9万Nm3h烟气脱硫工艺设计

前言本人毕业设计的论题为《9万Nm3/h烟气脱硫工艺设计》，目前全球性大气污染问题日益严重，所以本人设计的烟气系统旨在尽可能高效控制SO2排放浓度，旨在减轻日益严重的大气污染问题。众所周知在世界范围内，中国对煤炭的生产量和对煤炭的需求量非常大。在中国能源结构中，煤炭一骑绝尘，以75%的占有率位居榜首，然而大气中90%的SO2的排放都来自与煤炭燃烧。中国近几年对排放烟气的燃煤电厂采取收取费用的举措，但是每年SO2的排放量仍是得不到控制，因此造成的酸雨面积逐年增加，对动植物的生长和人类身体健康产生严重影响，除此之外，中国社会经济的可持续发展也深受影响。因此，对SO2浓度排放的控制已经刻不容缓。主要通过燃料脱硫、燃烧脱硫和燃烧后烟气脱硫的手段来控制因SO2排放浓度过高造成的空气污染。当前现状，烟气脱硫技术已经被研究开发的有100多种，投入燃煤电厂使用的脱硫技术有10多种。在当今世界上的工业应用中控制SO2排放浓度有显著的效果。在中国，科研学家对脱硫技术的研究都只是停留在表面层次，研究的还不够透彻，在中小型燃煤电厂试验占大多数。国外一些先进的脱硫技术和设备从20世纪80年代以来逐渐被中国引进并且投入使用。其中，湿法脱硫技术在日本普遍应用，干法脱硫技术是在欧美地方应用较广泛。我国热电厂普遍应用石灰石-石膏湿法烟气脱硫。第1章绪论1.1方案设计依据与原则《环境空气质量标准》GB3095-2012[1]；《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2011[3]；《燃煤烟气脱硫设备第一部分：燃煤烟气湿法脱硫设备》GB/T19229.1-2008[5]；1.2方案设计原则本设计采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫，可以使得烟气的脱硫效率大于等于95%；为了使脱硫装置的效果更佳理想化，且保障锅炉安全运转；采用一炉一塔设计；构建废水循环系统，设立系统废水箱循环处理锅炉废水；脱硫装置采用1炉1塔装置，应设GGH，杜绝旁路烟道和压风机；脱硫所用的吸收剂选用石灰石粉末，储存在石灰石粉仓内，储存的石灰石粉末量要大于3天的量，石灰石浆液的制备采用工艺水；经吸收塔脱硫排放烟气的温度在60℃以下；出口烟气的二氧化硫浓度符合国家标准；本着遵纪守法的原则，脱硫系统内的设备及塔内零部件及相关附属设备都应符合国家法律法规要求；1.3厂址的选择为达到烟气理想的脱硫效果，除了工艺流程的设计，脱硫装置安装的位置也是影响因素之一，要选择一个合适的电厂位置。该热电厂的位置选择位于四川省东北部广安市，嘉陵江下游。该热电厂左侧150m左右是嘉陵江，该位置地势平坦，场地宽阔。厂区的东南方向有G4高速通过，电厂铁路专用线正在建设中；除此之外，厂区附近的铁路运输也很方便。1.4厂区自然条件1.4.1地形地貌选用二级建筑标准，在黏土、填土、粉质黏土的土质结构下，选取平缓的平原地势依山伴水，远离城市人群。1.4.2气候条件年均气温16.7℃，冬暖夏凉，亚热带湿润季风气候的广安市有着年均135.69毫米和83％的相对湿度。年均95.35KPa的气压和最高41℃，最低-5.5℃的巨大温差都使得厂区能在更加全面的气象条件下完成烟气脱硫任务。1.4.3水资源厂区用水资源采用自来水，总碱度：2.20mmol/L；总碱度：3.86mmol/L：pH值：6.5。1.5车间布置布置脱硫系统时应符合下列要求：确保工艺流程合理的情况下，脱硫系统的烟道长度不宜过长；合理利用地形，节约用地；运行费用低、工程量少；有利于设备维修；符合环境保护标准、工业卫生要求；热电厂应使锅炉烟囱保持合理距离，烟囱采用混凝搭建，建议高度240m，锅炉内应设置吸收塔及GGH，可不设压风机。计划脱硫系统占地长约200m宽约100m。锅炉后水平西侧用于放置吸收塔和GGH。锅锅炉内部加装挡板密封系统，石膏脱水系统和石灰石制粉系统应分置在吸收塔的东西两区。石灰石粉制备区内无石灰石堆放场，石灰石由厂外自卸汽车运入，湿式研磨机设置在该区域最左边的第二层，研磨机一侧与工艺水连通，石灰石粉仓设置在右下侧一层，石灰石浆泵、石灰石旋流泵设置在石灰石粉仓右侧，分别接入工艺水，在个泵的北侧分别与石灰石浆液旋流器连接，在吸收塔附近设置循环浆液泵，底下设置氧化风机。在吸收塔东侧石膏脱水系统区设置石膏旋流器，与吸收塔底层相连，二楼右侧设有真空皮带脱水机，一层主要是石膏堆放间，石膏采用自卸汽车运输。废水处理系统布置在石膏堆放间北侧，设有废水旋流泵，废水旋流器与石膏旋流器连接。