项目大气课设3 0

大气污染控制课程设计任务书学院：空间与环境学院专业：环境工程成员：孙雨佳（14005069）李垚（15271001）成沛桓（15271014）班级：153021指导教师：李兴华目录第一章 编制依据及资料41.1编制依据41.2主要资料41.3相关法律法规5第二章 设计参数52.1设计基础资料52.1.1锅炉型号及主要参数52.1.2燃煤种类及参数62.2具体计算72.2.1标准状态下理论空气量的计算72.2.2标准状态下理论烟气量的计算82.2.3标准状态下实际烟气量的计算82.2.4设计耗煤量92.2.5烟气流量的计算92.2.6烟气含尘浓度的计算102.2.7烟气含硫浓度的计算102.2.8效率的计算10第三章 脱硫技术方案比选113.1常见的烟气脱硫工艺简介113.2脱硫工艺的比选133.3石灰石-石膏法脱硫工艺153.3.1脱硫原理153.3.2技术特点153.3.3脱硫系统163.3.4工艺流程183.3.5过程反应183.3.6石灰石-石膏湿法脱硫效率影响因素193.3.7石灰石-石膏湿法脱硫技术前景21第四章 脱硫系统设计254.1脱硫系统参数定义及确定254.2吸收剂制备及供应系统264.2.1吸收剂的选择264.2.2吸收剂的耗量274.2.3石灰石卸料系统274.2.4石灰石供浆系统30第五章 烟囱的设计及风机、电动机选型计算40第六章 电气设计及运行使用说明40第七章 自控及仪表设计40第八章 环境保护、节能、安全、卫生与消防40第九章 经济预算40第十章 总结40参考文献40第一章 编制依据及资料1.1编制依据（1）设计任务书.（2）大气污染治理工程技术导则（HJ 20002010）.（3）国家能源局.DL/T 51962016.火力发电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统设计规程.北京：中国计划出版社，2016.（4）中华人民共和环境保护部. HJ 2000-2010.大气污染治理工程技术导则.北京：中国环境科学出版社，2010.（5）中华人民共和环境保护部.HJ 462-2009.工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范.北京：中国环境科学出版社，2009.（6）国家环境保护总局.HJ/T 179-2005.火电厂烟气脱硫工程技术规范,石灰石/石灰-石膏法.北京：中国环境科学出版社，2005.1.2主要资料（1）魏先勋.环境工程设计手册,湖南科学技术出版社.（2）郝吉明,马广大,王书肖.大气污染控制工程,高等教育出版社.（3）吴忠标.实用环境工程手册大气污染控制工程,化学工业出版社.（4）周兴求.环保设备设计手册大气污染控制设备,化学工业出版社.（5）全国通用通风管道计算表,中国建筑工业出版社,1997年.（6）火电厂脱硫烟囱防腐技术,中国大唐集团科技,中国水利水电出版社,2010年.（7）火电厂湿法烟气脱硫技术手册周至祥,2006年.（8）薛建明.湿法烟气脱硫技术及设备选型手册,中国电力出版社,2011年.（9）郭东明.脱硫工程技术与设备,化学工业出版社,2011年.（10）火力发电厂烟气脱硫设计技术规程（DL/T 5196-2004）.（11）烟气脱硫工程技术规范石灰石石灰-石膏法（HJ/T 179-2005）.（12）工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范（HJ426-2009）.1.3相关法律法规（1）锅炉大气污染物排放标准（GB132712014）（2）火电厂大气污染物排放标准（GB132232011）（3）煤炭工业污染物排放标准（GB204262006）（4）大气污染物综合排放标准（GB162971996）（5）环境空气质量标准（GB30952012）（6）火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石/石灰-石膏法（HJ/T 179-2005）（7）火力发电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统设计规程（DL/T 5196-2016）（8）烟囱设计规范（GB 50051-20013）（9）大中型火力发电厂设计规范（GB 50660-2011）第二章 设计参数2.1设计基础资料2.1.1锅炉型号及主要参数锅炉型式：超高压一次再热自然循环固态排渣煤粉锅炉最大连续蒸发量： 1025 t/h锅炉效率91.0% 设计空气过剩系数(炉膛出口)：1.20燃烧方式：四角切圆表2-1 