某市2×300MW火電機組濕法脫硫工藝設計

1、中北大學信息商務學院課程設計說明書 .摘要火電機組脫硫工藝處理技術在國內(nèi)火電機組煙氣脫硫工程中得到了大量的應用，這些脫硫工藝處理技術基本都是從國外發(fā)達國家引進的。我們在引進過程中，不斷地消化和吸收國外先進的脫硫技術，并通過一些火電機組脫硫工程示范項目 的建設，逐漸掌握這些技術，同時完成脫硫裝置的國產(chǎn)化，最終填補國家在環(huán)境 保護中有關大氣污染處理技術上的空白。針對國內(nèi)火電機組的實際情況，約9 5 %的火電廠采用濕法煙氣脫硫技術， 采用 干法煙氣脫硫技術的火電機組比較少，在濕法煙氣脫硫技術中，基本上都采用 石灰石.石膏法脫硫技術，原因是該技術成熟穩(wěn)定，應用業(yè)績最多且國內(nèi)石灰石 礦產(chǎn)量豐富，作為吸收

2、劑的成本非常低。該處理技術分為三個主要部分：一是煙氣與脫硫吸收劑進行化學反應的部分，該部分是脫硫工藝的重點，主要有 煙氣的引入系統(tǒng)，原煙道、凈煙道、煙道密封空氣、煙道檔板、煙氣換熱器和 增壓風機等；用于液體和氣體進行化學反應的反應器吸收塔、漿液再循環(huán)系統(tǒng)、 氧化風機系統(tǒng)和吸收塔除霧器等。二是脫硫劑制備部分，主要有石灰石接收系統(tǒng)、 石灰石輸送系統(tǒng)和石灰石儲存設備： 石灰石磨制系統(tǒng)，濕式球磨機系統(tǒng)、石灰石 漿液箱等。三是脫硫副產(chǎn)品的處理部分，主要有石膏一級脫水系統(tǒng)旋流設備、 石 膏二級脫水系統(tǒng)真空皮帶脫水機、石膏輸送系統(tǒng)和儲存系統(tǒng)等。.我國煙氣脫硫技術概況三類脫硫技術濕法脫硫技術、干法脫硫技術和半

3、干法脫硫技術。濕法脫硫技術是應用得最廣泛、工業(yè)業(yè)績最多、運行穩(wěn)定和技術成熟性最好的脫 硫技術。濕法脫硫技術電子束氨法脫硫技術：電子束氨法脫硫技術簡稱E AF GD技術， 以氨作為脫硫脫硝劑，氨與煙氣中 的二氧化硫和硝化物混合后，在電子束的作用下生成硫酸氨和硝酸氨。生成的硫 酸氨和硝酸氨可以作為肥料，不產(chǎn)生二次污染。氨法脫硫技術氨法脫硫工藝（NADS）是近年來發(fā)展的一項新的濕法脫硫技術， 具有低投資， 低能耗的特性。氨法是用氨水洗滌含S 0 2的廢氣，形成（ Nth） 2SO3-NH）HsO3 吸收液體系，該溶液中（N出）2SO3X寸SO2具有很好的吸收能力，它是氨法中 的主要吸收劑。吸收S 0

4、 2以后的吸收液可用不同的方法處理獲得不同的產(chǎn)品。氨法吸收是將氨水通入吸收塔中，使其與含S 0 2的廢氣接觸，雙堿法脫硫技術用堿金屬如N a OH, Na 2c 03, NaHC03, Na 2s 03等的水溶液 吸收S 0 2 ,然后在另一石灰反應器中用石灰或石灰石將吸收S 0 2后的溶液再 生，再生后的吸收液循環(huán)使用，而S 0 2則以石膏的形式析出， 生成亞硫酸鈣和 石膏。海水煙氣脫硫技術：由于雨水將陸上巖層的堿性物質(zhì)帶到海水，天然海水含有大量的可溶性鹽，其中 主要成分是氯化鈉和硫酸鹽及一定量的可溶性碳酸鹽。海水通常呈堿性，自然堿 度約為1. 2. 2. 5mmol/l,這使得海水具有天然

5、的酸堿緩沖能力及吸 收S 0 2能力，當S 0 2被海水吸收，再經(jīng)過處理氧化為無害的硫酸鹽而溶于海 水中。3火電廠脫硫設計條件及燃煤原始數(shù)據(jù)的一系列計算3.1火電廠主要概況根據(jù)國家環(huán)保政策，對大氣污染實行總量控制，要求所有的新建電廠必須加裝脫 硫裝置，本工程設計新建X X電廠廠址選擇2 X 3 0 0 MW機組，每臺機組配備1臺最大連續(xù)出力為1 0 2 5 t/h的鍋爐，鍋爐燃用煙煤，設計采用每臺爐配1套脫硫裝置，主要脫硫工藝技術采用石灰石.石膏濕法脫硫技術。3.2電廠主要技術裝備設事名稱參數(shù)名稱單位參數(shù)鍋爐型式亞.嚙界,自然葡環(huán).一次再蒸.隼爐 鹿，四角切圓姆儻方式、汽包爐.制造廠東鍋最大連