1.6安全防火措施1.6.1原材料防腐安全措施在严格遵循厂家提供的存储、运输、保管等要求下，原材料应遵照防腐要求分类摆放；防腐材料存放区张贴“严禁烟火”警示标志并设置2到3个灭火器存放柜；存放地点应远离明火，阴凉干燥；涂层材料放置在专用库房，按规格型号分类；移动原材料时避免碰撞，损坏包装，保证轻拿轻放；运送车里应加装泡沫垫，严禁烟火；1.6.2安全技术防火措施进入脱硫系统施工的工作人员应佩戴安全帽和棉质工作服，为防止静电产生的爆炸，工作人员不得穿带有鞋钉的鞋子；进入车间时对施工及检验人员进行登记，严禁携带打火机、火柴等易燃易爆物品进入车间；进出通道保持通畅，严禁堆放杂物；动工前确保应急供水及水压是否正常，检查仪器仪表设备运转是否正常，做好相应的防护工作以确保工作场地的安全；第2章脱硫工艺论证及设计2.1主要原料规格采用石灰石作为该脱硫工程的主要原料，石灰石需经研磨粉碎成石灰石粉末，磨细后的石灰石粉直径应小于等于20mm，90%以上的粉末应能通过250目，采购回来的石灰石规格及成分如表2.1。表2.1石灰石成分表成分含量（Wt.%）CaC98.9MgC0.57Si0.01A0.006F0.016Mn0.004H0.342.2脱硫技术比较2.2.1石灰石-石膏湿法脱硫技术吸收剂选用廉价易得的石灰石，将采购回来的石灰石经湿式研磨机研磨成粉末，再加入工艺水制成石灰石浆液，将含有二氧化硫的烟气通入吸收塔，反应生成石膏。该脱硫技术主要特点如下：技术成熟，工艺流程简单；脱硫效率在95%以上，脱硫效果显著；吸收剂价格便宜，容易得到；燃烧煤燃料产生的烟气，均可适用；易造成装置结垢，堵塞问题，且占地面积大；前期投资费用高，维护较难，生成的石膏易造成堆积；2.2.2氨法脱硫技术制备适宜的氨水浓度注入塔内作为氨脱硫技术的脱硫剂。在塔内吸收段反应得到的中间产物是(NH4)2SO3或NH4HSO3的水溶液。将压缩空气引入脱硫系统循环槽内，(NH4)2SO3与空气接触发生氧化反应，被氧化成(NH4)2SO4溶液。利用高温烟气在脱硫塔浓缩段内对(NH4)2SO4溶液加热浓缩，得到含量一定的(NH4)2SO4浆液。(NH4)2SO4产品采用水力旋流器离心分离、浓缩、干燥、包装等工艺制备，从而达到脱硫的目的，其工艺特点如下：脱硫效果显著，脱硫效率超过95%，脱硫产生的废氨利用率高；硫酸铵稳定无副反应，酸碱性适中，无二次污染且技术成熟；原料易采购，但配置氨水过程中有安全隐患；设备腐蚀问题不易处理；硫酸铵浆液不能直接利用还需进行二次加工；2.2.3氧化镁法脱硫技术近年来随着技术的发展完善，MgO脱硫技术成为了一种新型烟气脱硫工艺技术。其技术原理在于把作为脱硫剂的MgO研磨成粉，加水使其熟化从而形成Mg（OH）2溶液。在吸收塔内使烟气与配制好的Mg（OH）2溶液充分反应，生成的MgHSO3和MgSO4的混合溶液进入流化床加热和再分解。加热分解产生的MgO可以作为原材料循环利用，产生的S02气体可制成液态S02和工业硫磺，从而大大降低工业成本。工艺特点如下：脱硫效率与石灰石法相当，副反应生成物易处理再利用；工业步骤更少，较石灰石法更易完成设备保养；镁矿资源分布不均且浆液制备复杂；工艺系统复杂，对烟气要求高；2.3脱硫工艺的确定在选择脱硫工艺时，要从多个方面考虑，选择一种经济、高效、资源化，适合我国工业生产的工艺系统，主要因素包括：脱硫效果能否达到国家标准；处理效率；设备的可行性、安全性；有无二次污染；前期资金的投资；本文列举了三种工艺脱硫方法，就脱硫效果而言，旗鼓相当，都具有高效脱硫的特性，但是通过对比不难看出，氨法脱硫存在较大的危险性，氨气易燃易爆，氨水溶液的制备相对困难，氨气的存放条件也更为苛刻。氨气的腐蚀性也让氨法脱硫的原料成本急剧上升，较Mg0法脱硫和石灰石法脱硫在工业成本上有一定差距。MgO法脱硫在安全性上有了显著优势，但国内Mg矿分布有限，其浆液在三种方法中制备难度最大，工艺要求也更高，反应时对锅炉燃料要求也有较大局限性，其原料Mg矿石也成为制约的一大地理性障碍。较之石灰石法的原料成本及工业生产设备成本有明显劣势。石灰石法脱硫其原料广泛且便于获取，原料成本为三种方法最低，便于存放，安全稳定，运输便捷，对锅炉燃料没有要求。考虑对环境、人员安全、设备安全、经济效益及工业成本的综合考虑，石灰石法脱硫的综合表现和实用性都高于MgO法脱硫和氨法脱硫，本文决定采用石灰石法脱硫作为工业生产设计的唯一方法。2.4石灰石-石膏法脱硫工艺介绍2.4.1反应原理石灰石粉末与工艺水混合制备成石灰石浆液与原烟气在吸收塔内充分接触反应，烟气中S02和CaCO3在鼓风机不断鼓入空气的作用下，不断反应生成CaSO4·2H2O，经过脱硫后的烟气在排入大气之前经除雾器去除烟气中的雾滴，再经过GGH将烟气加热到国家允许排放的烟气温度。吸收塔内的主要化学反应如下；吸收反应将SO2通入石灰石浆液中，SO2溶于水与水中的OH-离子水合。