毕业设计（论文）-石灰石-石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计

石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计目录一、 石灰石—石膏湿法脱硫技术介绍.........................................................................11. 概述.........................................................................................................................12. 化学反应过程..........................................................................................................1二、 石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统的构成..............................................................21.

SO2吸收系统..................................................................................................................32. 烟气系统...........................................................................................................................33. 石灰石浆液制备系统.......................................................................................................34. 石膏脱水系统...................................................................................................................35. 供水和排水系统...............................................................................................................36. 压缩空气系统...................................................................................................................47. 废水处理系统...................................................................................................................48. FGD公用系统....................................................................................................................5三、 湿法烟气脱硫的主要影响因素.............................................................................51. 烟气流速...........................................................................................................................52. 液气比（L/G）.................................................................................................................63. 浆液pH..............................................................................................................................64. 钙硫比（Ga/S）...............................................................................................................65. 烟气温度...........................................................................................................................76. 烟气含尘浓度...................................................................................................................7四、 工艺设计计算.......................................................................................................71. 基础数据处理...................................................................................................................72. 燃煤成分分析...................................................................................................................83. 烟气量的计算...................................................................................................................84. 石灰石消耗量..................................................................................................................105. 吸收塔设计......................................................................................................................101) 吸收塔的选型..................................................................................................................102) 吸收塔设计计算..............................................................................................................126. 吸收塔内部设备选型及设计..........................................................................................151) 喷淋层设计......................................................................................................................152) 除雾器的设计和选型......................................................................................................187. 吸收塔附属设备的选型和设计......................................................................................181) 循环系统的设计..............................................................................................................18石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计2) 氧化风机的设计及选型..................................................................................................193) 烟气再热系统的设计......................................................................................................204) 氧化吸收池搅拌机的选型..............................................................................................215) 石灰石浆液泵的选型.....................................................................................................216) 脱硫增压风机的选型......................................................................................................21五、 石灰石—石膏湿法脱硫塔结垢问题...................................................................221. 脱硫系统结垢原因..........................................................................................................222. 控制技术防止结垢措施.................................................................................................233. 使用氧化抑制剂.............................................................................................................244. 运行中的措施..................................................................................................................24六、 FGD可靠性备用策略..........................................................................................24七、 总平面设计........................................................................................................25八、 课程设计体会.....................................................................................................25九、 致谢...................................................................................................................26十、 附录...................................................................................................................26十一、 参考文献........................................................................................................26全套图纸加V信153893706或扣3346389411石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计一、 石灰石—石膏湿法脱硫技术介绍1. 概述石灰石—石膏湿法脱硫工艺已有几十年的发展历史，技术日趋成熟、完善。据有关资料介绍，国外应用的脱硫工艺85%是湿法，特别是日本，几乎全部采用湿法脱硫工艺。根据吸收剂的不同，湿法脱硫工艺又有多种不同工艺，常见的石灰石—石膏法、石灰—石膏法、海水法、氨法、双碱法、氢氧化镁法、氢氧化钠法、WELLMAN—LORD法等。其中石灰石—石膏法由于具有吸收剂资源丰富、成本低廉等优点，成为世界上应用得最多的一种脱硫工艺。石灰石—石膏湿法脱硫工艺流程图如下图：Figure1.1石—石膏湿法脱硫工艺流程图2. 化学反应过程由于石灰石脱硫剂中有Ca、Mg、及其他物质，烟气中有CO、、SO、

HClNOx、N2等气体，飞灰中有Na、K、Cl及其他物质，所以2O2

2用石灰石浆液脱除烟气中SO2是一个十分复杂的体系。有研究认为，这些物质能在溶液中相互作用，生成41中以上的中性和离子物质及7中固体物质.这里论述烟气中SO2和石灰石中CCOa3所涉及的主要反应。1石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计石灰石湿法烟气脱硫反应机理复杂，主要反应为烟气中的SO2先溶解于吸-收液中，然后解离成H和HSO3：SO g

SO

aq（）

（）（1—1）（）SO2aq+HO2(l)

2

2HHSO3

22HSO3

（1—2）式（2—1）为慢反应，是速率控制过程之一。在吸收塔底部的浆液槽中，HSO3被通入的空气强制氧化成SO42;2

HSO3O2

2

SO422H（1—3）该氧化反应要求pH值小于5.5。自然氧化工艺中，HSO3氧化不完全，在浆液中由SO2

等组成的缓冲浆液系统。和HSO33石灰石溶解度是非常低的，其溶解反应方程式为：2+

2CCOa （）3s

Ca+CO3（1—4）在浆液中，H+与部分溶解的石灰石反应：2

2

HO

CSO HO

（1—5）HSO4CaCO3

2

2

a

4

2

2

(S)HCO3石膏的产生使石灰石进一步溶解，同时H与HCO3结合生成CO2

和HO2:HHCO3CO2

(aq)

CO2

HO（1—6）(aq)2CO2(g)（1—7）浆液槽中是由石灰石、碳酸氢钙和石膏等组成的浆状混合物，其部分被强制循环，部分作为产物排出，同时补充新鲜的石灰石浆液以维持pH值的稳定。可用如下总反应式表示：SO CCO

1

O

HO

CO HO(S)CO(g)a (S)

2

(g)2

2

(l)

aS

4

2

2

(2)

（1—8）2

3

2二、 石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统的构成石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺，整套系统由以下子系统构成（1）、SO2吸收系统；（2）、烟气系统；（3）、石灰石浆液制备系统；（4）、石膏脱水系统；（5）、2石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计供水和排水系统；（6）、压缩空气系统；（7）、废水处理系统；（8）、FGD公用系统1.

