【《火电厂石灰石-石膏法烟气脱硫设计计算案例》5100字】

火电厂石灰石-石膏法烟气脱硫设计计算案例1.1反应原理1.1.1吸收剂的反应石灰石粉+水，制得脱硫浆液。1.1.2吸收反应浆液与SO2的反应为吸收反应：SO2＋CaCO3+2H2O→CaSO3·2H2O+CO2主要公式如下[11]：SO2+H2O→H2SO3→H++HSO3－H++CaCO3→Ca2++HCO3－（溶解）Ca2++HSO3－+2H2O→CaSO3·2H2O+H+(结晶)H++HCO3－→H2CO3(中和)H2CO3→CO2+H2O1.1.3氧化反应一部分HSO3－在反应池中被氧化：CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O（结晶）；一部分HSO3－在喷淋区中被氧化：CaSO3＋1/2O2→CaSO4。1.1.4其他污染物氯离子、氟离子和粉尘等污染物，被循环浆液吸收捕集，发生如下反应：SO2＋H2O→2H＋＋SO32－CaCO3+2HCl<==>CaCl2+H2O+CO2CaCO3+2HF<==>CaF2+H2O+CO21.2石灰石—石膏湿法FGD工艺流程如图3-1所示：图3-1石灰石—石膏湿法脱硫工艺流程图1.3工艺说明循环流化床脱硫处理后的烟气→引风机→吸收塔→首层喷淋层传质吸收→多层喷淋层进行脱硫洗涤→净烟气通过除雾装置除去水分→排入大气。脱硫浆液循环使用，将浆液进行曝气后脱水，脱水后的滤液返回至循环池[16][20]。1.4吸收剂制备系统工艺设计1.4.1石灰石粉消耗量的计算SO2＋CaCO3+2H2O→CaSO3·2H2O+CO264100M石灰石=(Ca/S)×Q×式中：M石灰石—消耗石灰石的量，kg/hCa/S—钙硫比，取值1.02；Q—进入塔内的烟气流量，mCSO2—SO2进入时初始浓度，mg/mηS—脱硫效率，90%；W石灰石—石灰石粉纯度，%，取值91.8%。注：石灰石粉纯度要求≥90%，其中氧化镁含量≤2％。代入设计煤种相关数据得：M1.4.2石灰石粉仓体积计算V石灰石粉仓式中：V石灰石粉仓—石灰石粉仓体积，m3M石灰石—石灰石粉消耗量，kg/h；T—石灰石粉储存时间，按BMCR工况储存5天的量；ρ石灰石—堆积密度，一般为1600kg/m3；Φ—充满系数，一般为0.9。注：石灰石粉仓锥斗锥角角度≥60°代入设计煤种相关数据得：V1.4.3石灰石浆液池计算1.4.1.1浆池有效容积V制浆池V制浆池=式中：V制浆池—浆池有效容积，m3C石灰石浆—石灰石浆液浓度，20%；ρ石灰石浆—石灰石浆液密度，取1140kg/m3代入设计煤种相关数据得：V1.4.1.2配制所需工艺水Q工艺水1流量计算配置浓度为20%的浆液计算：Q工艺水1代入设计煤种相关数据得：Q1.4.4供浆泵选型选用卧式单吸离心泵，设计2台（一用一备），扬程按20%选型，浆液消耗量按110%设计，流量用变频器调节。1.4.5石灰石粉计量螺旋给料机选型最大给料量为200%石灰石粉消耗量，并选型。1.4.6监测控制仪表石灰石制浆系统上需要安装监测及控制仪表如下：1、液位计：监测浆池内的液位，达到低液位时停泵。2、密度计：监测浆池内浆液浓度，调节给料量、工艺水量。3、料位计：监测粉仓内料位情况。4、电磁流量计：监测供浆泵输送流量，通过变频器调节工艺给水量。1.5二氧化硫吸收系统工艺设计1.5.1脱硫塔的设计计算1.5.1.1喷淋除雾区直径D1计算D1式中：Vfg—进脱硫塔的烟气流量，m3V—喷淋区气体流速,m/s,一般设定为3-1.5m/s，取1.5m/s。