锅炉主要设计参数项目单位设计煤种负荷%B-MCR蒸汽参数540过热蒸汽流量t/h670（1025）再热蒸汽流量t/h585省煤器入口温度253过热器出口压力MPa13.69过热蒸汽温度540再热器入口压力MPa2.6475再热器入口温度315.8再热蒸汽温度540锅炉效率%91.0（91.5）床温883炉膛出口烟温883空气预热器出口烟温1302.1.2燃煤种类及参数燃用煤质工业分析序号名称符号单位结果1水份Mar%5.672灰份Aar%17.993挥发份Vdaf%7.024低位发热量QdkJ/kg25540.7燃用煤质元素分析序号名称符号单位结果1碳Car%69.122氢Har%2.83氧Oar%3.114氮Nar%0.975硫Sar%0.34灰分成份分析项目符号单位测试结果二氧化硅SiO2%46.799三氧化二铝Al2O3%32.464三氧化二铁Fe2O3%3.499氧化钙CaO%4.452氧化镁MgO%2.652氧化钠Na2O%0.603氧化钾K2O%0.817五氧化二磷P2O5%0.384氧化锑TiO2%1.207氧化铁FeO%0.94氧化锰MnO%0.037烧失量%6.992.2具体计算2.2.1标准状态下理论空气量的计算Va0=22.44.78x+y4+z-w2此次假设以1kg燃煤进行计算，则各元素的摩尔质量为：C：69.12%1000（g）12（g/mol）=57.6（mol）H：2.8%1000（g）1（g/mol）=28（mol）S：0.34%1000（g）32（g/mol）=0.106（mol）O：3.11%1000（g）16（g/mol）=1.944（mol）N：0.97%1000（g）14（g/mol）=0.693（mol）灰分：17.99%1000（g）=172.7（g）水分：W1=5.67 %1000（g）18（g/mol）=0.6（mol）该煤的化学分子式为C57.6H28O1.944N0.693S0.106则可得：Va0=22.44.7857.6+284+0.106-1.9442=6.824m3/kg式中：Va0标准状态下理论空气量xC的物质的量yH的物质的量zS的物质的量wO的物质的量2.2.2标准状态下理论烟气量的计算理论烟气量的计算：Vfg0=22.4x+y2+z+3.78x+y4+z-w2+w1则可得：Vfg0=22.457.6+282+0.106+3.7857.6+284+0.106-1.9442+2.11=7.050m3/kg式中：Vfg0理论烟气量；W1燃用煤中水的摩尔质量。理论干烟气量的计算：Vfg1=22.4x+z+3.78x+y4+z-w2可得：Vfg1=22.457.6+0.106+3.7857.6+284+0.106-1.9442=6.689m3/kg式中：Vfg1理论干烟气量2.2.3标准状态下实际烟气量的计算V=Va0可得：V=1.206.824=8.189m3/kg式中：V标准状态下实际空气量空气过剩系数，1.20Vfg=Vfg0+V-Va0可得：Vfg=7.050+8.189-6.824=8.415m3/kg2.2.4设计耗煤量由 W=Pt可得： W=70MW1.0253600KJ=258300000KJ式中：W所做的功，KJ； P功率单位，W； t时间单位，h。选用煤热值：Q=25540.7KJ/kgm理=WQ=25830000025540.7=10113.27kg/h式中：m理理论耗煤量锅炉效率为91.0%，则实际耗煤量;m实=10113.2791%=11113.48kg/h式中：m实实际耗煤量2.2.5烟气流量的计算标准状态下烟气流量：Q=Vfg0m实=7.05011113.48=78350.034m3/h式中：Q标准状况下烟气流量干烟气流量：Q干=Vfg1m实=6.68911113.48=74338.07 m3/h式中：Q干干烟气流量工况下烟气流量：Q=QTT=78350.034(130+273)273=115660 m3/h式中：Q工况下烟气流量；T工况下温度；T标准状态下温度。2.2.6烟气含尘浓度的计算灰分Aad=17.99%灰分的质量：M= Aadm实=17.99%11113.48=1999.31 kg/hC=MQ=1999.311060.878350.034=20414.2 mg/m3式中：C烟气含尘浓度；干烟气含尘浓度C干=MQ干=1999.311060.8115660=13828.9 mg/m3式中：C干干烟气含尘浓度。2.2.7烟气含硫浓度的计算Sad=0.34%MS=0.34%11113.48=37.8kgmso2=37.83264Kg=75.6Kg干SO2浓度：CSO2=mso2Q干=75.610674338.07=1017.0mg/m32.2.8效率的计算除尘效率的计算：由火电厂大气污染物排放标准得到燃煤锅炉重点地区限值：20 mg/m3=1-2013828.9=99.86%脱硫效率的计算：由火电厂大气污染物排放标准得到燃煤锅炉重点地区限值：50 mg/m3=1-501017.0=95.08%脱硝效率的计算：根据工程经验值，燃煤锅炉氮氧化物的浓度一般为300mg/m3，则此次设计中脱硝效率为：=1-100300=66.67%第三章 技术方案比选3.1 脱硫技术方案比选3.1.1常见的烟气脱硫工艺简介烟气脱硫的方法很多。按应用脱硫剂的形态分为湿法和干法。