6、唉蒸發(fā)量t. J1(125過熱叁出口蒸汽壓力Mpa17956設計壽命年30表2主要工藝指標入口煙氣參數(shù)是脫硫工藝的主要設計數(shù)據(jù)，煙氣中的含硫量，以及其他相 關的數(shù)據(jù)要求，如煙氣的流量等，對脫硫系統(tǒng)的設計提供了依據(jù)。3.5燃燒產(chǎn)生的煙氣量標準狀況下理論空氣量以1kg中硫煙煤燃燒為基礎，則:質(zhì)重（g）物質(zhì)的量（mol）耗氧量（mol）C401.633.4733.47H47.947.911.975O27.81.73750.86875N13.30.95一S25.50.7968750.796875A365.2一一W118.75.47一所以理論需氧量為：Q=33.47+11.975-0.86875+0.7

7、95875=45.373mol/kg假定干空氣中氮和氧的摩爾比為 3.78,則1kg中硫煤完全燃燒所需要的理 論空氣量為：Q2=Q1 X (3.78+1)=45.373 X (3.78+1)=216.88mol/kg理論煙氣量Q 3=33.47+0.796875+45.373*3.78+47.9=253.68mol/kg實際煙氣量空氣過剩系數(shù)a =1.35時，實際煙氣量為：Q4=Q3+Q2 X 0.35=253.68+216.88 X 0.35=329.59mol/kg即 329.59 X 22.4|102500=7.2m3/kg煙氣流量Q應以m3/h計，設實際耗煤量為 m=2400kg所以標

8、況下實際煙氣量：q=qx m=7.2X 1650=11880m3 h煙氣含塵濃度煙氣含塵濃度:V AQ40.29 365.28.11=13.06g m3 = 13060mg. m3式中：V飛灰率A灰分Q4 標準狀態(tài)下實際煙氣量， m3 kg二氧化硫濃度= 0.3%c 0.796875Ci 二253.684脫硫技術選擇及使用標準設計條件?在鍋爐燃用設計煤質(zhì)和校核媒質(zhì)BMCR工況下，處理全煙氣量時的脫硫效 率不小于9 5.2%。?在脫硫設計煤質(zhì)的煙氣條件下，鍋爐二氧化硫排放量增加3 0 %時，經(jīng)脫硫后 的二氧化硫揮放依然可以滿足最新的環(huán)保要求及過?？諝庀禂?shù)為1 . 5 5時（引 風機出口），二氧化

9、硫排放為4 0 0 m g/Nm 3 （干基）。脫硫效率保證F GD系統(tǒng)在驗收試驗期間將保持吸收塔9 5 .2 %的脫除效率。煙囪入口煙氣溫度和除霧器出口的水霧含量。煙囪入口的煙氣溫度在BMCR工況下為8 （P C或更高，其煙氣攜帶水滴含量應低于10 0mg/Nm3 （濕基）脫硫技術選擇及使用標準自由水份低于或等于1 0%,溶解于石膏中的a （氯）含量低于溶解于石膏中的 F （氟）含量低于溶解于石膏中的Mg （鎂）含量。工藝設計標準和規(guī)范首先選擇國家標準，但不低于I EC標準：?對設備引起的噪音水平采用中國標準？對勞動和衛(wèi)生采用中國標準?以下標準和規(guī)范均為采用的標準不限于此：5.煙氣脫硫工藝設

10、計計算脫硫工藝組成及流程干法和半干法脫硫，目前濕法脫硫應用廣泛（常用方法有：石灰/石灰石吸收法，氫氧化鈉吸收法，氨吸收法。）石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術的工藝流程石灰石/石灰法濕式煙氣脫硫技術的工藝流程如圖1所示。鍋爐煙氣經(jīng)除塵、冷卻后送入吸收塔，吸收塔內(nèi)用調(diào)配好的石灰石或石灰漿液洗滌含SO的煙氣，洗滌凈化后的煙氣經(jīng)除霧和再熱后排放。吸收塔內(nèi)排出的吸收液流入循 環(huán)槽，加入新鮮的石灰石或石灰漿液進行再生石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術的工藝流程吸收塔吸收塔本體設計吸收塔系統(tǒng)包括塔體；吸收塔氧化池、中和池攪拌器；漿液噴管、噴嘴；除 霧器；吸收塔漿液循環(huán)泵；氧化風機；排漿泵；除霧器；氧化空氣噴管的沖