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在吸收塔中接触（一般采用逆流），烟气中的二氧化硫溶于石灰石浆液中并与碳酸钙发生化学反应而被脱除，处理后的净烟气经除雾器去除水滴后由烟道排出。2. 烟气系统从锅炉出来的热烟气经增压风机增压后进入烟气热交换器（GGH）降温，经GGH冷却后烟气进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在喷淋层被冷却，同时二氧化硫被石灰石浆液吸收。去除二氧化硫及其他污染物后的烟气经GGH加热至80oC以上，通过烟囱排放。3. 石灰石浆液制备系统由汽车运来的石灰石卸到石灰石浆液制备区域。通过一定方式送入石灰石贮仓，石灰石贮仓出口由皮带称重给料机送入石灰石湿式磨机，研磨后的石灰石进入磨机浆液循环箱，经磨机浆液循环泵送入石灰石旋流器，合格的石灰石浆液自旋流器溢流口流入石灰石浆液箱，不合格的从旋流器底流再送入磨机口再次研磨。脱硫所需的石灰石浆液由锅炉负荷、烟气的SO2浓度和Ca/S比联合控制，浆液的浓度由浆液的密度计控制。4. 石膏脱水系统石膏一级脱水系统：在吸收塔浆液槽中形成的石膏，通过吸收塔排出泵将其输送到石膏旋流站，石膏旋流站包括多个石膏旋流子，使石膏浆液通过离心旋流而脱水分离，使石膏水分含量从80%降到40%—50%。旋流站安装在脱水车间的上部。石膏二级脱水系统：从一级脱水系统来的旋流器底流，直接进入真空皮带脱水机进行过滤冲洗，得到主要副产物石膏饼。真空皮带脱水机在设计上可连续运行也可间歇运行。脱水后石膏的品质按湿度≤10%、含氯量10010-6考虑。石膏饼送往石膏库存放。5. 供水和排水系统（1）、供水系统。从电厂供水系统引接至脱硫塔的水源提供脱硫塔工业和工3艺水的需。

石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计工业用水：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。工艺用水：石灰石浆液制备用水，烟气换热器冲洗水，所有浆液输送设备、输送管道、贮存箱的冲洗水。（2）、排水系统：FGD塔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。FGD装置的浆液管道和浆液泵等，在停运时需要进行冲洗，3重新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。6. 压缩空气系统脱硫塔仪表用气和杂气由塔内设置的压缩空气系统提供，压力为0.85MPa。按需要应设置足够容量的储气罐，仪用稳压罐和杂用储气罐分开设置。贮气罐的工期能力应满足当全部空气压缩机停运时，依靠贮气罐的贮备，能维持整个脱硫控制设备持续工作15min的耗气量。气动保护设备和远离空气压缩机房的用气点，宜设置专用的稳压贮气罐。贮气罐工作压力按0.8MPa考虑，最低压力不应低于0.6MPa。7. 废水处理系统脱硫废水→中和箱（加入石灰乳）→沉降池→（加入助凝剂）→澄清池→清水pH调整箱→达标排放。在石灰石—石膏FGD工艺中，不可避免要产生一定量的废水，这主要是因为烟气中氯化物的溶解提高了脱硫吸收液中氯离子的浓度。氯离子浓度的增高带来两个不利的影响：一方面降低了吸收液的pH值，从而引起脱硫率的下降和CSOa4结垢倾向的增大；另一方面，在生产商用石膏的回收工艺中，对副产品石膏的杂质含量有一定的要求，氯离子浓度过高将影响石膏的品质。一般应控制洗手液中氯离子含量低于20000mg/L。FGD装置的废水主要来自石膏脱水系统的旋流器溢流液、真空皮带机的滤液和冲洗水。废水处理工艺大致分为中和、脱重金属、絮凝、浓缩、澄清、污泥处理几部分。48. FGD公用系统