湿法采用液体吸收剂如水或碱性溶液等洗涤出去烟气中的二氧化硫。干法是采用粉状或粒状等吸收剂、吸附剂。或者催化剂来脱除烟气中的二氧化硫。干法脱硫具有处理后的烟气温度降低少，从烟囱中排出时易扩散和不产生废水等优点，但具有设备庞大和投资大等缺点。湿法脱硫具有设备小、投资省、脱硫率高、易操作控制等优点，但存在废水的后处理等问题。根据烟气脱硫生成物是否回收，脱硫方法分为抛弃法和回收法。抛弃法是将脱硫生成物当作固体废物抛掉，其处理方法简单、处理成本低，但不可避免的出现了二次污染的问题，还会浪费大量土地来堆放固体废物。回收法则是采用一定的方法将废气中的硫加以回收，转变为有实际应用价值的副产物。虽然该法可综合利用硫资源，避免了固体废物的二次污染，但其脱硫成本较高，副产物的出路还有问题。根据烟气脱硫的净化原理可分吸收法、吸附法和催化转化发等。吸收法是目前烟气脱硫的最主要方法。虽然世界上研究开发过的烟气脱硫技术已达100多种，但工业化的只有十几种。下面将几种常用的脱硫方法进行简介：（1）海水法脱硫技术燃烧生成的烟气在海水脱硫以前先进行除尘处理，一般采用高效的纤维或静电除尘器，安装在SO2吸收塔的上游。除尘后的烟气进入SO2吸收塔底部，与自上而下的海水相向流过，一次循环。由吸收塔出来的干净烟气在排放前一般还要经过再加热以防止腐蚀和保证足够的抬升高度。吸收SO2后的海水靠重力流至海水处理厂，与其余的海水混合并通入适量空气。（2）喷雾干燥法烟气脱硫技术喷雾干燥法脱硫工艺以生石灰(CaO)作为脱硫吸收剂，生石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO3，烟气中的SO2被脱除。与此同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发面干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物及未披利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。脱硫的烟气经除尘器除尘后排放。而副产物脱硫渣的一部分经循环装置返回吸收塔，其余部分则定量排入灰渣处理系统。该工艺脱硫效率一般为80左右，对应的钙硫比为1.2以上。脱硫副产物为脱硫渣，主要成分为CaSO3和CaSO4等，其综合利用价值不高，一般只能抛弃处理。采用本工艺无脱硫废水排放。（3）电子束法脱硫工艺技术本脱硫工艺的流程由排烟预除尘、烟气冷却、氨的充入、电子束照射和副产品捕集等工序历组成。锅炉所排出的烟气，经过集尘器的粗滤处理之后进入冷却塔，在冷却塔内喷射冷却水，将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度。通过冷却塔后的烟气流进反应器，在反应器进口处将一定的氨气、压缩空气和软水混合喷入，加入氨的量取决于SOx浓度和NOx浓度，经过电子束照射后，SOx和NOx在自由基作用下生成中间生成物硫酸和硝酸。然后硫酸和硝酸与共存的氨进行中和反应，生成粉状微粒硫酸铵与硝酸铵。生成的耪体微粒一部分沉淀到反应器底部，通过输送机排出，其余被副产品集尘器所分离和捕集，经过造粒处理后被送到副产品仓库贮藏。净化后的烟气由脱硫增压风机升压，再经烟囱向大气排放。脱硫副产品(主要是硫酸铵)可作生产复合肥的原料。（4）氨法脱硫工艺技术该脱硫工艺以氨水为吸收剂，副产品为硫酸铵溶液。锅炉来的烟气经烟气换热器冷却至90100，进入预洗涤器经洗涤后除去HCl/HF，洗涤后的烟气经过液滴分离器除去水滴进入洗涤器中。在洗涤器中，氨水自塔顶喷淋洗涤烟气，烟气中的SO2被洗涤后吸收除去，经洗涤后的烟气排出后经液滴分离器除去携带的水滴，进入另一个洗涤器。在此洗涤器中烟气进一步被洗涤，经洗涤塔顶部的除雾器除去雾滴，再经烟气换热器加热后经烟囱排放。洗涤工艺中产生的约30%的硫酸铵溶液排出洗涤塔，可以送到化肥厂进一步处理或直接作为液体氮肥出售，也可以把这种溶液进一步加工成颗粒、晶体或块状化肥出售。（5）氧化镁法脱硫工艺技术氧化镁法脱硫又称镁乳吸收法。利用氧化镁浆液即氢氧化镁作吸收剂，吸收烟气中的二氧化硫生成亚硫酸镁和硫酸镁。将这些硫酸盐脱水和干噪，然后再煅烧使之分解。为了还原硫酸镁，在缎烧炉内添加少量焦炭，使硫酸盐和亚硫酸盐分解成高浓度的二氧化硫气体和氧化镁。氧化镁经水合后又成为氢氧化镁，可继续作为吸收液循环使用。高浓度的二氧化硫气体可用于制取硫酸或硫黄。（6）石灰石-石膏法脱硫工艺技术将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器（GGH)加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95% 。3.1.2脱硫工艺的比选（1）海水法海水工艺有以下特点：海水烟气脱硫是目前唯一一种不需要添加任何化学药剂的工艺，也不会产生固体废弃物；其脱硫效率可高达92%以上；运行稳定，系统可用率高达；用海水冷却水脱硫，经济性好，运行及维护费用较低；压力损失小，一般在0.982.16KPa之间；结构简单，操作简便，易于实现自动化。