SSH2H中和反应CaCCaC氧化反应H石膏的生成SCaCa2.4.2工艺流程石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统由5个部分组成，包括烟气系统、吸收空气氧化、石膏脱水系统、废水处理系统和排水系统。烟气脱硫的整个流程如下：图2.1工艺流程图烟气系统烟气在锅炉、吸收塔、烟囱之间流动，组成的系统叫做烟气系统。烟气系统主要包括烟道、增压风机、挡板门、密封风机、GGH等。烟气从锅炉的主烟道经电除尘、GGH降温，然后经入口挡板依次进入吸收塔、除雾器、GGH降温，最后通过烟囱排入大气。增压风机增压风机和引风机是中国新兴的燃煤电厂广泛结合运用的主要设备，本烟气脱硫装置不设增压风机。烟道锅炉与吸收塔连接、烟气进入的通道。烟气经GGH降温进入系统后，烟气内的含水量会增加，随着烟气在烟道内流动，烟道会不断被腐蚀。挡门板在烟气系统中承载着重要的连接功能，常用于连接锅炉系统和FGD系统等设备，在烟气系统中承担着不可或缺的重要作用。当烟囱被两个机组同时应用时，烟气挡板的设置有利于对机组设备的检查与维修。本设计设置一个烟囱与一台机组使用，因此本脱硫装置不在重新设置烟气挡板。烟囱潮湿的烟气对烟囱内壁造成腐蚀现象。本文采用耐腐蚀的钛合金作为烟囱内壁的防腐材料。GGH烟气脱硫后存在残留的SO2、SO3以及水分等部分酸性物质，容易造成环境污染，形成酸雾，因此在该系统设置一台GGH，对脱硫后的烟气加热到85℃以上。本设计工程不设置旁路挡板。吸收氧化系统吸收氧化系统是整个脱硫装置的核心部分，在吸收塔内对SO2和SO3等有害气体进行吸收，主要包括吸收塔、吸收塔浆液循环泵及喷淋层、石膏浆液排出泵、氧化风机等部分，以及辅助放空设施。吸收塔喷淋塔、填料塔、鼓泡塔、液柱塔是工业上常见的几种类型。本设计选用的类型是喷淋式吸收塔，包括浆液池、洗涤区和气体区三个部分。吸收塔浆液池一般是设置在吸收塔底部的区域。为不影响烟气脱硫的效率和浆池内发生石灰石沉积，在浆液池内壁浆液搅拌器。设立洗涤区，将吸收塔内储浆罐内浆液送至上方液位喷出，形成喷淋区，让烟气在喷淋区与石灰石浆液充分接触，从而更有效的吸收烟气中的SO2和SO3；吸收塔出口处需设置除雾器，去除烟气中的水分，避免潮湿烟气对设备的腐蚀和锈化。浆液循环泵和喷淋层为保证烟气与浆液充分接触，每个浆液循环泵搭配一个喷淋层，从而加快对烟气的脱硫速度和脱硫效率，循环泵可以保证浆液的利用率，让浆液反应更加充分，也保证了析出的石膏浓度。石膏浆液泵将反应生成的石膏浆液送至下级系统进行脱水，烘干等处理，制成工业石膏。氧化风机常装在反应池的上半部，自上而下鼓入空气，保证反应中氧气的供给，一般采用罗茨风机。反应时为了避免浆液沉积，结垢，风机喷嘴下方常配有搅拌器，氧化生成的CaSO4在风机的鼓吹下也更易结晶成CaSO4·2H20（石膏）。据统计，浆池pH值在5.0-5.5时，脱硫效率最佳。浆液制备系统浆液的制备主要由研磨，制粉、分重、搅拌、储液、输送等几部分组成。首先将原材料的石灰石碎成小块，称重后送入研磨机，本文选用湿式研磨机。制成的石灰石浆液送入浆液箱，通过浆液循环泵送入吸收塔。分离的大块石灰石原料可以重新称重送入研磨机。石膏脱水系统主要分为脱水、石膏的输送、废水的回收和处理。脱水机上铺好滤布，抽气泵带走石膏浆液中的水分，滤布上留下的石膏经过干燥后通过传送带送至储存室存放，脱出的废水的上清液送至废水箱做后续的废水处理，下层浆液可进行回收进行二次脱水处理。排放系统考虑到本文设计的系统较为简单，在没有烟道旁路的情况下，锅炉的初次点火，设备未完全运转时，电除尘系统不能完全处理烟气中的粉尘以及部分未完全燃烧燃料，浆液池的浆液中会溶入大量杂质，初期的浆液无法达到正常的脱硫效果，浆液也无法进行二次利用，应设立废水池存放废液。其次应设立事故浆池，用于系统检测和维护的特殊浆液排放池。然后是设立正常的排水池，用于系统设备正常运转时，储存常规废水。条件允许的情况下可以加设2到3个区域浆池，用于储存不同程度的二次浆液，便于浆液的二次利用和石膏的二次脱水及其他工业处理。2.5经济技术分析2.5.1项目投资估算该脱硫项目经过预算后，投资经济成本和总投资额见表2.2。表2.2热电厂的脱硫工程总投资估算项目名称金额/万元单位投资元/kw脱硫装置系统16420250废水处理系统2003.1仪器设备、材料费用180026.7贷款利息180030其他费用290045初始生产流动资金90.2建设项目总资金231293552.5.2项目的静态投资该项目脱硫总的投资金额过经表2.2核算后，脱硫项目的静态投资金额可以根据下列等式计算：静态投资金额=2.5.3项目动态投资将总投资金额的初始生产流动资金排除不计，就可以对动态金额进行核算，则动态投资金额=2.5.4贷款利息核算本设计工程的建设期为3年，其中脱硫项目80%的投资金额来自融资，从2020年开始，投资该项目，则每年所需要的投资金额和利息可通过表2.3计算得到。