11、洗水 系統(tǒng)等，還包括輔助的放空和排空設施。濕式吸收塔或吸收塔系統(tǒng)設計成噴淋塔, 噴淋塔的主要特點是石灰石漿液通過循環(huán)泵的作用從上向下噴射。吸收塔周圍配管及設備布置吸收塔周圍配管主要包括漿液循環(huán)管， 石灰石漿液管，石膏漿液排漿管，工藝水 給水管、氧化空氣噴管等。漿液循環(huán)泵布置在吸收塔附近的底層，氧化風機布置 在吸收塔附近的二層，吸收塔氧化池四臺攪拌器側(cè)進，成對稱布置，氧化空 氣噴管布置在攪拌器葉片之前側(cè)。排漿泵也布置在塔附近。再循環(huán)系統(tǒng)設計吸收塔內(nèi)噴淋層設計為三層，每一臺循環(huán)泵對應一層噴淋層；運行的再循環(huán)泵數(shù) 量根據(jù)吸收漿液流量的要求來選定，以達到每臺鍋爐負荷的吸收效率。為避免泵的每個吸入端堵塞

12、，吸入口配備濾網(wǎng)，通過測量前后壓差來判斷濾網(wǎng)是 否堵塞，發(fā)生堵塞之后，運行人員將對濾網(wǎng)進行清洗。吸收塔再循環(huán)系統(tǒng)包括循 環(huán)泵、管道系統(tǒng)、噴淋組件及噴嘴，使吸收漿液及原煙氣進行充分的接觸。氧化空氣和攪拌器吸收塔氧化池設一套氧化空氣噴管，以有效的氧化亞硫酸根為硫酸根。當氧化空氣通過噴管噴出時，使氧化池內(nèi)漿液產(chǎn)生很多細小的泡沫， 在空氣與漿液間形 成很高的氣.液接觸面積，產(chǎn)生很高的氧化率。氧化池有足夠的容積來容納足夠的液體并確保合適的停留時間使亞硫的液體并 確保合適的停留時間使亞硫酸根完全氧化為硫酸根。氧化空氣噴管布置在攪拌器 附近，均勻布置，以滿足氧化要求。氧化空氣噴嘴與吸收塔攪拌器配合使用，噴

13、嘴布置在攪拌器周圍，以實現(xiàn)充分的氧化量。攪拌器的作用是防止?jié){液沉淀，并 結合化學氧化反應要求而配置，本裝置配置有4臺攪拌器，成對稱布置。除霧器設計除霧器一般設計為上下兩層，水平地安裝在吸收塔的上部位置，煙氣經(jīng)過除霧器 脫除霧滴后，就進入凈煙道，進入RGGH的升溫側(cè)。除霧器上的水滴被收集起 來返回吸收塔氧化池。煙氣經(jīng)過除霧器后有一定的壓力損失， 但不會影響煙氣進 入凈煙道。5.2.6吸收塔的選擇名稱操作參數(shù)優(yōu)點缺點填料塔空塔氣速2.05.0m/s,液 氣比0.51.0L/m3,壓力損 失 200102500Pa結構簡單，設備 小，制造容易，占 空間小，液氣比 小，能耗低，氣液 接觸好，可同時除

14、塵，降溫，吸收不能無水運行自激湍球 塔液氣比11025L/m3,噴淋 密度6m3/(nf*h),壓力損 失500Pa/m,空塔氣速0.51.2m/s結構簡單，制造容 易，填料可用耐酸 陶瓷，較易解決防 腐蝕問題，流體阻不能無水運行力較小，能量消耗 低，操作彈性較 大，運行可靠篩板塔空塔氣速1.03.0m/s,小 孔氣速1622m/s,厚度4060mm,單板阻力 300600Pa,噴淋密度1224m3/( m2*h)結構簡單，空塔速 度高，處理氣量 大，能夠處理含塵 氣體，可以同時除 塵，降溫，吸收， 大直徑塔檢修時方便安裝要求嚴格，踏 板要求水平，操作 彈性較小，易形成 偏流和漏液，使吸 收效