但是这个工艺受到地理位置的影响，它较适合靠近海边的电厂。而且该法产生的废弃物以及热污染对附近海洋生态的影响尚不清楚，所以不采用这个方法。（2）喷雾干燥法世界上美国、日本和欧洲一些国家研究并掌握了这种工艺技术，国内也于“七五”期闯在四川自马电厂建成了试验装置，取得了科研成果。此工艺在全世界脱硫市场的占有率仅次于湿法脱硫，国外300MW以上的大机组也有使用业绩，但主要是在早期使用。喷雾干燥烟气脱硫技术具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点，而且不产生废水，但是这个系统的运行费用高，其石灰脱硫剂耗量比湿法脱硫大，脱硫的钙硫摩尔比为1.5左右。而且脱硫效率不高，一般为60%80%，其运行中还存在雾化喷嘴结垢、磨损， 吸收塔内壁面上结垢等问题。所以本次设计不采用此脱硫技术。（3）电子束法到目前为止，电子束干法脱硫仅在日本、美国进行过一些小型工业试验，尚没有在大型机组上应用的业绩，技术上成熟程度不如石灰石一石膏湿法脱硫工艺，且脱硫效率一般不超过90%。根据我国是发展中国家这一基本国情，对此技术的应用尚未普及，此方法本次设计不予采用。（4）氨法氨法脱硫属较为成熟的一种脱硫工艺，在国外中小机组具有一定的应用业绩。但脱硫成本较高，主要是脱硫剂氨价格较高，市价格一般在2500-3000元/吨，每小时用氨量在0.5-1吨之间。电耗较高，一般每小时用电量在1200-1500度之间。水耗较高，一般每小时用水量在20-40吨之间；腐蚀较重；有氨逃逸、气溶胶、气拖尾现象以及长周期运行，会有废浆液产生。则不采用这种方法。（5）氧化镁法目前，氧化镁脱硫法的技术在国外已成熟，并已应用于大型工业装置。脱硫率达90%以上。但是国内电厂脱硫发展较晚，由于各种各样的原因，造成国内脱硫技术装备水平较低，而价格较高但好用的镁脱硫剂在国内自然就难以打开市场，所以本次设计目前暂不予以考虑。（6）石灰石-石膏法1.脱硫效率高，可高达95%以上，而且脱硫后的烟气含尘量也大大减少。大机组采用湿法脱硫工艺，二氧化硫脱除量大，有利于地区和电厂实际总量控制。2.技术成熟，运行可靠性好。国外火电厂石灰石石灰一石膏湿法脱硫装置投运率一般可达98%以上。不会因脱硫设备而影响锅炉的正常运行。3.对煤种变化的适应性强。该工艺适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫。4.吸收剂资源丰富，价格便宜。作为吸收剂的石灰石在我国分布很广，资源丰富，许多地区石灰石品位也很好，碳酸钙含量在90%以上，优者可达95%以上。在脱硫工艺的各种吸收剂中，石灰石价格最便宜，破碎磨细较简单，钙利用率较高(一般在1.03左右)。5.脱硫副产物为二水石膏，便于综合利用。可用于生产建材产品和水泥缓凝剂。脱硫副产物综合利用，不仅可以增加电厂效益、降低运行费用，而且可以减少脱硫副产物处置费用，延长灰场使用年限。6.占地面积大，一次性建设投资相对较大，现有电厂在没有预留脱硫场地的情况下采用该工艺有一定的难度。耗水量相对较大，有污水排放；副产品品质要求高，则要求除尘器效率高。综上所述，考虑到脱硫成本、脱硫效率、脱硫副产物的处理以及脱硫剂的来源等各种原因，本次设计最终采用石灰石-石膏法进行脱硫。3.1.3石灰石-石膏法脱硫工艺3.1.3.1脱硫原理采用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成吸收浆液，当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液。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从而被脱除，最终反应产物为石膏由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%。3.1.3.2技术特点1.脱硫效率高，95%。2.技术成熟，运行可靠性高。3.对煤种的适应性强。4.吸收剂资源丰富，价格低廉。5.脱硫副产物便于综合利用。6.站地面积大，运行费用高。3.13.3脱硫系统1.烟气系统烟气系统设置出、入口挡板门，FGD上游热端前置增压风机和回转式气一气热交换器(GGH)。原烟气经增压风机增压后，由GGH将原烟气降温至90一100送至吸收塔下部，经吸收塔脱除二氧化硫后，将净烟气送回GGH升温至高于80后经烟囱排放。其中部分原烟气和全部净烟气通道内壁需要防腐设计。2.吸收液系统二氧化硫吸收系统包括吸收塔、吸收塔浆液循环、石膏浆液排出、吸收塔进口烟气事故冷却和氧化空气、搅拌、除雾器、冲洗等几个部分。进入吸收塔的热烟气经逆向喷淋的循环浆液冷却、洗涤、烟气中的，二氧化硫与浆液进行吸收反应，生成亚硫酸氢根。