代入设计煤种相关数据得：D1.5.1.2喷淋除雾区高度H1喷淋除雾区总高度H1式中：n—喷淋层数量；h1—第一层喷淋层中心至进气口顶面的距离，一般为2000-2500mm；h2—每一喷淋层中心高度，取1700mm；h3—最上部喷淋层中心到除雾器第一层冲洗层中心高度，一般为2500-3000mm；h4—除雾器第一层冲洗层到最上层除雾板顶面高度，由除雾器厂家确定；h5—除雾器最上层除雾板顶面到喷淋除雾区直筒段顶端高度，一般为1500mm；h6—喷淋除雾区收口段高度，一般为1000mm；h7—脱硫塔出口烟道衔接直筒段高度，直筒段直径D3=D4+0.2m(D4脱硫出气口直径)。经计算喷淋除雾区高度H11.5.1.3循环氧化区有效容积G计算（1）由循环浆液停留时间决定，需要确定浆液循环总量：G=V式中：Vfg—进脱硫塔的烟气流量，m3液气比=单位时间内浆液喷淋量单位时间内流经吸收塔的烟气量L/m根据《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》HJ462-2009表3-1液气比、钙硫比取值表序号脱硫效率方法液气比（L/m3）钙（镁）硫比循环液PH值1≥90%石灰法＞5＜1.105.0-7.02氧化镁＞2＜1.055.0-7.03石灰石法＞8.8＜1.055.0-6.04双碱法＞2＜1.105.0-8.0液气比取10，代入设计煤种相关数据得：G=13570（（2）循环氧化区有效容积V循V循式中：T停-循环浆液停留时间，石膏颗粒晶体化和生长需要足够长的时间。一般设计为T≥2.5min,此处取4，浆液浓度维持在20-25wt%。代入设计煤种相关数据得：V（3）循环氧化区有效高度H2H2式中：D2—循环氧化区直径，比D1大2m，D2=D1代入设计煤种相关数据得：H（4）循环氧化区总高度H3H3式中：h8—循环氧化区的有效高度，循环液液面到脱硫塔进气口底面距离，一般为1000mm；h9—脱硫塔进气口底面到进气口顶面距离，一般为3000mm。图3-2脱硫塔示意图代入设计煤种相关数据得：H1.5.2浆液循环泵选型选用卧式单吸离心泵，相关计算如下。1.5.2.1单台循环泵流量G泵G泵式中：n—循环泵数量为2台。代入设计煤种相关数据得：G1.5.2.2单台循环泵扬程H泵H泵式中：H喷淋层H喷嘴代入设计煤种相关数据得：H1.5.2.3单台循环泵轴功率NeNe式中：ρ浆—石膏浆比重，含固量20%时取1130kg/m3η泵η机代入设计煤种相关数据得：N1.5.2.4单台循环泵额定轴功率P计算P=K×Ne（3-14）式中：K-泵的裕量系数，NE≤22K=1.25；22＜Ne≤55

K=1.15；

55＜NeK=1.00。代入设计煤种相关数据得：P=55.961（kW）1.5.3脱硫塔氧化区搅拌和氧化系统风机鼓入的空气，在侧入式搅拌机（如图3-3所示）的压力和剪切力作用下，分散成为细小的气泡，均布于浆液中。图3-3侧式搅拌器图3-4氧化空气管路1.5.4风机选型烟气中氧含量为6％时，1/4空气被利用，氧化率为1/2，浆池理论氧气量为：2SO2+O2→2SO3氧化空气流量QOQO式中：QO2—氧化空气量，mMSO2—SO2摩尔数，kmol/h，计算公式为MSO2=10−6×Q×CSOαSOβ代入设计煤种相关数据得：Q最终选用罗茨风机。1.5.5喷淋层的设计1.5.5.1简介采用环绕型布置，材质为钢衬塑，内部采用不锈钢材质。每层配备一台浆液循环泵。达到要求吸收率前提下，选择最经济的运行模式以节省泵的能耗[25]。使用涡口型大流量碳化硅喷嘴，塔内部环形布置，每层相对交错15°，喷淋角度90°，重叠覆盖率达到200%-300%，保证完全覆盖。