《矿山环境与生态工程》课件-4.3燃煤锅炉烟气石灰石石灰法工艺脱硫

矿山环境与生态工程第四章燃煤电厂烟气污染控制第一节：燃煤电厂烟气污染控制方法第二节：燃煤电厂烟气除尘设备选择及设计第三节：燃煤锅炉烟气石灰石/石灰法工艺脱硫第四节：燃煤锅炉烟气脱硝工艺第五节：燃煤电厂烟气超低排放与减污减碳协同第四章燃煤电厂烟气污染控制第一节：燃煤电厂烟气污染控制方法第二节：燃煤电厂烟气除尘设备选择及设计第三节：燃煤锅炉烟气石灰石/石灰法工艺脱硫第四节：燃煤锅炉烟气脱硝工艺第五节：燃煤电厂烟气超低排放与减污减碳协同4石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术1石灰石/石灰湿法脱硫化学原理一、石灰石/石灰法湿法脱硫工艺流程5石灰石制备系统吸收氧化系统烟气系统石膏脱水系统2石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术工艺流程多采用逆流方式布置烟气流速约为3m/s液气比8～25L/m31吸收塔二、石灰石/石灰法湿法脱硫主要设备72除雾器采用折流板除雾器，两板之间的距离为20-30m烟气除雾后含雾量低于75mg/m3(标况、干态)8石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术3氧化槽氧化槽的功能是接收和储存石灰石，溶解石灰石，鼓风氧化CaSO3，结晶生成石膏在塔底的浆池内，利用大容积浆池完成石膏的结晶过程，就地氧化，设置侧进式搅拌机氧化空气采用罗茨鼓风机鼓入，压力为5-86kPa，一般氧化1molSO2需要1molO2循环的石灰石在氧化槽内设计停留时间一般为4-8min9石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术4喷淋层和雾化喷嘴吸收塔内设3~6个喷淋层，每个喷琳层装多个雾化喷嘴，交叉布置，覆盖率达200~300％105烟气再热系统116石膏脱水系统12石膏旋流器真空脱水机13双碱法烟气脱硫技术（1）脱硫过程Na2CO3＋SO2→Na2SO3＋CO2↑2NaOH＋SO2→Na2SO3＋H2ONa2SO3＋SO2＋H2O→2NaHSO3（2）再生过程（用石灰乳）2NaHSO3＋Ca（OH）2→Na2SO3＋CaSO3Na2SO3＋Ca（OH）2→2NaOH＋CaSO314氧化镁湿法烟气脱硫技术15喷雾干燥法烟气脱硫技术16纯度80-90%的CaO120-160℃<100um的雾滴CaSO3/CaSO4/CaO/飞灰进一步脱除SO260-80℃再循环最终产物CaO<5%清洁烟气喷雾干燥室：为烟气与雾滴提供足够的接触时间，并充分干燥吸收液雾滴形成的固体颗粒，一般烟气停留时间为10~12秒气流分布装置：须使烟气与雾化的液滴充分混合，以有助于烟气与液滴间热量和质量传递雾化器：旋转雾化器、双流体喷嘴17Ca2+SO2Ca2+CaSO3/CaSO4CaOCaOCaSO3/CaSO4SO2被雾化的Ca(OH)2浆液吸收，温度较高的烟气干燥液滴形成干固体废物物料平衡计算：烟气平衡脱硫剂（脱硫产物）平衡水平衡1石灰石/石灰湿法脱硫工艺设计内容三、石灰石/石灰法湿法脱硫工艺设计钙硫比脱硫效率液气比石膏品质石灰品质2石灰石/石灰湿法脱硫工艺关键设计参数三、石灰石/石灰法湿法脱硫工艺设计脱硫剂的选取脱硫剂矿源品位脱硫剂的物理化学特性：真实密度、堆积密度、粒径分布、空隙率、分形、比表面积、活性、吸硫特性影响脱硫剂吸硫特性的因素：水份、温度、浓度、脱硫剂物理特性关键控制回路烟气量、烟气中二氧化硫浓度及钙硫比控制进浆量pH值调节脱硫反应塔上升速度停留时间液气比pH值循环浆液浓度液柱高度脱硫能力搅拌防腐蚀防堵塞氧化曝气装置循环氧化槽的容量氧化空气的停留时间氧化空气的过量系数氧化空气的压力、温度循环浆液的pH值CaSO3的结晶与CaSO4结晶氧化曝气装置的防堵塞氧化曝气装置的防腐蚀浆液喷射装置浆液流量的调节喷嘴的特殊结构浆液管道的防腐蚀浆液管道的防堵、防垢3石灰石/石灰湿法脱硫工艺设计计算三、石灰石/石灰法湿法脱硫工艺设计烟气平衡燃煤/烟气组份及烟气计算输入数据机组容量 300[MWel]燃煤热值(Hu) 20600[kJ/kg]全厂效率 41.3[%]含硫量 0.79[%]

假定:1[kg]煤 →8,5[Nm³(湿)]烟气含水量 →7.2[%]燃烧计算烟气密度假定烟气密度→1.35[kg/Nm³]质量流量化学过程SO2

去除率 →95[%]S在煤炭中的占比→0.79[%]煤 →127[t/h]S+O2=SO2相对原子质量:

S=32[g/mol] O=16[g/mol] Ca=40[g/mol] C=12[g/mol] H=1[g/mol]