亚硫酸氢根被鼓入的空气氧化为硫酸根，硫酸根与浆液中的钙离子反应生成硫酸钙，硫酸钙进一步结晶为石膏。同时烟气中的氯离子、氟离子和灰尘等大多数杂质也在吸收塔中被去除。含有石膏、灰尘和杂质的吸收剂浆液的一部分被排入石膏脱水系统。脱除二氧化硫后的烟气经除雾器去除烟气中的液滴，排出吸收塔。由于吸收浆液的循环利用，脱硫吸收剂的利用率很高。吸收塔中装有水冲洗系统，将定期进行冲洗，以防止雾滴中的石膏、灰尘和其他物质堵塞元件。3.浆液控制系统石灰石浆液制备系统有干粉制浆系统和湿法制浆系统，前者采用干磨机，后者采用湿磨机。通常采用湿法制浆，粒径80mm左右的石灰石块料，经破碎机预破碎成6至10mm的粒料，经输送机及提升机送至石灰石仓。并加入合适比例的工业水磨制成石灰石浆液，流入球磨机浆液泵输送至石灰石浆液旋流站，经水力旋流循环分选，不合格的返回球磨机重磨，合格的石灰石浆液送至石灰石浆液箱储存。再根据需要由浆液泵输送至吸收塔。为了防止石灰石在浆液箱中沉淀，设有浆液循环系统和搅拌器。4.后石膏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。水力旋流器作为石膏浆液的一级脱水设备，其利用了离心力加速沉淀分离的原理，浆液流切进入水力旋流器的入口，使其产生环形运动。粗大颗粒富集在水力旋流器的周边，而细小颗粒则富集在中心。真空皮脱水机将已经水力旋流器一级脱水后的石膏浆液进一步脱水至含固率达到90%以上。5.排放系统浆液排放系统包括事故浆液储罐系统和地坑系统。当FGD装置大修或发生故障需要排空FGD装置内浆液时，塔内浆液由浆液排放泵排至事故浆液箱直至泵入口低液位跳闸，其余浆液依靠重力自流至吸收塔的排放坑，再由地坑泵打入事故浆液储罐。事故浆液储罐用于临时储存吸收塔内的浆液。地坑系统有吸收塔区地坑、石灰石浆液制备系统地坑和石膏脱水地坑，用于储存FGD装置的各类浆液，同时还具有收集、输送或储存设备运行、运行故障、检验、取样、冲洗、清洗过程或渗漏而产生的浆液。主要设备包括搅拌器和浆液泵。7.公用系统公用系统由工艺水系统、工业水系统、冷却水系统和压缩空气系统等子系统构成，为脱硫系统提供各类用水和控制用气。FGD的工艺水一般来自电厂循环水，并输送至工艺水箱中。工艺水由工艺水泵从工艺水箱输送到各用水点。FGD装置运行时，由于烟气携带、废水排放和石膏携带水而造成水损失。工艺水由除雾器冲洗水泵输送到除雾器，冲洗除雾器，同时为吸收塔提供补充用水，以维持吸收塔内的正常液位。此外，各设备的冲洗、灌注、密封和冷却等用水也采用工艺水。FGD冷却水主要用户有增压风机电机、氧化风机电机、循环浆液泵电机、磨机主轴承、减速器电机，此外，部分冷却水还用于氧化空气增湿冷却。FGD的工业水一般来自电厂补充水，并输送至工业水箱中。3.1.3.4工艺流程图3-1 典型的石灰石-石膏法脱硫工艺流程图3.1.3.5过程反应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1.吸收反应吸收反应是传质和吸收的的过程，水吸收SO2属于中等溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受气相传质阻力和液相传质阻力的控制。烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触,循环浆液吸收大部分SO2，反应如下：SO2H2OH2SO3（溶解）H2SO3 HHSO3（电离）2.氧化反应氧化反应的机理基本同吸收反应，不同的是氧化反应是液相连续，气相离散。水吸收O2属于难溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受液膜传质阻力的控制。一部分HSO3在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO3在反应池中被氧化空气完全氧化，反应如下：HSO31/2O2HSO4 HSO4HSO42 3.中和反应中和反应伴随着石灰石的溶解和中和反应及结晶，由于石灰石较为难溶，因此本环节的关键是，如何增加石灰石的溶解度，反应生成的石膏如何尽快结晶，以降低石膏过饱和度。中和反应本身并不困难。 吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的浆液在吸收塔内再循环。中和反应如下：Ca2CO322HSO42H2OCaSO42H2OCO22HCO32H2OCO24.其他副反应烟气中的其他污染物如SO3、Cl、F和尘都被循环浆液吸收和捕集。SO3、HCl和HF与悬浮液中的石灰石按以下反应式发生反应：SO3H2O2HSO42 CaCO3 +2HClCaCl2 +CO2 +H2O CaCO3 +2HFCaF2 +CO2 +H2O3.1.3.6石灰石-石膏湿法脱硫效率影响因素对于火力发电厂FGD系统，SO2脱除率由下式表示:脱硫率=1-FGD装置出口SO2浓度mgL,干基，6%含氧FGD装置出入SO2浓度mgL，干基，6%含氧100%由二氧化硫脱除率公式可以看出，为提高石灰石石膏湿法脱硫效率，必须相应采取措施降低FGD装置出口二氧化硫浓度( mg/L，干基，6%含氧) 。