石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计FGD公用系统主要由工艺水和压缩空气系统组成。一般一塔设有一个工艺水箱，一个工艺水箱配两台工艺水泵（一用一备）和一台事故洗水泵。在FGD装置中，水的损耗主要来自于石膏附带水分和结晶水，以及蒸发水。这些损耗通过输入新鲜的工艺水来补偿。工艺水还主要用来清洗吸收塔除雾器，同时也用做冲洗水来清洗所有输入浆液管道以及换热器等。FGD装置所用的工艺水来自于电厂主体工程的工业水系统。事故冲洗水泵接电厂保安电源，当全厂断电时，启用事故冲洗水泵对设备和管道进行冲洗。FGD系统所需要的仪表气和杂用气一般来自电厂压缩空气系统，并分别设置仪表用气和检修用气罐。仪表气输送到FGD装置区内的各个气动阀和气动控制阀，还用作石灰石浆液箱区的密封气，以及清洗净烟气烟道上的净烟气流量测量装置和分析装置的冲洗气。杂气用于换热器吹扫和设备检修。三、 湿法烟气脱硫的主要影响因素石灰石—石膏湿法脱硫的主要影响因素有烟气流速、(液气比)L/G、浆液PH、钙硫比（Ga/S）、烟气温度、烟气含尘浓度。表格3.1：FGD吸收塔主要参数控制主要控制参数脱硫效率吸收剂利用率浆液PH值浆液密度液气比1. 烟气流速

优化值≥95%≥95%5~5.51050~1150kg/m310~18

主要控制参数烟囱入口烟气温度石膏表面水质量百分比CaCO3残留质量百分比亚硫酸盐质量百分比石膏中Cl-含量

优化值≥80℃≤10%≤3%≤0.4%≤100mg/L在保证除雾器对烟气中所携带水滴的去除率及吸收系统压降允许的条件下，适当提高烟气流速课家具烟气和浆液液滴之间的湍流强度，从而增加两者之间的接触面积。同时，较高的烟气流速还可维持下落的液滴，延长吸收区停留时间，从而提高脱硫效率。5石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计另外，较高的烟气流速还可以适当减少吸收塔和塔内件的几何尺寸，提高吸收塔的性价比。在吸收塔中烟气流速通常为3—4.5m/s。许多工程实践表明3.6—4.2m/s是性价比较高的流速区域[1]。本设计采用3.8m/s的流速。2. 液气比（L/G）L/G决定了二氧化硫的吸收表面积。根据双模理论，吸收效率和接触面积成正比关系，喷淋雾滴的表面积和浆液的喷淋速率有一定的关系。当喷淋速率确定后，影响接触面积的主要因素就是液气比。同时液气比也会影响到整个吸收塔系统的其他工程，从而对整个工程的效益、性价比产生一定的影响。液气比过低则不能达到很好的去除效果，但如果液气比过高，对循环泵、塔压降都会提出更高的要求，必然会导致运行成本和建设费用的提高。合适的L/G操作范围为15~25/m3[2]。美国能源部编制的FGD—PRISM程序的优化计算，L/G以15/m3为宜。此时二氧化硫的去除率已接近100%[1]。3. 浆液pH二氧化硫是酸性气体，因此理论上脱硫效率随pH值的升高而升高。但是另一方面，较低的pH有利于石灰石的溶解、HSO3的氧化和石膏的结晶，但工业运行结果表明较低的PH值可降低堵塞和结垢的风险。PH对吸收塔的影响是非常复杂和重要的。pH值控制在5.0—5.5为宜[2]。4. 钙硫比（Ga/S）钙硫比是影响脱硫效率和效益投资的一个重要因素。钙硫比是指Ga和S的摩尔比，理论情况下钙硫比为1:1，但CaCO3是难溶于水的物质，而且SO2的吸收是液气反应，反应速率比较低，因此为了保证足够的去除效率必须提供更高的液气比；但另一方面，提高液气比会增加石灰石用量，对循环泵、管道系统、电力损耗、吸收塔浆液池等提出更高要求，必然会造成过高的投资成本和运行费用。由于石灰石的溶解度较低，其供给量的增加将导致浆液浓度的提高，会引起石灰石的过饱和凝聚，最终使反应的表面积减小，脱硫效率降低[3]。因此合理控制钙硫比是湿法吸收工艺的一个重要因素。实验表明，当Ga/S=1.02—1.05时，脱硫效率最高，吸收剂具有最佳的利用6石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计率，当钙硫比低于1.02或高于1.05时，吸收剂的利用率均明显下降。而且，当钙硫比大于1.05以后，脱硫效率开始趋于稳定[4]。5. 烟气温度二氧化硫的溶解反应是一个放热反应，因此从反应动力学的角度来说，温度越低越有利于SO2溶于水形成HSO3。因此，整个洗涤过程中都要求温度都在100°C以下，将烟气温度降至90160oC后送至吸收塔下部，经吸收塔内部后再将烟气送回GGH升温至不小于80oC，烟囱排放。研究表明，低洗涤温度有利于SO2的吸收[5]。参考已有建厂数据取吸收塔进口温度为102oC，出口温度为47oC[6]。6. 烟气含尘浓度烟气中二氧化硫主要依靠浆液中Ca2来去除，烟气中含尘浓度过高将对Ca2溶解速率产生一定的影响。粉尘中的氟、铝、等形成络合物，对石灰石颗粒形成包裹，不但会使石膏浆液中含有过多细小的石灰石颗粒，而且还会使浆液pH值下降，对于二氧化硫的吸收造成不利影响，导致脱硫效率降低。另外飞灰中的一些重金属如Hg、Mg、Cd、Zn等会抑制Ca2和SO2的反应，降低脱硫效率。四、 工艺设计计算1. 基础数据处理根据设计任务书对厂区所在位置风频进行分析，如表所示：表格4.1：电厂风向频率表风向