1.5.5.2每层喷嘴数量n1n1式中：q—每个喷嘴流量36-80m3Q浆—每层脱硫浆液循环量，取3392.5代入设计煤种相关数据得：n11.5.5.3喷淋覆盖率α1α1=n1A式中：α1—覆盖率，%；n1—每层喷嘴数量；A0—每个喷嘴的覆盖面积，0.7-1m2，取0.8；A—脱硫塔喷淋区截面积，m2。代入设计煤种相关数据得：α1.5.5.4喷淋层进浆主管径D计算D=2×Q式中：Q浆—每层喷淋层浆液流量，m3/h；v'代入设计煤种相关数据得：D1.5.6监测控制仪表1、液位计：监测塔内液位，采用压力变送器。2、密度计：监测塔内石膏浆液浓度，将超过浓度值的浆液运送到脱水系统处理。3、PH计：监测塔内PH值，控制在5.5-6，防止结垢。4、温度计：监测进出口烟气温度。当进口温度过高时，启动紧急喷淋系统。5、压差变送器：监测脱硫塔运行阻力，超过定值时报警。1.6烟气系统工艺设计1.6.1进口烟道的设计1、为使塔入口烟气均匀干燥，防止喷出的浆液进入烟道，在烟道口上方、两侧均安装挡水板。运行时，挡水板形成水帘，使气流均匀。靠近烟道侧的喷嘴安装角度应合理调整，防止浆液喷入烟道。2、影响气体流动因素有：入口烟道与塔的几何尺寸、内部构件、托盘下部喷淋层设计。可用斜向下进气改善死滞与回流，削弱回流旋涡，延长接触时间。倾斜角度为15-20°，进口烟道流速设计为15m/s，截面为较大长宽比的长方形。如图3-5所示。图3-5烟气入口示意图1.6.2出口烟道的设计设计成轴向对称型式，流速设计为15m/s，详情如图3-6所示。图3-6烟气出口示意图1.6.3旁路烟道的设计烟道流速设计为15m/s，截面与进口烟道相同。1.7石膏脱水系统设计1.7.1石膏产量计算石膏（CaSO4·2H2O）产量G石膏SO2→CaSO4·2H2O64172G石膏式中：Q—入塔时烟气流量，m3/h；CSO2—入口SO2初始浓度，mg/mηsW石膏产生的石膏纯度≥90％，含水量≤10％。代入设计煤种相关数据得：G1.7.2石膏浆液排放泵选型石膏浆液排放泵流量Q石膏浆Q石膏浆式中：C石膏浆ρ石膏浆—石膏浆的密度，取1130kg/m3代入设计煤种相关数据得：Q选用卧式单吸离心泵，石膏在未脱水前沉积在脱硫塔底部。1.7.3石膏旋流站作为一级脱水装置，设计数量为一套，20-25wt％的石膏浆液浓缩到浓度50-55wt％，浆液流至二级真空皮带脱水，根据泵流量选择容量，每套至少1个旋流子备用。1.7.4真空皮带脱水机选型设计一台真空皮带脱水机，单位处理能力800kg/h(干态)/m2，按200%出力选型。皮带过滤面积S皮带机S皮带机代入设计煤种相关数据得：S脱水后石膏含90％固体＋10％水分，并进行冲洗，以降低氯离子浓度，回收滤液后运入石膏库房堆放。1.7.5滤液水量计算1.7.5.1滤液水量Q滤液水Q滤液水代入设计煤种相关数据得：Q1.7.5.2滤液水箱有效容积V滤液水箱V滤液水箱=1.5×代入设计煤种相关数据得：V1.7.5.3滤液水泵流量Q滤液泵Q滤液泵代入设计煤种相关数据得：Q2台泵（一用一备），滤液水一部分送至脱硫塔，一部分送至浆液池。1.8供水和排放收集系统1.8.1供水系统从电厂供水系统提供脱硫岛工艺水，工业水主要有：除雾器冲洗水、脱水机皮带冲洗水、石灰石浆液制备用水、真空泵密封水、泵和风机冷却水、所有浆液输送设备、管路、贮存箱的冲洗水，并通过泵，泵至FGD系统每个用水点。工艺水箱有效容积V工艺水箱V工艺水箱代入设计煤种相关数据得：V工艺水泵、除雾器冲洗水泵数量各一台，流量按设计流量的110%，扬程按2