结合本工程实际，对影响脱硫效率的因素进行如下分析。1.吸收液的pH值根据化学反应平衡计算，脱硫反应很大程度上取决于洗手液的pH值，当pH2时，被吸收的二氧化硫主要以亚硫酸的形式存在；当pH 值升至45时，被吸收的二氧化硫存在形式为亚硫酸根；当pH6时，二氧化硫主要生产存在硫酸根。总之，pH值越大，二氧化硫溶解、吸收越大。然而pH值越高钙离子浓度减小、不利于钙离子的析出，易发生吸收塔结垢、堵塞现象。在实际石灰石石膏湿法脱硫运行中，为提高石灰石溶解并防止吸收塔结垢，并且保证脱硫率，一般将pH值控制在56。2.烟气温度进入吸收塔烟气温度越低，越利于二氧化硫气体溶于浆液，形成亚硫酸根，即低温有利于二氧化硫吸收。实际运行中应将烟气温度冷却到60左右再通入吸收塔进行二氧化硫吸收操作最为适宜，较高的吸收操作温度，会使二氧化硫的吸收效率降低。3.石灰石粒度及纯度石灰石颗粒越细，其表面积越大，二氧化硫反应越充分，二氧化硫吸收速率越快，石灰石的利用率越高。石灰石粒度要求：90%通过325目筛。石灰石纯度越高，对于等量的石灰石，二氧化硫吸收率越高。石灰石纯度要求：纯度大于85%。4.烟尘含量原烟气中的飞灰在一定程度上阻碍了二氧化硫与脱硫剂的接触，降低了石灰石中钙离子的溶解速率，同时飞灰中不断溶出的一些重金属会抑制钙离子与亚硫酸根的反应。烟气中粉尘含量持续超过设计允许量，将使脱硫率大为下降，喷头堵塞。一般要求FGD入口粉尘含量设计值为134 mg/m3。5.烟气与脱硫剂接触时间原烟气进入吸收塔后，自下而上流动，与喷淋而下的石灰石浆液雾滴接触反应，若接触时间越长，反应进行得越充分、彻底、完全。因此长期投运对应高位喷淋盘的循环泵，有利于烟气和脱硫剂充分反应，相应的脱硫率也高。6.液气比及浆液循环量液气比即钙硫比，是评价和反映经济性的重要指标。该参数的一个意义是: 除去二氧化硫实际与理论所需吸收剂质量之比。液气比增大代表烟气与吸收液接触几率增加，从而脱硫率增大。但二氧化硫与吸收液有一个气液平衡，液气比超过一定值后，脱硫率将不在增加。新鲜的石灰石浆液喷淋下来后与烟气接触后，二氧化硫等气体与石灰石的反应并不完全，需要不断循环反应，同时增加浆液的循环量，也就加大了碳酸钙与二氧化硫的接触反应机会，从而提高了二氧化硫的去除率。3.1.3.7石灰石-石膏湿法脱硫技术前景石灰石石膏脱硫工艺是一套非常完善的系统，它包括烟气换热系统、吸收塔脱硫系统、脱硫剂浆液制备系统、石膏脱水系统和废水处理系统。系统非常完善和相对复杂也是湿法脱硫工艺一次性投资相对较高的原因，上述脱硫系统的五个大的分系统，只有吸收塔脱硫系统和脱硫剂浆液制备系统是脱硫必不可少的；而烟气换热系统、石膏脱水系统和废水处理系统则可根据各个工程的具体情况简化或取消。国外也有类似的实践，对于不需要回收石膏副产品的电厂，石膏脱水系统和废水处理系统可以不设，直接将石膏浆液打入堆储场地。湿法脱硫工艺简化能使其投资不同程度地降低。根据初步测算，湿法脱硫工艺简化以后，投资最大幅度可降低50%左右，绝对投资可降至简易脱硫工艺的水平，并可进一步提高湿法脱硫工艺的综合经济效益。3.2除尘装置的比选3.2.1除尘器的分类按捕集机理可分为机械除尘器、电除尘器、过滤除尘器和洗涤除尘器等。机械除尘器依靠机械力将尘粒从气流中除去，其结构简单，设备费和运行费均较低，但除尘效率不高。电除尘器利用静电力实现尘粒与气流分离，常按板式与管式分类，特点是气流阻力小，除尘效率可达99%以上，但投资较高。占地面积较大。过滤除尘器使含尘气流通过滤料将尘粒分离捕集，分内部过滤和表面过滤两种方式，除尘效率一般为90%99%，不适用于温度高的含尘气体。洗涤除尘器用液体洗涤含尘气体，使尘粒与液滴或液膜碰撞而被俘获，并与气流分离，除尘效率为80%95%，运转费用较高。为提高对微粒的捕集效率，正在研制荷电袋式过滤器、荷电液滴洗涤器等综合几种除尘机制的新型除尘器。3.2.2除尘装置比选（1）机械除尘器机械除尘器通常是指利用质量（重力、惯性力和离心力等）的作用使颗粒物与气流分离的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置，当含尘气流进入重力沉降室后，由于扩大了流动截面积而使气体流速大大降低，使较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。其主要优点是结构简单，投资少，压力损失小，维修管理容易。但是它的体积大，效率低，一般只有40%50%，适于捕集大于50m粉尘粒子，设备较庞大，适合处理中等气量的常温或高温气体，多作为多级除尘的预除尘使用。重力沉降室的效率达不到本次的除尘要求，所以不选择这种除尘器。惯性除尘器是借助挡板使气流改变方向，利用气流中尘粒的惯性力使之分离的技术。