北风 西北风西风南风东北风东风东南风 西南风静风频率（%）20.0 14.7

13.16.0 9.67

8.38.0

7.2

13.1石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计电厂风频玫瑰图如下图所示：Figure4.1：厂区所在区域风频玫瑰图从电厂风向频玫瑰图可以看出电厂所在位置北风、西北风、西风出现频率比较高，因此在设计厂区布置时要注意工厂居住区要避开下风区，尽量减小烟气污染对人造成的影响。2. 燃煤成分分析燃煤成分对于分析烟气中硫含量以及确定脱硫率、石灰石用量等都可以作为分析依据，根据设计任务书所给的煤含量，以每小时90t作为单位进行分析，各组分含量如表所示：表格4.2：燃煤成分分析表成分

C

灰分 S

H

水分 O比例（%）

70.7 12.1 2.7 3.2

9 2.3含量（t/h） 63.63 10.89 2.43 2.88 8.1 2.073. 烟气量的计算（1）、煤燃烧烟气量计算将煤的成分做如下表处理：表格1.3：煤燃烧烟气分析表成分

C

灰分

S

H

水分

O含量（g/s）

16756 3025

676

800

2250

575物质的量（mol）1472.97——

21.09 8008

125

35.94石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计、SO、新生成的HO生成烟气中CO2400mol；

2

1

21

含量分别为1472.97mol；21.09mol；nstoich=nC nS

4

nH1

2

nO

1

1472.9721.09

80035.491676.04mol4 2根据课程设计要求，本设计采用过剩空气系数a=1.1,按照标准大气压，取空气湿度为0.016，则所氧化所需要的空气量为：ntotal

nstoich0.21

1.1(10.016)1676.041.1(10.016)8919.73mol0.21完全燃烧产生烟气量为：ntotalout ntotalnCnS

1

nHnstoichnHO2

1

28919.731472.9721.098001676.041259262.7mol2（2）、烟气中SO2浓度（取1s的消耗量进行分析）按照标况下，烟气的总体积为：Vtotalout ntotalout22.4/1000

m39262.722.4/1000207.485 /s烟气中SO2的物质的量为：nSO2

nS

mol21.049则烟气中二氧化硫质量浓度为：nSO64mSO2

V

2

1000totalout21.0496410006506.51 /207.485烟气中二氧化硫摩尔百分含量为：

3y

SO2

nSO2ntotalout

21.0499262.79

32.27210 2272

ppm石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计根据课程设计要求，取SO2的去除率为90%。则吸收塔出口烟气的二氧化硫浓度为：m

m

(190%)SOout

SOin2

24. 石灰石消耗量

6506.51(190%)650.5mg/m3本设计取液气比为15/Lm3，据此可得吸收塔中浆液流速为：V浆液=15Vtotalout=15207.485=3112.27L/s根据课程设计任务要求，本设计取钙硫比（Ga/S）为1.15，则钙的摩尔消耗量为：nCa1.15nSO2则CaCO3的消耗量为：

1.1521.04924.26 /m

n 10024.261002425.78/s2.43 kg/sCaCO3

Ca根据课程设计要求，石灰石纯度为90%，则石灰石的消耗量为：m石灰石

=

mCaCO3

2.43

2.7 /5. 吸收塔设计1) 吸收塔的选型

90% 90%吸收塔是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，可把常用的吸收塔类型分为喷淋塔、填料塔、喷气鼓泡塔、双回路塔、液柱/填料吸收塔等形式。10石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计各类型吸收塔的比较如下表所示：表格4.5：各类型吸收塔比较项目 喷淋塔 填料塔 鼓泡塔塔内上部设多层 以球状高分子材将烟气垂直鼓喷嘴，浆液经喷 料或格栅为填入浆液内，烟嘴雾化后向下喷 料，浆液自上而气以沸腾状从淋，SO2吸收区 下流过填料，在结构与原理 浆液中鼓泡向为空塔段，浆液 填料表面形成液上逸出，气泡以弥散的雾状通 膜，顺流的烟气在逸出过程中过吸收区与逆流 流过填料间隙，与浆液传质的烟气传质 与液膜发生传质

液柱塔吸收区为空塔段，塔内下部喷嘴以液柱形式向上喷射浆液，烟气自径向进入塔内。液柱上行至最高点，而后弥散开来，以水幕形式下落，浆液在上下行程中与上行烟气传质脱硫率优缺点