表2.3贷款利息计算表投资项目2020年2021年2022年合计投资比例30%50%20%100%静态投资141023509404700动态投资693611560462423120自有资金105617607043520融资46267710308415420利息146.9244.898489.72020年开始投资，每年的利息率为6.2%，按每个季度的利息计算。则实际利息率=1+0.062442021年的贷款利息=7710×2022年的贷款利息=3084×2.6项目经济评价2.6.1销售收入核算投产项目后，产生效益经济开始在2022，前面产生负荷算50%计在2020年，每年的产生负荷算100%计2020年之后，则该项目每年的收入见表2.4。表2.4项目销售收入估算表项目年份345678910生产负荷/%50%100%100%100%100%100%100%100%数量/元/MWh145290290290290290290290单价/万/MWh1919191919191919销售收入/万元275555105510551055105510551055102.6.2项目成本核算对该项目的成本从投产后的第3年至第10年开始核算，核算的项目成本见表2.5。表2.5项目成本核算项目年份345678910生产负荷50100100100100100100100脱硫生产成本232746544464电费9821964196419641964196419641964水费4080808080808080石灰石耗费65130130130130130130130工资及福利费80160160160160160160160修理费210420420420420420420420折旧费6501300130013001300130013001300推销费190190190190190其他费用110220220220220220220220财务费用118110939998997936801.61.6资金贷款利息1.61.6长期贷款利息11801091997898792679总成本费用3508574756535553544751444465.64465.6可变成本11002200220022002200220022002200固定成本23454690469046904690469046904690经营成本165433083308330833083308330833082.6.3项目收益通过核算以项目上的资金本钱的现金使用情况，项目脱硫的流量见表2.6。表2.6项目现金流量表项目年份12345678910现金流入27555510551055105510551055105510产品销售收入27555510551055105510551055105510现金流出1410235054303723372337293851389139393977固定资产投资141023503533流动资金36经营成本18293658365836583658365836583658销售税金及附加3264646464646464所得税0007128168210255第3章物料衡算3.1设计参数的确定3.1.1脱硫设计参数表3.1设计参数物质类别设计参数烟气流量90000Nm3/h原烟气温度160℃脱硫塔出口温度60℃烟气排放温度≥85℃标准状态下烟气密度1.34kg/m3脱硫效率95%SO2排放标准≤100mg/Nm33.1.2SO2浓度占有原烟气含量任务的设计SO2要求标准排放是100mg/Nm3以下，95%效率来脱硫，SO2浓度在烟气中比重：η=CSO23.2物料平衡在脱硫系统总合根据质量守恒定律，消耗量的原材料等于产物的成品数量加自然耗损。系统物料平衡计算应满足其基本平衡公式，及输入量-输出量=积累量+消耗量-生成量。通过物料平衡计算，便于更好的了解烟气脱硫系统中的工艺流程的实践效果。可以有效的把控原料与产物间损失的情况。物料平衡的计算也是脱硫系统设计的重要理论数据，通过物料平衡的计算，可以更加清楚的了解原料产量消耗生成的具体比例，也更直观的了解到系统中的热平衡转移。下面图3.1为系统脱硫物料平衡总图。图3.1脱硫系统总物料平衡图3.3系统中水平衡什么是水平衡呢？即吸收塔里出去的水量跟进去的水量是相等的。吸收塔进入水包括烟气中原来跟空气氧化就有的水蒸汽、循环浆液水量和冲洗除雾器水;出水量有吸收塔带走烟气水、表面的石膏水、石膏结晶水和废水。图3.2是水平衡计算原理图。图3.2水平衡计算原理图则根据图3.2可列下列等式：M1+Ma+3.3.1塔进口原烟气所带水蒸汽含量M1M1=V1×dd1可由方程：lnpw=9.3876−得pdV1=90000m3/ℎ=90000×1.34=120600kg/ℎ查阅水蒸汽密度表得ρ1=M3.3.2氧化空气所带水蒸汽含量Ma就经验来说，6%以上的烟气含量时，吸收塔内能达成50%-60%的氧化率在喷淋区域。