在惯性除尘器内，主要是使气流急速转向，或冲击在挡板上再急速转向，其中颗粒由于惯性效应，其运动轨迹就与气流轨迹不一样，从而使两者获得分离。气流速度高，这种惯性效应就大，所以这类除尘器的体积可以大大减少，占地面积也小，没有活动部件，可用于高温和高浓度粉尘场合，对细颗粒的分离效率比重力除尘器大为提高，常用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘。但是它的净化效率不高，故一般用于多级除尘中的第一级除尘。由于效率过低，所以此次设计不采用惯性除尘器。旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。它具有结构简单、应用广泛、种类繁多等特点，但是它的缺点是结构不良,选用操作参数不恰当及操作管理不完。所以本次设计不采用旋风除尘器。（2）电除尘器电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘器按气体流向可分为立式电除尘器和卧式电除尘器；按清灰方式可分为干式电除尘器、湿式电除尘器、电除雾器；按沉尘电极的结构形式可分为管式电除尘器和板式电除尘器；按电极在除尘器中的配置位置可分为单区式电除尘器和双区式电除尘器。它与其他除尘器的根本区别在于除尘过程的分离力直接作用在尘粒上，而不是作用在整个气流上，因而电除尘器具有能耗低、气流阻力小的特点，是一种捕集微细粉尘的高效除尘器。从除尘器的性能来看，电除尘器也能满足火电厂新的排放标准。（3）袋式除尘器用编制或毡织的滤布作为过滤材料来达到分离气体中粉尘的装置称为袋式除尘器。袋式除尘器适用于捕集非黏性、非纤维性的粉尘，可处理质量浓度0.000 1g/m31000g/m3，粒径为0.1m200m的粉尘。浓度太高或粒径太大的粉尘需先经旋风除尘器除尘。袋式除尘器除尘效率高，可达99%以上，且较稳定， 但不适用于黏性的、含水的物料。目前，被广泛应用的袋式除尘器为脉冲袋式除尘器。它的操作和清灰连续，滤袋压力损失稳定，处理气量大，内部无运动部件，滤布寿命长、结构简单。袋式除尘器还可以根据处理的烟气量可选择多个除尘室，由多个除尘室组成除尘器整体，板式结构的侧扳，制造简单、运输简便，可分别制造运往现场，在现场组装成除尘室。但是袋式除尘器的应用主要受滤料耐温、耐腐蚀等性能的限制，特别是在耐高温方面，常用滤料应工作在100150以下，而玻璃纤维滤料可长期工作在260左右。当含尘气体温度过高时， 需对气体采取降温措施，或采用特殊滤料；在捕集吸湿性较大及吸湿性较强的粉尘时，容易阻塞滤袋，应采取相应措施；滤袋容易损坏，换袋困难，劳动条件比较差。由于锅炉出口粉尘浓度较高，因此不采用袋式除尘器。（4）湿式除尘器湿式除尘器是利用水或其他液体与含尘气体的作用去除粉尘的设备，尘粒与喷洒的水滴、水膜或湿润的器壁、器件相遇时，发生润湿、凝聚、扩散沉降等过程，因而从气体中分离出来，达到净化气体的目的。湿式除尘器除尘效率比较高，可以有效地将直径为0.120m的液态或固态粒子从气流中除去；结构简单、占地面积小；一次投资低，能处理高温、高湿或黏性大的含尘体。但是湿式除尘器在使用过程中将产生的废水、污泥，废水和污泥需要进行处理，这样增加了设备投资和维护成本，如果污水处理不达标，易造成二次污染。本次设计是针对中小型电厂，不宜采用这种费用高的除尘器。3.2.3电除尘器参数设计（1）确定比集尘面积因湿式电除尘器收尘机理与干式电除尘器相同，故在比集尘面积的计算方面依然使用的德意希公式。由于德意希公式是多个相对理想的假设条件下得出的，故在实际应用中，我们需要采用其修正公式，根据实验和工程经验给予合理的修正面确保最终选型的正确，具体修正公式如下：=1-e(-wSCA)n 式中：除尘效率，%； 有效驱进速度速度，cm/s； n修正系数，（取1.01.5）本次设计取1.25； SCA求欲求证的比集尘面积，/m/s。根据经验，一般当硫含量小于0.5%，同极距为300mm，有效驱进速度为6.25cm/s。本次设计取趋进速度为6.25cm/s。进入湿电系统的烟气含尘浓度为16568 mg/m，欲使其经过湿电除尘后浓度降为50 mg/m一下，则除尘效率为99.7%。可得：99.7%=1-e(-6.25SCA)1.25解得SCA为9.29/m/s。（2）确定电场风速根据大量的实验数据验证，目前湿式电除尘器在电场风速高达4.5m/s时，对极板的水膜成形以及收尘效率影响较小，但考虑到结构稳定性，以及长期高效可靠运行，一般在具体应用中，推荐湿式电除尘器的电场风速小于3m/s。本次设计取2.5m/s。（3）确定电场数根据确定的比集尘面积和电场风速就可以计算出电除尘器所需的总集尘面积和断面积。所需的总集尘面积为： A=SCAQ=9.291156603600=298.5 m2断面积为： F=QV=11566036002.5=12.9 m2（4）极配形式的确定 确定阴阳同极距为300mm，因为在此极距下，电场更易于放电，释放更多电荷有利于细颗粒物的荷电和收尘。（5）高压电源的确定目前常规按同极距300mm选5566KV。