>95%液气比最小，液气接触面积大，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

>95%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较高

90%左右不需浆液循环泵、喷嘴，气液接触面大，不受烟气含尘量影响，但系统阻力大，装置体积相对较大

>95%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，工作稳定喷淋塔在全世界的湿法FGD系统中占有突出的地位，喷淋塔一般有3—4个喷淋联管，每个联管都装有很多喷嘴，磨细的石灰石粉的悬浮液经喷嘴雾化后均匀地喷淋于塔中。进入吸收塔的烟气可以与自由移动的液滴紧密接触，一般以逆流方式布置，且不设气流限制装置。所带出的液态雾滴由除雾器补货，这种设计主要是为解决装有内部构件的吸收塔的结垢问题。由于喷淋塔结构简单，操作与维护方便，脱硫效率高而且在工程上的应用比11石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计较成熟，喷淋塔成为湿法脱硫工艺的主流塔型。因此本工艺选择喷淋塔脱硫技术。2) 吸收塔设计计算（1）、吸收塔直径的计算吸收塔的直径（D）可由吸收塔出口实际烟气体积流量和烟气流速确定，烟气流速通常为3.0~4.5m/s，工程实践表明，3.6~4.2m/s是性价比较高的流速区域，因此，本工程的实际烟气流速设为3.8m/s。吸收塔直径计算公式为：(1D)2vQAv2式中：Q—气体流速，ms3/ ；D—吸收塔直径，m；V—气体流速，m/s;Q3=207.485m/sD4Q 4207.48510.13m取整为10m。（2）、吸收塔塔高设计吸收区高度（h1）

πV

π3.8吸收区高度采用平均容积负荷法来计算。平均容积负荷的定义为：含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔，塔内喷淋浆液将烟气中的 SO2 浓度降低到符合排放标准的程度，将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均计算到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷—平均容积吸收率，以表示，其表达式为：Q K0

CV

h1式中，—平均容积吸收率，kg/（m3∙h）；C—标准状态下进口烟气的质量浓度，kg/m3；V—吸收区容积，m3；12石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计—给定的二氧化硫吸收率（％）；本设计方案为90％h1—吸收塔内吸收区高度，m；K0—常数，K0=3600v×273/(273+t)其数值取决于烟气流速v(m/s)和操作温度(℃) ；由传质方程可得喷淋塔内单位横截面面积上吸收二氧化硫的量为：Gy

k ah y(1y2)y

m其中:G—为载气流量(二氧化硫浓度比较低，可以近似看作烟气流量)，kmol/(ms)2；y1，y2—分别为、进塔出塔气体中二氧化硫的摩尔分数（标准状态下的体积分数）；ky—单位体积内二氧化硫以气相摩尔差为推动力的总传质系数，kg/(ms)3；a—为单位体积内的有效传质面积，mm2/3；my—为平均推动力，即塔底推动力，

yym

(

y1

y2)/ln(

y1

2

)所以吸收效率

Gy(1y2)/h1 yy1/2所以

yy

1 0.0203%又因为

1G22.4(273t)/273流速 u(

)将 单位换算成kg/(m2s) ，则：3600

64

273

uy /h22.427313

t

1喷淋塔操作温度

石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计t102 4774.52烟气流速u=3.8m/s,脱硫效应=0.9 ，前面已经求得原来烟气二氧化硫的质3 3量浓度y12.272103

。由已有经验，吸收率范围在5.5~6.5kg/(ms) 之间，本设计取6kg/(ms) 。则可以得到：63600

64

273

33.82.27210 0.9/

h可得到h1=11.65m。浆液池高度（h2）

22.427374.5浆池容量V1的计算表达式如下：

LV

Qt11

G式中：L/G—液气比，取15L/m3；Q—烟气标准状态湿态容积，m3/h，Q=207.485m3/s；t1—浆液停留时间，4~8min，取t1=4min=240s。可得到浆池容量V1=(L/G)×Q×t1=15×207.45×240/1000=746.94m3选取浆液池内径略大于吸收区内径，内径D=11m。浆池高度：4Vh2 πD12=烟气进口高度（h3）、出口高度h3'

4746.94π112

=7.9m根据工艺要求，进出口流速（一般为12m/s-30m/s）确定进出口面积，一般希望进气在塔内能够分布均匀，且烟道呈正方形，故高度尺寸取得较小，但宽度不宜过大，否则影响稳定性。本设计进出口流速取14m/s。进口流量：14石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计Q Q

273+t

=207.485

273+102

=285.01m3进口高度：出口流量：

1

标态h3

273Qu

273285.014.51m14Q Q

273+t

=207.485

273+47

=243.21m

3出口高度：

1

标态

273

273'