SO2

产量&去除SO2含量进气口数值

假定干烟气中的气体含量O2

→7[%]SO2

排放浓度（基准含氧量6[%]）SO2

排放浓度（基准含氧量6[%]）吸收塔热动力学/绝热饱和假定电除尘器出口温度 →138[°C]GGH出口温度 →108[°C] 干烟气中水含量计算在h,x图上,108[°C]和0.046[kg/kg,dry]的交点的焓h=233[kJ/kg].沿等焓线到饱和线可得到饱和温度吸收塔出口净烟气烟气计算结果清洁塔进口清洁塔出口液相平衡13%wt50%wt3%wt石灰石消耗/石膏产量1SO2+1CaCO3+2H2O+1/2O2

→CaSO4

•2H2O+CO2

摩尔质量: SO2= 64[g/mol] CaCO3= 100[g/mol] O2= 32[g/mol] CaSO4·2H2O= 172[g/mol]需要排放2[t/h]SO2的烟气脱硫装置:产物:

水平衡废水(a)保持Cl-

水平→15to20[g/l](b)保持硫酸盐水平→<35[g/l](b)保持灰分+吸收塔浆液中的惰性水平→<13[%]废水流量基于Cl-

水平输入（假设):

经验数据

HCl-去除 →98[%]工艺水消耗烟气饱和用水废水防潮石膏+结晶水滴液发射(可忽略不计)废水流量石膏脱水对于吸收塔中的洗涤和结晶过程，石膏固体含量在5和20[%]之间.输入(假设数据)石膏浆液的密度旋流器底流密度旋流器顶流密度石膏产量水力旋流器吸收器进吸收器出进带式过滤器4.7与吸收器流量中13%固体、旋流器溢流中3%固体和旋流器底流中50%固体有关的假设

吸收塔来石膏浆液吸收器水力旋流器底流水力旋流器顶流带式过滤器滤液质量流量悬架47.940[kg/h]10.200[kg/h]37.740[kg/h]5.670[kg/h][湿石膏]4.530[kg/h]质量流量石膏干燥6.232[kg/h]5.100[kg/h]1.132[kg/h]5.100[kg/h]质量流量水41.708[kg/h]5.100[kg/h]36.608[kg/h]570[kg/h][石膏中的水]4.530[kg/h]体积流量

悬浮44,4[m³/h]7,3[m³/h]37,1[m³/h]水力旋流器顶流成分(假定)50[%]的固体是石膏25[%]的固体是灰分25[%]的固体是石灰石石灰石浆液供给石灰石消耗石灰石浆液密度石灰石固体密度石灰石浆液质量流量石灰石浆液密度石灰石浆液体积流量石灰石浆液供给浆池尺寸浆液罐的停留时间浆液罐体积(假定)(假定)滤液箱尺寸滤布冲洗水量石膏冲洗水量从石膏质量流量中取50%(假定)滤液量滤液箱停留时间

(假定)滤液箱容积(假定)滤液箱尺寸吸收塔尺寸烟气流量SO2浓度SO2脱硫率

液气比:L/G=12[l/Am³]在吸收器出口(假定)吸收塔循环浆液流量及每泵的流量吸收塔温度=48[°C]喷淋层数(泵)=3吸收塔直径吸收塔烟气流速w=3.7[m/s](假设)吸收塔循环区体积循环浆液停留时间t=4.3min(假设)吸收塔循环浆液区高度浆液池高度 11.9[m]距烟道口高度 1.5[m]烟气管道高度 4.0[m]到第一层喷淋层的高度(从烟道口) 2.5[m]喷淋层:2x1.5[m] 3.0[m]除雾器高度 1.3[m]两级液滴分离器高度 2.5[m]烟气出口管道高度 3.0[m]

合计 29.7[m]吸收器总高度:H=30[m]增压风机和循环泵的能耗增压风机吸收塔压损(假设) 10[mbar]GGH压损

12[mbar]烟道压损 7[mbar]

总压损 29[mbar]具体的烟气输送工作增压器风扇的效能为85%功率消耗泵的效率=0.89容积流量(泵)=5.300[m³/h]液面=11.9[m]大地水准面差距=1.5[m]+4.0[m]+2.5[m]+1.5[m]=9.5[m]喷嘴压力=10[m]~(1[bar])压力高度管=3[m]

合计=22.5[m]增压风机和循环泵的能耗中间层泵的能耗

三层泵的总能耗增压风机和循环泵的能耗烟道尺寸净烟气烟道直径烟气速度w=18[m/s](假设)饱和洁净气原烟气烟道直径管道计算1)石灰石浆液输送管石灰石粒径 =90[%]≤44µm d50~15µm浓度 30[%]总固体量输送速度 ≥6x设定速度设定速度 w输送~2.5[m/s]浆液体积流量=8[m³/h]石灰石浆液输送管直径

石灰石浆液循环管直径体积流量循环 2·V浆液(吸收塔)2)

石膏浆液管径石膏粒径 d50=35–50µm输送速度 ≥6x设定速度设定速度 w输送~2,5[m/s]至旋流器石膏浆液管径

V浆液=44.4[m3/h]2)

石膏浆液管径石膏粒径 d50=35–50µm输送速度 ≥6x设定速度设定速度 w输送~2,5[m/s]至旋流器石膏浆液管径

V浆液=44.4[m3/h]氧化风计算强制氧化SO2+H2O→HSO3-+H+HSO3-+½O2→SO42-+H+ 1molSO2

需要½molO2, 1kgSO2

需要32:2/64kgO2

吸收塔中氧气吸附的化学当量因子~2.5

比重O2:→O2体积:→空气体积:氧化风压头吸收塔注射点:距液面距离=6[m]吸收塔搅拌器计算搅拌所需能量 80[W/m³]el吸收池容量 865[m³]搅拌器容量

Pel=865[m³]x80[W/m³]=69[kW]搅拌器数量4能耗及搅拌器石灰石粉仓计算石灰石粉仓容量