，在浆池中采用氧枪式氧化分布技术能达到25-30%空气氧化利用率，根据化学反应方程式推导，1molSO2会消耗0.5molO2,则浆池内需要的理论空气量为：S=CSO2×VS而实际氧化空气的利用率为25%-30%，实际所需的氧化空气量:VMa×∆ℎ=V1其中，∆ℎ可由等式∆ℎ=ℎs−ℎ计算得到，式（3-6）中：ℎsℎℎwℎ∆ℎ=2624.4974−47.9407=2576.6kJ/kgT1=433.15K,T2=333.15K,MMb主要是将石灰石加工成质量分数为15%-30%的浆液时用的水，通常为整个FGD系统用水量的25%-30Mc安装在吸收塔顶部，主要是去除脱硫反应后的液态水和烟雾，冲洗水约占58%-68%在FGD3.3.3塔出口烟气中的水（气，液）M2M2=V2×d查阅水蒸汽密度表得ρ2=0.36V2=3600×A×VgV2=3600×2.5×12=108000m33.3.4石膏表面水MdMd=St×脱水石膏量即为CaSOCaSO4∙2CaSO4∙脱硫塔二氧化硫流量：2090×二氧化硫脱除量：2090干脱硫产物中的CaSO4∙2H2O与CaSO4·2H2O生成量SSg取90%，则3.3.5石膏结晶水MeMe=36×CSO由前面计可知CSM3.3.6废水Mf废水中Cl-浓度是影响烟气脱硫效率的重要因素，因此，为降低石灰石浆液中Cl-和F-浓度，需要对系统产生的废水进行处理。脱硫系统产生的废水量可以根据Cl-浓度来计算,脱硫过程中Cl-的物料平衡图如图3.3。图3.3Cl-物料平衡图废水量可由下列等式计算：Qp×ρp+Qp，ρp，Qm，ρm从脱硫工艺查阅的资料得到，在吸收塔中烟气和石膏在出口的Cl-浓度和质量认为是零，则式（3-10）变为：Qp×ρp+Qm×ρm=Q3.4水平衡固平衡可用图3.4表示图3.4固平衡3.4.1石灰石消耗量WLWL=nSO该脱硫系统所需的石灰石纯度为92%，其中n则nSW3.4.2浆液流量VLVL=α×V1影响湿法烟气脱硫工艺脱硫效率的关键是液气比的取值，根据经验，液气比在8L/m3-25L/m3范围内是最适合的。本设计取18L/m3，则V3.4.3石膏浆液排出量WdWd=172.17×V1Ss本设计取17%，则由前面计算可知脱水石膏量S表3.2物料衡算表主要参数进料量kg/h出料量kg/h烟气120600144720塔进口原烟气所带水蒸汽293.99氧化空气所带水蒸汽4624塔出口烟气所带水3174.2浆液循环水17600除雾器冲洗水18460石膏表面水957.678石膏结晶水96.2废水372.9石灰石消耗量299.13石膏浆液排出量2706脱水石膏量9576.78合计161877.12161603.758第4章能量衡算4.1吸收塔热平衡能量衡算的基本依据是能量守恒定律，在脱硫系统中，主要对GGH和吸收塔进行热平衡的衡算。在对吸收塔进行热量衡算之前，先做出以下假设：吸收塔内的气体在一个绝热反应过程中传质传热；忽略进出口的烟气动能；吸收塔能完全传热且速率相等；根据计算原理：进塔热量=出塔热量，热平衡情况在可吸收塔里面见图4.1图4.1吸收塔热平衡对于吸收塔而言，为便于计算，占总热量微量的石灰石磨机研磨热量和热量被废水带走，可以忽略，因此，在计算过程中不包含在内。热量衡算方程式：Q1+Q2+Q34.1.1Q1的计算Q1可按下列等式计算：Q=Mi×Ci×物料进入设备的温度为160℃，热量衡算的基准为160℃，所以∆T=0，所以Q4.1.2Q4的计算查得各物项平均比热容如表4.1表4.1各物相平均比热容组分SO2水空气比热容0.694.181.3则Q4.1.3Q3的计算Q3S∆∆∆∆∆∆Q4.1.4Q5的计算该反应中的热损失按5%计算，则Q4.1.5Q2的计算Q表4.2能量衡算表（吸收热量为“+”，放出热量为“-”）名称热量KJ/molQ0Q15386.41Q340.62Q-15710Q-17.031第5章设备选型及计算5.1吸收塔本体外形尺寸5.1.1烟道计算烟道内的烟气流速不宜超过15m/s，本设计取10m/s，则烟道的横截面积为A=900003600×10=吸收塔直径吸收塔直径由下列公式计算：V1=A×μ=π12D×μ烟气流动速度的大小会影响吸收塔直径，速度越快，直径越小，所需要的建造耗材量就更少。但是烟气流速也不宜过大，会增加塔内压力，一般烟气流速控制在2.5-5m/s范围内。本设计取3.6m/s。则D=由上式计算得D=4.4m,取整4.5m,因此，本次设计的吸收塔直径为4.5m。5.1.3吸收区高度ℎ1吸收区高度在工程设计中是指中心线到中心线的距离，即烟气入口烟道到最上层喷淋层。就经验来说，入口烟道顶到底层喷淋层的距离最宜选取1.8m。