Q

243.214.17除雾区高度（h4）

h3

u

14

m除雾器一般设置两层，但根据设计任务要求，本设计采取一层设计。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴，最下层冲洗喷嘴距最上层喷淋层3.0—3.5m。本设计高度取为3.0m。烟气道入口到第一层喷淋层的高度()h5一般取2~3.5m，本设计取2.5m。除雾器到吸收塔出口的高度()h6一般取1.2~2m，本设计取1.2m。因此本吸收塔的总高：'hh

h

1h2h3 3h4h5h6

m11.657.94.514.173.02.51.234.93取整后，h=35m。6. 吸收塔内部设备选型及设计1) 喷淋层设计（1）、喷嘴分布密度的设计工程设计中，吸收区一般设计3—6个喷淋层，每个喷淋层都装有多个雾化器喷嘴，喷嘴覆盖率达200%~300%[2]。相邻喷淋层的典型距离为1—2m，最上15石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计层与除雾器底部至少为2m[7]。根据本课程设计要求取3个喷淋层。入口烟道到第一个喷淋层的高度一般取2~3.5m，本设计取2.5m，符合要求。总浆液量：

Q

Q总=3112.27L/s3112.27每个喷淋层的喷淋量：

Q= 总=3

3

=1037.42/s根据经验每个喷嘴的流量一般取36~803/ ，本设计取543/ ，即15L/s。典型的喷嘴分布密度为每平方米布置0.7~1个喷嘴。Q

1037.4269.16喷嘴总数：取整为70个喷嘴每个喷淋层。验算喷嘴布置密度：

n

15

15

4

πD270

π102470

1符合典型喷嘴分布密度的要求，因此本喷嘴布置符合要求。（2）、喷嘴的选型和布置喷嘴将循环浆液分散成小液滴以增大气液接触面积，从而冲洗、冷却烟气。喷嘴的选型和材料随湿法脱硫工艺的不同和处理废液性质的变化而变化。目前，在湿法脱硫工艺中常用的喷嘴有切向喷嘴、轴向喷嘴、螺旋形喷嘴。切向喷嘴通常形成中空圆锥喷流型，这样大部分雾滴喷出时会形成一个环状。这种喷嘴是将浆液沿切向方向引入旋转室，并通过与入口成 90°\u30340X孔排出，在旋转室内没有任何部件。由于切向喷嘴价格只有螺旋喷嘴的一半，因此其性能价格比螺旋型喷嘴高。轴向喷嘴产生的实心圆锥喷流型式，与切向喷嘴相比，轴向喷嘴产生相同粒度的液滴时压降较小。螺旋喷嘴产生的是一系列通信中空圆锥喷流，与轴向喷嘴一样，其入口和出口也在同一条轴心上，但其内部没有微调叶片，而是将喷嘴本身设计成一个直径不断减小的螺旋形状，从而将液流切成多个同心螺旋环。螺旋喷嘴形成的液滴尺寸与中控圆锥喷流差不多，但压力降更小。当压力相同，液体流量更大时，螺旋喷嘴比轴向喷嘴更适合一些。16石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计根据以上比较，本设计选择压力螺旋式喷嘴。喷嘴特性参数：喷嘴的特性参数主要由喷嘴压降、喷雾角、喷嘴流量等。嘴压降是指浆液通过喷嘴通道时所产生的压力损失,主要与结构参数和浆液粘度等因素有关。压降越大,系统能耗也越大。一般 WFGD喷淋系统喷嘴压降典型值为0.05～0.1MPa。喷雾角是指浆液从喷嘴喷出后形成的液膜圆锥的锥角，主要受喷嘴孔径、旋转室半径和浆液入口半径等因素影响。选择喷雾角时，必须与喷嘴在塔内布置相结合，保证塔内覆盖均匀和足够的覆盖率，通常喷淋角取90°[8]。喷嘴流量是指单位时间内通过喷嘴的体积流量，主要与压降、喷嘴结构参数等因素有关。喷嘴流量根据系统布置与工艺计算确定。喷嘴流量与喷嘴压降一般有以下关系：Qk P式中：Q—喷嘴流量，3/ ;K—特性系数，由喷嘴具体型号确定;p—喷嘴压降，MPa。喷淋系统覆盖率喷淋覆盖率是指喷淋层覆盖的重叠度,它由喷淋覆盖高度、喷淋角来确定。覆盖高度是指液膜离开喷嘴后至破碎前的垂直高度，典型取值为1m[9]。喷淋嘴覆盖率采用如下计算公式：nA0100%A式中：A—覆盖率，%；n—单层喷嘴数量;2A0—为单个喷嘴的覆盖面积，m ;A—吸收塔的截面积，m2。A0按照如下计算公式：17石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计2 2A πH （ ）0