（6）脱硫系统进口烟气含尘浓度电除尘器的除尘效率按99.7%计算，由前面计算可知，进入除尘系统的烟气含尘浓度为13828.9mg/m，则静电除尘器出口（即进入脱硫系统）烟气的含尘浓度为：C=13828.9 （1-99.7%）=41.49 mg/m式中：C进入脱硫系统的烟气含尘浓度；mg/m 第四章 脱硫系统设计4.1脱硫系统参数定义及确定（1）液气比（L/G）：即单位时间内浆液喷淋量和单位时间内流经吸收塔的烟气量之比。单位为L/m3；液气比=单位时间内浆液喷淋量（L/h）单位时间内吸收塔入口的湿烟气体积流量（m3/h）石灰石法喷淋塔中的液气比一般为（1525）L/m3。有推荐值为16.6L/m3。实际中的L/G随具体情况而改变，比如添加缓冲剂可大幅度减小液气比。此次设计液气比取16.6L/m3。（2）钙硫比（Ca/S）：理论上脱除1mol的S需要1mol的Ca，但在实际反应设备中，反应条件并不处于理想状态，一般需要增加脱硫剂的量来保证一定的脱硫效率，因此引入了Ca/S的概念。用来表示达到一定脱硫效率时所需要钙基吸收剂的过量程度，也说明在用钙基吸收剂脱硫时钙的有效利用率。根据书中案例，可以假设此次钙硫比为1.03，脱硫效率可达95%。（3）脱硫效率：单位时间内烟气脱硫系统脱除二氧化硫的量与进入脱硫系统时烟气中的二氧化硫量之比。由第2章可知本次设计脱硫效率为95.08%，记为95%。（4）烟气流速：烟速提高可增大吸收系数。烟速增大，气液两相界面湍动加强，气膜厚度减薄，传质速率系数提高；烟速增大可减缓液滴下降速度，使体积有效传质面积增加，因而可使塔高降低。但是另一方面，烟速增大，烟气停留时间缩短，要求增加塔高，因此使其对塔高的降低作用削弱。实际中烟速提高还影响除雾效果。研究及实践表明，逆流喷淋塔的烟气流速合适的范围是（2.63.4)m/s；典型值为3m/s。设计时需考虑浆液雾化状况、烟气污染物浓度、脱硫率要求等。此次设计烟气流速取3m/s。4.2吸收剂制备及供应系统4.2.1吸收剂的选择对于用石灰石作为吸收剂的系统，可采用下列任一种吸收剂制备方案：（1）由市场直接购买粒度符合要求的粉状成品，加水搅拌成石灰石浆液。（2）由市场购买一定粒度要求的块状石灰石，经石灰石湿式球磨机制成石灰石浆液。（3）由市场购买块状石灰石，经石灰石干式球磨机制成石灰石粉，加水搅拌制成石灰石浆液。鉴于当前本设计土地资源紧张，所以为了节省脱硫系统占用的面积，本次设计采用方法一，即直接从临近的石灰石厂家采购粒度符合要求的粉状成品，石灰石具体成分见表4-1。表4-1 吸收剂组成组分含量CaO52.5%(相当于CaCO390%)MgO0.2%SiO21.5%细度（325目，过筛率90%）43微米4.2.2吸收剂的耗量石灰石耗量应根据物料平衡计算，进行前期设计工作时石灰石耗量可按下式估算：脱硫量=烟气流量二氧化硫浓度脱硫率 =1156600.6536/6495% =1122.12 mol/h碳酸钙用量=脱硫量钙硫比 =1122.121.03 =1155.78 mol/h =1155.78100 g/h =116 kg/h石灰石用量=碳酸钙用量/石灰石纯度 =116/0.9 =129 kg/h4.2.3石灰石卸料系统石灰石粉由汽车直接运至厂区卸灰斗区域。（1）卸灰斗的设计对于密封罐车，载重按10t计算，石灰石粉的堆积密度大概为1600 kg/m，则一次运的生石灰粉大概为V=m=100001600=6.25m3卸灰斗的容积按三辆车的容积来算，则其容积为V灰斗=3V=36.25=18.75m3将其设计为L=2.5m，B=3m，H=3m卸灰斗的有效容积为V=LBH=2.533=22.5m3（2）石灰石储仓的设计脱硫剂储仓体积 根据脱硫剂供应地的距离，储存35天的使用量（kg）：VCH =（35）V石灰石为保险起见，石灰石储仓满足5天的用量，石灰石粉密度按1600 kg/m3计算，先计算一天的用量：V=M石灰石24=129241600=1.935m3对于石灰石储仓有效容积一般取0.80.85，则其体积计算为：VCH=51.9350.8=12m3 圆柱塔储仓通常储存脱硫剂粉体料的是圆柱塔形储仓，其优点是节省占地面积，下料时利用自身重量下溜出料比较方便，是脱硫广泛使用的储仓（见图4-1）圆塔仓的H/D一般取23为宜，主要考虑有较好的稳定性。圆柱筒下接的圆锥体宜为60角，有利于粉体下滑而不滞留。一般生石灰粉安息角约为45。为了防止潮湿搭桥阻塞，在锥体下部设置加热流化板，在塔内出口易堵部位设置空气喷吹环，在阻塞时可喷吹疏通。出口装插板阀（闸板）和定量下料器。 普通室内粉体库存放袋装、桶装或散装料。散装粉料宜覆盖毡布防治尘土飞扬。 半敞开料棚宜把粉料放入矮围墙圈内，上面盖毡布防治尘土飞扬。同样可存放袋装、桶装和散装脱硫剂。综上所述，选定脱硫剂储仓形状为圆柱塔储仓，H/D取2.5，圆柱筒下接圆锥体取60角。具体计算如下：图4-1 圆柱塔储仓对于圆柱部分的体积为： 14D2H对于圆锥体部分的体