3层为本设计喷淋层数，根据国外离心式喷雾喷头经验按1.7米设计，则ℎ5.1.4浆池高度ℎ2浆液池体积可按下列等式计算：Vi=LG×V1液气比LG=18L/m3V浆池高度可按下式计算：ℎ2ℎ5.1.5烟气进出口高度ℎ3烟气一般是水平进入吸收塔，水平引出。可根据烟气进出口气流速度定进出口截面积Ai,AiA进出口宽度设计为塔径80%，则进出口宽度Di=0.8×5=4m,截面积圆整后取2ℎ圆整取进出口高度ℎ5.1.6烟气进口底部到浆液面高度ℎ4考虑到浆液鼓进空气并氧化和防止凝固时液面有所上升;烟气入口温度高，浆液的温度变低会对底部进口管有关于降温方面的影响;并且，需接进料管在此区间:普遍高度定位在800~1200mm之间。本设计综合考量后选定这个高度ℎ45.1.7除雾区高度ℎ5一级除雾器的底部到顶层喷淋层高正常情况为1.52-2.0m,本设计选取2m，取2.5m定为两层除雾器间距,出口烟道底面到二级除雾器高度选取1m，则ℎ5.1.8吸收塔总高度H根据上述数据计算计算可得吸收塔总高度H=ℎ5.2吸收塔内件选型设计除雾器、喷淋层、喷嘴、搅拌器及氧化空气管是吸收塔内不可缺少的零件。塔内零件的性能和材料都是影响烟气脱硫效率的重要因素，由于本设计没有设置旁路,所以在选择时都应该多比较、高要求。5.2.1除雾器脱硫后的烟气经除雾器处理后，烟气中水分的含量相对减少，除雾器出口的水分携带量在75mg/Nm3以下，能够防止塔内件腐蚀以保护烟囱能更好的正常运转。V型除雾器常用的是平板式和屋脊式。屋脊式除雾器的除雾面积相比平板式的大，烟气流速和脱硫效率较高，因此本设计采用Munters公司设计的DV210屋脊式除雾器。在吸收塔顶部设置了2级除雾器，分上下两层。烟气中存在的直径较大的液滴经过粗除雾器去除，这是第1级除雾器；粗除雾器难以去除的液滴直径较小，烟气经细除雾器处理去除，这是第2级除雾器。本设计没有设置旁路，为避免浆液在2级除雾器上沉积引起堵塞，在2级除雾器后端还需设置冲水系统。冲洗水管选用FRPP材料，可以在80℃下安全运行，冲洗水喷嘴连接实心喷嘴。除此之外，还应在冲洗水入口管道上安装压力调节阀，避免因压力太高或太低影响冲洗效果。冲洗水入口压力恒定在0.2MPa。5.2.2喷淋层喷淋层层数的设置也是影响脱硫的关键因素，根据本工程的设计，塔内3层喷淋层足以满足烟气脱硫的需求，每层喷淋层都与一台循环浆液泵连接。喷淋层由数根喷淋主管拼接而成，主管和支管之间用法兰连接，主管采用等径钢管，气管径大，壁厚，起到支撑梁的作用；支管选用FRP材质，外部有3mm厚的耐腐蚀层，内表也有3mm厚的耐腐蚀层不设支撑梁。5.2.3喷嘴为使烟气与浆液在吸收塔内充分接触，喷淋层支管上布置足够数量的喷嘴，通过直接粘接方式固定在喷淋层主管上，喷嘴的性能对烟气的脱硫效率有重大影响。因此，在选用喷嘴要多方面考虑喷嘴的材质及性能。单向实心锥喷嘴、双向偏心空心锥喷嘴、双侧对称空心喷嘴在工业上常见的3种类型的喷嘴；喷嘴采用的材料有RBSC和SNBCS，RBSC能有效抵抗浆液的磨损及腐蚀。SNBCS主要用于制造实心锥类型喷嘴。由于吸收塔内空间分布不均匀，需处理的烟气量较大，只使用一种类型喷嘴，浆液喷出来的雾化效果不理想，在死角区域不能与烟气充分接触，从而影响烟气的脱硫效率。所以，本工程混合使用3种类型的喷嘴，第1、2层喷淋层的中心区域空间较大，选择喷淋角度为120。的双向偏心空心锥喷嘴，烟气能与浆液充分接触反应，喷嘴最大流量控制在1000L/min,压损为0.07MPa；第3层喷淋层比较靠近除雾区，喷淋角度也相对减少，因此，选择喷淋角度为双侧110。的对称空心喷嘴安装在中心区域，喷嘴流量范围在500L/min以上，压损为0.07MPa；3层喷淋层靠近塔壁区域的空间狭小，需要喷淋的范围相比中心区域的减少很多，采用喷淋角度大的喷嘴不够经济划算，除此之外，为避免发生结垢堵塞现象，在该区域选用单向实心锥喷嘴。5.2.4搅拌器为保证氧化空气与亚硫酸盐充分接触反应，避免浆液池中的浆液发生沉淀结垢现象，根据浆池容积和介质参数，为防止浆液发生沉淀，设置3台搅拌器在吸收塔底部浆池液中。搅拌器所处的区域较为恶劣，其叶轮和轴选用耐磨、耐腐蚀的1.4529合金钢材料。本设计选用螺旋桨式搅拌器，转速150r/min,螺旋桨叶轮直径0.5m，电机功率12kw。5.2.5氧化空气管在烟气脱硫过程中，为使CaSO3氧化为CaSO4，使石膏充分结晶，为保证系统的正常运转，需要向吸收塔浆池鼓入空气，一般在搅拌器桨叶前方设置氧化空气管。氧化空气母管式和喷枪式是最常见的2种氧化方式。氧化空气母管的应用范围是大型及特大型的吸收塔的烟气吸收，成本较高。本设计的吸收塔直径为4.5m,属于中小型的吸收塔，因此布置1根氧化空气喷枪在搅拌器桨叶的前方，氧化空气被喷枪鼓入到搅拌器附近。