tg /22 2

2则覆盖率为：

tg=π1 （90/2）=3.14m π

703.14100%=279.86%1024符合覆盖率要求200%~300%的要求。2) 除雾器的设计和选型除雾器用来分离烟气所携带的液滴。在吸收塔内，由上下二级除雾器（水平式或菱形）及冲洗水系统（包括管道、阀门和喷嘴等）组成。在湿法脱硫系统中，对除雾器的一般要求为：在正常运行工况下除雾器出口烟气中的雾滴浓度应不大于75mg/m3。尽可能地将15m 的微滴除掉。系统的压力降要小。无堵塞，容易清洗。其中，无堵塞、高效率是选择除雾器的关键。湿法烟气脱硫塔采用的除雾器主要为折流板除雾器，其次是旋流板除雾器。折流板除雾器是利用液滴与魔种固体表面相撞击而将液滴捕集的。通常折流板除雾器中两板之间的距离为 20~30mm，对于垂直安装的折流板气体平均流速为2~3m/s，对于水瓶安装的折流板气体流速可高一些，一般为6~10m/s。但气体流速过高容易引起二次夹带。旋流板除雾器，气流在穿过板片间隙时变成旋转气流，其中的液滴在惯性作用下，以一定的仰角射出，做螺旋运动而被甩向外侧，汇集流到溢流槽内，达到除雾目的，除雾效率可达90%~99%。折流板除雾器从形式结构上又可分为平板式和屋顶式。屋顶式除雾器是近年来兴起的一种高效除雾器，其优点是允许更高的空塔气速和较高的除雾效率，提高了塔内烟气扰度和湍流度，提高了脱硫效率[1]。本设计采用屋顶式除雾器。7. 吸收塔附属设备的选型和设计1) 循环系统的设计本设计循环泵采用单元制，即每个喷淋层设置1台再循环泵。18石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计循环浆液量为要脱除SO2的量与单位循环浆液吸收二氧化硫能力的比值。对于循环浆液量一般可按照液气比进行计算。本设计采用的液气比为15/Lm3，则所需浆液量为：=Q浆液15=204.48515=3112.27/SOQLs2每个循环泵所需输送的浆液为：Q浆液 3112.27

3Q=

3

=

3

=1037.42/s=3734.7m/s2) 氧化风机的设计及选型亚硫酸钙和亚硫酸氢盐的氧化分为两个部分，一是吸收塔内烟气中氧气进入浆液液滴的自然氧化，二是空气通过曝气管网进入浆液池的强制氧化[1]。强制氧化和自然氧化的比较如下表所示：表格4.7.1：强制氧化和自然氧化的比较[2]方式

副产物

副产物晶体

用途

脱水

运行可靠性

应用的国家强制氧

石膏，90%；10~100

熟石膏，

容易，水

≥90%

日本、欧化

水，10%

m

水泥，墙板

力旋流器+过滤器或离心机

洲自然氧化

硫酸钙，亚硫酸钙，50%~60%，50%~40%

1~5m

填埋

不容易，沉降槽+过滤器

95%~99%存在结垢问题

美国从表中可以看出，强制氧化工艺不论是在效率还是在系统运行可靠性等方面，均比自然氧化优越。因此，本设计采用强制氧化。理论氧化空气量为等于二氧化硫的量，为21.1mol/s。可得到实际极端情况下氧化空气需求量：19Q

石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计21.1(10.0116)22.42.28ms3/ 8196.43/mh0.211000本设计采用4台GM35H—3型号离心式氧化风机，单个流量为47363/ ，压头为101.01kPa，两用两备。3) 烟气再热系统的设计烟气经过湿法FGD系统洗涤后，温度降至45~55℃，已低于露点，为湿饱和状态，如果直接排放会带来两种不利后果：一是烟气抬升的扩散能力低，可能在烟囱附近形成水雾，污染环境，即所谓的焰流下洗；另外一方面，由于烟气温度在露点以下，会有酸性液滴从烟气中凝结出来，即所谓的下雨，既污染环境又对设备造成低温腐蚀。因此在烟气脱硫系统中，通常在脱硫塔后设置烟气再热器，利用从锅炉来的原烟气对净烟气至少加热至80℃以上，然后再排放大气。烟气再热器根据换热方式的不同，可分为分管式、回转式、热管式三种。三种优缺点比较如下表所示：表格4.2.2：三种换热器比较类型

条件

优点

缺点管式回转式

常用在200MW以下无烟气泄露常用在200MW以上结构上紧凑，烟气处理量大

传热系数较小，烟气处理量小，易发生低温腐蚀、堵灰、磨损等问题漏气量大，过去一般在10%以上，现改进后有的漏气量已降至1%以下热管式

——

传热效率高、传热面积小、烟气流动阻力小，热循环过程中部需外加动力，无泄露

低温腐蚀、积灰堵塞，工程上没有广泛应用根据本设计，可以采用热管式烟气再热器是比较理想的选择。20石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计4) 氧化吸收池搅拌机的选型在吸收塔底部，石灰石浆液经过脱硫过程之后，变成了CaSO3和1CaSO3 HO2，此时为了使氧化风机鼓入的空气能够充分地和CaSO3、21

