm 斗壁斜度最小 60 则灰斗高度为 o H 1 732 L 4 B 2 1 732 25960 4 200 2 5447mm H 灰斗采用钢结构 为了保持灰斗的倾角大于灰斗的安息角 每个电场有 4 个灰斗 总共 16 个 并在灰斗内有 3 道隔板 用来防止气流短路和二次飞扬的产生 5 2 烟气系统 脱硫工程每台炉分别设置 1 套独立的烟气系统 当 FGD 装置运行时 烟道旁路挡 板门关闭 脱硫烟气从锅炉引风机出口汇集烟道引接 经增压风机升压后再进入吸收 塔 洗涤脱硫后的烟气经除雾器出去雾滴 通过烟囱排入大气 当 FGD 装置停运时 旁路挡板门打开 FGD 装置进出口挡板门关闭 烟气从旁路烟道进入烟囱直接排入大气 旁路烟道具有快速开启的功能 全关到全开的开启时间将小于或等于 15s 5 2 1 旁路烟道 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 旁路烟道烟气流速设计取 15m s 烟气量为 2160000m3 h 则烟道的横截面积为 A 2160000 3600 15 40m2 烟道截面设计成长方形 长 宽为 10m 8m 5 2 2 FGD 入口烟道 FGD 入口烟道截面积 A 2160000 15 3600 40m2 烟道截面设计成矩形 长 宽 10m 8m 5 2 3 FGD 出口烟道 FGD 出口烟道截面积 A 2160000 15 3600 40m2 烟道截面设计成矩形 长 宽 10m 8m 5 2 4 烟气挡板门 烟气挡板门包括 FGD 入口挡板门 FGD 出口挡板门 旁路挡板门 规格型号见表 5 2 表 5 2 挡板门规格型号表 名 称数 量型号尺寸 FGD 入口挡板门4 台 型号 电动双百叶窗密封挡板 尺寸 8000 5000 外壳材质 Q235 A FGD 出口挡板门4 台 型号 电动双百叶窗密封挡板 尺寸 8000 5000 外壳材质 Q235 A 316L 内衬 旁路挡板门4 台 型号 电动单板门 带密封 尺寸 8000 5500 外壳材质 Q235 A 316L 内衬 5 2 5 烟气换热器 烟气换热器的作用主要是降低吸收塔入口烟温 提高排烟温度 以利于烟气抬升 和污染物的输送扩散 每台机组配置一套回转式气 气换热器 GGH 在 MCR 工况下 GGH 能够将净烟 气加热至 80 以上进入烟囱排房 而不需要补充其他热源 在 MCR 工况下 GGH 最大 泄露量少于 1 烟气量 为了清洁和保证 GGH 的烟气压降满足要求 系统配备了压缩 空气吹扫系统 GGH 的在线冲洗水泵在 GGH 压降高于正常值投运 GGH 的离线冲洗 水泵在 FGD 定期检修时投运 5 3 SO 吸收系统 2 吸收系统的主要设备有吸收塔 浆液循环泵 氧化风机 石膏排出泵 除雾器等 5 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 SO 的吸收与脱硫产物 亚硫酸钙的氧 2 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 5 3 所示 表 5 3 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 塔内设多层喷嘴 浆以球状高分子材料将烟气垂直鼓入浆塔内下部喷嘴以液柱形 结构 与 原理 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 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 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 式向上喷浆液 至最点 以水幕形式下落 浆在 上下过程中与上行烟传 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 但喷嘴易堵塞 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 但系统阻 力大 装置体积相 对大 喷嘴孔径较大 不易堵 塞 对脱硫剂粒径及烟 气含尘量要求低 工作 稳定 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 取 3m s 5 3 2 吸收塔尺寸设计计算 1 吸收塔塔径 吸收塔截面积 A 200m3 Q 36003 2160000 吸收塔塔径 D 15 9m 取 16m A4 14 3 2004 2 吸收浆液量 工程设计中吸收区的高度一般是指烟气进口水平中心线到喷淋层中心线的距离 该高度按照烟速和停留时间确定 原烟气与吸收液中吸收塔内反应时间 2 5s 取 5s 吸收区高度为 h t 3 5 15m 液气比与脱硫效率有关 一般在 8 25 L m3 取 20L m3 所需的吸收浆液量为 V 2160000 20 43200000L h 43200m3 h 3 氧化槽 吸收液在氧化槽内停留时间一般为 4 7min 取 4min 则氧化槽容积为 V 43200 4 60 2880m3 设计氧化槽直径为 D 20m 氧化槽高 H V 9 17m 圆整后 H 10m 4 2 D 4 2014 3 2880 2 4 喷淋层 设计中喷嘴选择螺旋喷嘴 喷嘴流量一般为 30 80m h 设计每个喷嘴流量为 54 3 m h 则所需喷嘴个数为 n 43200 54 800 个 3 本设计采用螺旋喷嘴 各层喷嘴之间上下空间上错开布置 根据喷嘴的设置要保 证浆液的重叠覆盖率至少达到 170 250 即喷嘴顶端下 0 9 米处的锥形喷雾覆盖面 积乘以每层的喷嘴数应能覆盖 170 250 的吸收塔截面积 根据所选的喷头数量 在 塔内均匀布置 用喷洒角 90 的喷头 层间高差为 1 7 米时 其喷洒覆盖率按直径为 1 8 米布满塔的圆面积 喷淋塔一般选用 2 6 个喷淋层 每平方米安装 0 7 1 个喷嘴 设计每平方米一个 每层需安装个数为 150 个 则吸收塔内喷淋层数为 n 800 150 4 99 层 圆整后取 5 层 喷淋层的层间距一般为为 0 8 2 米 本设计中喷淋层的层间高差根据国外离心式喷 雾喷头经验 按 1 7 米设计 则喷淋层高度为 h 5 1 7 8 5m 4 5 氧化系统 根据经验 当烟气中含氧量为 6 以上时 本设计的含氧量为 5 93 与 6 极为接 近 在吸收塔喷淋区域的氧化率为 50 60 本设计取 50 采用枪式氧化分布技术 在浆液池中氧化空气利用率为 25 30 因此 浆液池中需要的理论氧气量为 喷淋 区氧化率取 50 浆液池中空气利用率取 30 根据化学反应方程 氧化 1 摩尔二 氧化硫需用 0 5 摩尔氧气 氧化空气量的计算 29 21 0 25 0 2 2 O sso KgQC V 式中 进入 FGD 系统入口的 SO2含量 干标 mg Nm3 2 so C Q 进入吸收塔入口的烟气量 Nm3 h 脱硫效率 s 氧气的密度 1 429Kg m3 2 O 可知 吸收 1Kg SO2并生成石膏 理论需氧量为 0 25 Kg 则实际需理论空气量为 Nm3 h 5 4063 21 0 429 1 25 0 96 0 21600002377 V 而实际氧化空气的利用率为 25 30 实际所需的氧化空气量为 4063 5 25 30 1015 9 1219 1Nm3 h 5 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 除雾器形式选择则流板除雾 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些 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