DN200氧化空气母管的材料由FRP材料制成,小孔的直径为20mm，母管底部的左右两侧分别分布有小孔；主管的直径为300mm。氧化空气的流速设计为40m/s，本设计在塔内设计3根氧化空气管。5.3石灰石粉仓计算5.3.1石灰石粉仓容积VB石灰石消耗量WL=299.13kg/ℎ=0.29913t/ℎ5.3.2石灰石粉仓高度HB将石灰石粉仓设计成圆柱体，圆柱体的直径为2.5m，则截面积为S则石灰石粉仓的高度HB=V5.4石膏处置系统脱硫工艺在运转过程中，石灰石浆液被吸收塔烟气的SO2吸收固定成为石膏，石膏的增多致使浆液中的固体累积，为了保证设备的能稳定运行，就需要让浆液密度处于安全限度内，应设置2台石膏浆液泵，一台作为应急处理备用，将浆液固体含量到达限度的的浆液排出吸收塔经排出泵排入旋流站进行一级脱水，在重力作用下，直径较小的颗粒被送进滤液废水箱，脱水后的固体再次被输送至真空皮带过滤机进行二次脱水，真空泵的作用使水分被吸出来，得到的石膏不含水分，留在滤布上，经皮带送至仓库，废水被输送到废水箱后续处理。5.5废水排放系统工艺水在脱硫装置中反复循环使用，长期运行后，原烟气代入的HCl和飞灰会大量富集，加速设备的腐蚀，对烟气的去除产生负面影响。因此，为了降低脱硫系统浆液中氯离子的浓度，有必要定期定量排放脱硫废水。废水箱主要是存放脱硫过程中脱水石膏产生的废水，该火电厂的废水处理系统将水力旋流器溢流排出的废水依次经过4种加药系统处理废水系统、出水系统、污泥脱水系统处理达到可允许排放的废水标准之后再将废水排放。5.6再循环系统的设计烟气脱硫过程中如果循环泵突然损坏，将会影响脱硫效率，因此多增设一台循环泵备用，每一层喷淋层都要对应一台浆液循环泵，循环浆液泵将石灰石浆液送至喷嘴。循环浆液泵选用离心泵，每台泵的流量：7000m35.7吸收塔防腐设计含硫烟气在吸收塔完成脱硫要使用多种化学品，此类化学品容易对塔内部件造成腐蚀，浆池中设置的搅拌器因长时间的使用会对内壁造成一定的损害和腐蚀，因此要选择使用防腐材料在吸收塔本体设计上。镍基合金是一种常见的防腐材料，但是价格较高，考虑到该脱硫项目投入的资金有限，此类材料不考虑在内；玻璃鳞片和橡胶的价格都比较合理，防腐设计上经常适用这两种材料，且机械强度都很好，但是烟气在塔内的温度跟进出口温度相差大，玻璃鳞片不适用，本设计选用橡胶内衬材料，浆液饿搅拌器区域对内衬的磨损较严重，采用双层内衬，其他部位均适用单层内衬。烟气进出口烟道区域采用C−276合金。5.8设备一览表表5.1设备一览表名称型号规格备注吸收塔逆流喷淋空塔；D=4.4m,H=17.5mGGH32375KW,直径15m1台石灰石浆液泵ZQB型轴流潜水泵流量：40000m3/h搅拌器螺旋桨式,转速：150r/min,螺旋桨叶轮直径0.5m，电机功率12kw循环浆液泵FWPF800-923离心泵流量：10000m3/h石膏浆液泵Y2250-4离心泵流量320m3/h氧化风机T6D250C罗茨风机流量4200m3/h除雾器DV210屋脊式上下粗细两级喷嘴双向偏心空心锥喷嘴；对称空心喷嘴流量：60m3/h；40m3/h工艺水箱长：3m,宽：3m，高：4m2座氧化空气管DN200流速：40m/s喷淋层FRP材质3层石灰石粉仓D=2.5m，H=4.5m1座石灰石浆液箱D=2.5m，H=3m1座事故浆液池D=5m,H=18m1座结论SO2造成的空气污染近几年在我国已经严重危害整个生态系统，并且制约着我国社会经济的发展，是造成环境污染的重要影响因素。国内外专家开始研究烟气脱硫技术。控制SO2排放的主要手段是烟气脱硫技术，我国已经有较为成熟的脱硫技术广泛应用于热电厂。本文对三种方法常见的脱硫技术从安全、环保进行分析论证，选用石灰石-石膏湿法脱硫技术。本设计通过石灰石-石膏湿法脱硫技术设计完整的工艺流程对90000Nm3/h烟气进行脱硫处理。本文的热电厂厂址选择在四川的江油市，该地址的自然条件、交通运输、地形地貌都很优越，通过厂址的确定，本设计严格遵循方案设计依据及设计原则对脱硫车间内的脱硫设备和仪器进行合理布置，同时在车间内设置灭火器，安全防火标志和安全防火措施。本文在重点阐述石灰石-石膏湿法脱硫技术的反应原理及工艺流程图之后，根据所给的基本设计参数，对整个烟气系统进行物料衡算和热量确定石灰石粉末的用量、工艺水用量、石膏产物及废水的排放量、浆液制备量以及脱硫过程热量的吸收与消耗。根据对系统物料衡算所得出的数据计算吸收塔本体外形的尺寸及其他附属设备的计算。进入吸收塔内的原烟气含有SO2、塔内pH值的变化、脱硫所用的化学产品都会对设备和吸收塔内件会有腐蚀现象，因此，本文通过对脱硫过程的分析，对吸收塔内件还有吸收塔外体选择防腐材料。脱硫产物生成的石膏不能直接堆放使用，废水也不能直接排放，本设计对石膏产物进行脱水处理，得到干燥石膏，对废水设置专用的废水排放系统。