1CaSO3 HO2接触，以便充分氧化，需要CaSO3和CaSO3 HO2的混合溶液内2

2部颗粒分布均匀，在这种情况下，需要使用搅拌器来使溶液悬浮颗粒均匀混合，同时增大和空气接触的面积。在吸收塔浆液池的下部，沿吸收塔径向布置四台侧进式搅拌器，其作用是使浆液的固体维持在悬浮状态，同时分散氧化空气。搅拌器安装有轴承罩、主轴、搅拌叶片、机械密封。搅拌器叶片安装在吸收塔降池内，与水平线约为10度倾角、与中心线约为-7度倾角。采用低速搅拌器，有效防止浆液沉降。搅拌桨型式为三叶螺旋桨，轴的密封形式为机械密封。吸收塔搅拌器的搅拌叶片和主轴的材质为合金钢。本设计采用4台侧进式搅拌机，搅拌器的搅拌直径为10.0m，转速130r/min，功率3kw。搅拌器的转速不能太高，否则不利于石膏晶体成长，且会造成叶轮磨损。5) 石灰石浆液泵的选型根据要去除的二氧化硫量和浆液密度,可估算出石灰石浆液的用量。石灰石3的用量为2425.78g/s，调节浆液密度至1230kgm/ ，含固量为30%。则相应的体积用量为：2425.783600/(12300.3)23.66m/3h1000设计采用的石灰石浆泵为2台双相流泵,流量100m3/h,扬程80m,功率55kW,一用一备。6) 脱硫增压风机的选型在没有安装脱硫装置时，锅炉中的烟气由引风机引出，经烟囱直接排入大气。脱硫装置运行后，烟气要经过再热器、脱硫塔后再进入烟囱排入大气，由于烟气流程增长，原设的客服锅炉烟道阻力的引风机的升压，已不足以克服脱硫装置所增加的阻力（约2940Pa），及满足脱硫工艺的要求，因而在脱硫系统中需设置增21压风机。

石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计增压风机是用于克服FGD装置的烟气阻力,将原烟气顺利引入脱硫系统,并稳定锅炉引风机出口压力的重要设备。其运行特点是低压头、大流量、转速低。在安装了烟气脱硫系统的情况下,锅炉的送、引风机将无法克服FGD的烟气阻力,所以必须设置增压风机。湿法烟气脱硫系统中一般采用轴流风机或者离心风机[10]。根据设计，实际烟气流量为207.485ms3/ 。考虑吸收塔、GGH、烟道的压力损失，分别为1500Pa、1000Pa、500Pa，共计3000Pa。选用轴流式静叶可调风机，其流量为250ms3/ ，额定压力为3600Pa，功率为1800KW。五、 石灰石—石膏湿法脱硫塔结垢问题石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统运行经常遇到的最严重的问题就是结垢、堵塞。这也是从20世纪30年代伦敦燃煤电厂尝试用消石灰浆进行湿法脱硫以来的历史性问题。结垢可导致脱硫塔内部构件上固体物质的堆积，同时也会造成仪表和流程控制失灵，最终导致整个系统的停运。结垢现象主要发生在以下地方：（1）湿/干界面。热烟气被冷却的吸收塔区域，气流及气体分布的波动从湿态变成干态的区域。（2）吸收塔喷淋层及喷嘴。（3）烟道入口、导流板。（4）出口烟道。（5）除雾器。（6）GGH。（7）氧化空气管道。（8）浆液管道1. 脱硫系统结垢原因脱硫塔结垢主要有两个方面的问题：（1）、工艺参数控制不当自然氧化工艺：氧化率受燃煤含硫量、烟气中O2浓度、浆液中溶解的催化金属元素影响。当燃低硫煤（含硫量低于1%）时，亚硫酸钙的氧化速率可大于80%；当燃煤含硫量低于0.5%时，氧化率趋于100%；当燃高硫煤（含硫量大于3%）的氧化率大多在15%~50%。在自然氧化工艺中，浆液中的石膏浓度相对降低，除雾器叶片极易产生石膏的过饱和，同时存在于浆液中的石膏晶种又少，结垢即很容易发生，特别是当燃烧高硫煤、脱硫剂的利用率又较低时。22石灰石—石膏湿法烟气脱硫吸收塔设计强制氧化工艺：在最小过饱和度的条件下，完成结晶反应需要足够大的储浆池容积和较高的固体悬浮物。当储浆池的容积足够大时，池内浆液中CaSO4将处于轻度过饱和状态。与CaSO3一样，洗涤液经过吸收区后，浆液中Ca2+、SO42-浓度的变化与单位体积内吸收的 SO2浓度成正比，此时若 L/G 太小，密度太低，浆液中的石膏RS可能超过临界值1.3~1.4，从而导致结垢的发生。（2）、设计问题管道流速太小：石膏浆液的腐蚀性强，沉淀快，沉淀有自密实的倾向。因此，管道设计中首先要考虑的是防止发生石膏浆液沉淀。据介绍，管径和管道的倾斜度（0°~20°）对沉积的形成影响不大，主要是