通过本文的设计计算，所选的设备参数都是切实可行的，但还是存在一些问题需要进一步优化：脱硫设备的计算不够精确；烟道阻力和压力考虑不够全面；降低防腐材料的成本；浆液pH值的控制；根据前期投入的资金，要对脱硫设备的外形尺寸计算得更精确一点，选用塔内部零件和部分防腐设备时尽可能使用国产的以降低制作成本。参考文献[1]郑毓涵.燃煤电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术概述[J].化学工程与装备,2015(01):179-181.[2]蔡银科,方朝军,王武忠,姜志红.火电厂烟气湿法脱硫工艺选择的比较性分析[J].环境工程,2014,S1:583-585.[3]张娟,艾华.我国火电厂烟气脱硫工艺现状及发展综述[J].资源节约与环保,2016,04:22+27.[4]夏桂芳.石灰石/石膏法锅炉烟气脱硫技术常见问题分析[J].能源与环境,2017(8):87-88.[5]李玉然,闫晓淼,叶猛,等.钢铁烧结烟气脱硫工艺运行现状概述及评价环境工程,2014,32(11):82-87.[6]靳晓悦,刘雅举.湿法烟气脱硫技术综述[J].当代化工研究,2017(6):5-6.[7]许艳玲,杨金田,蒋春来.我国钢铁行业二氧化硫总量减排对策研究[J].环境与可持续发展,2013(2):30-34．[8]安勇.火电厂烟气脱硫脱硝技术应用与节能环保[J].科技经济导刊,2019,27(13):113.[9]郭军,江松,魏强.石灰石-石膏湿法烟气脱硫物料平衡模型研究[J].环境科学与技术,2014,37(6N):475-463.[10]李紫薇.湿法烟气脱硫石灰石石膏法脱硫技术[J].化工管理,2016(15):123.[11]李波.火力发电厂中的石灰石-石膏湿法烟气脱硫方法分析[J].科技风,2018(18):179.[12]张锐.石灰石-石膏湿法烟气脱硫脱水系统运行优化[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2019(07):146-147.[13]王雅丽.石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水处理工艺进展[J].中国战略新兴产业,2018(28):4-5.[14]吕新锋.石灰石-石膏湿法烟气脱硫设施常见故障及影响脱硫效率因素分析[J].电力科技与环保,2018,34(02):27-29.[15]沈娟娟,赵养洲.湿法烟气脱硫系统设备治理和运行优化[J].城市建设理论研究(电子版),2017(17):184.[16]华淞.石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术探究[J].科技创新与应用,2016(31):153.[17]张斌.石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的腐蚀及防腐材料的选择[J].科技与企业,2015(08):255-256.[18]杨钟.锅炉改造中FGD工艺的选择与应用[J].科技创新与应用,2014(33):48-49.[19]李静.烧结机FGD烟气脱硫工艺耗水量计算[J].科技信息,2014(05):204+226.[20]袁彬.燃煤电厂脱硫工艺及工艺选择要素探讨[J].科技展望,2014(16):198-199.[21]聂鹏飞,马磊,张鹏.600MW机组脱硫系统运行优化[J].华电技术,2011,33(09):72-76+98.[22]阎冬.石灰石-石膏湿法烟气脱硫运行优化研究[J].中国环保产业,2011(08):38-42.[23]汪江,潘玲琪.石灰石-石膏烟气脱硫在600MW国产燃煤机组的应用[J].电力与电工,2010,30(03):49-51.[24]吴冲,陶爱平.火电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水排放量的计算[J].华电技术,2010,32(09):5-6+9+83.[25]钟珊霞,章育铭,沈煜辉.影响石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统水平衡的设计因素[J].华电技术,2010,32(02):14-15+21+81.[26]ZhuJ,YeS,BaiJ,etal.Aconcisealgorithmforcalculatingabsorptionheightinspraytowerforwetlimestone–gypsumfluegasdesulfurization[J].FuelProcessingTechnology,2015,129:15-23.[27]WuH,PanD,HuangR,etal.Abatementoffinep