15、率卜降噴淋塔空塔氣速2.54.0m/s,液 氣比1330L/m3,壓力損失 5002000Pa結構簡單，操作容易，可同時除塵，降溫，吸收氣液接觸時間短， 混合不均勻，吸收 效率低，液體經(jīng)噴 嘴噴入，動力消耗 大，噴嘴易堵塞， 產(chǎn)生霧滴，需設除 霧器吸收塔內(nèi)流量計算假設吸收塔內(nèi)平均溫度為80 C,壓力為120KPa則吸收塔內(nèi)煙氣流量為:c c 273 t 101.325Qv = Q （1 K）273 Pa式中：Qv-吸收塔內(nèi)煙氣流量，m3 sQ標況下煙氣流量，m3 sK除塵前漏氣系數(shù)，00.1C 13381.5 273 80 101.3253Qv= 父父父（1 +0.05）=4.23 m s s

16、3600273120吸收塔徑計算依據(jù)石灰石煙氣脫硫的操作條件參數(shù)，可選擇吸收塔內(nèi)煙氣流速v=3m/s ,則吸收塔截面A為:aQv423 v 3= 1.41 m2則塔直徑d為:d=4 1.41= 1.34m3.14取塔徑DD = 1600mm吸收塔高度計算吸收塔可看做由三部分組成，分成為吸收區(qū)、除霧區(qū)和漿池(1)吸收區(qū)高度：依據(jù)石灰石法煙氣脫硫的操作條件參數(shù)得，設吸收塔噴氣液反應時間t=3s,則吸收塔的吸收區(qū)高度為：H1=v t=3 3 = 9m吸收區(qū)一般設置36個噴淋層，每個噴淋層都裝有多個霧化噴嘴，本設計 中設置4個噴淋層，噴淋層間距為2日 入口煙道到第一層噴淋層的距離為 2m, 最后一層噴

17、淋層到除霧器的距離1m(2)除霧區(qū)高度：除霧器用來分離煙氣所攜帶的液滴 ，在吸收塔中，由上下 兩極除霧器(水平或菱形)及沖水系統(tǒng)(包括管道、閥門和噴嘴等)構成。每層 除霧 器上下各設有沖洗噴嘴。最后一層噴淋層到除霧器的距離1m,除霧器的高 度為2.5m ,除霧器到吸收煙道出口的距離為 0.5m。則取除霧區(qū)高度為：H 2 =4m ,(3)漿池高度：漿池容量V1按液氣比漿液停留時間來確定:V1Q tG式中：-液氣比,一般為2425L/m3 GQ 標況下煙氣量，m3 ht 1漿液停留時間，s, 一般11為4min8min,本設計中取值為5min；1553Vi13381.5= 16.66m100060

18、選取漿池直徑等于吸收塔 Do,本設計中選取的漿池直徑 D1為1700mm然后根據(jù)V1計算漿池高度:3M7：D1式中：H3漿池高度，m；V1漿池容積，m33=4 16.663.14 1.6 1.6=8.29m從漿池液面到煙氣進口底邊的高度為 0.82m。本設計中取為1.35m。（4）噴淋塔煙氣進口高度設計:3 21噴淋塔煙氣進口高度h4=J=0.52m,煙氣出口圖度與進口局度相同20(5)吸收塔高度：H=H 1+H2+H3+H4=9+4+8.29+1.35+0.52 義 2=22.33m6煙氣系統(tǒng)煙道設計煙道設計原則：對于煙道系統(tǒng)的壓降、煙道的布置，包括其形狀和內(nèi)部件，如分流板和轉(zhuǎn)彎 處導流板等

19、，采用優(yōu)化設計，降低煙道系統(tǒng)壓力損失，進而降低電耗。煙道壁厚按6mm設計（按國家規(guī)范要求規(guī)定，考慮一定的腐蝕余量），煙道內(nèi) 煙氣流速在91 5 m / s之間。煙道設計根據(jù)系統(tǒng)運行時可能出現(xiàn)的最高和最低壓力（包括不正常條件，如煙道 內(nèi)出現(xiàn)堵塞情況）并考慮適當?shù)挠嗔窟M行設計。煙道防腐設計：煙道擋板門為避免在運行過程中產(chǎn)生腐蝕， 對擋板門進行防腐處理，采用不銹鋼 3 1 6 L包裹處理密封片。外殼材質(zhì)：Q235A+316 L內(nèi)襯，葉片材質(zhì)： Q235-A+316L;密封材質(zhì)：1.4 5 2 9 合金。密封空氣系統(tǒng)采用2臺風機運行，一用一備，在檔板開啟和關閉過程中自動投入，保證煙氣不會泄露。所有不可

20、能接觸到低溫飽和煙氣冷凝液或從吸收塔帶來的霧氣和液滴的煙道，用碳鋼制作，所有可能接觸到低溫飽和煙氣冷凝液或從吸收塔帶來的霧氣和液滴的 煙道，采用可靠的內(nèi)襯（鱗片樹脂）進行防腐保護。煙道采用樹脂鱗片防腐，防腐范圍為：從吸收塔入口一吸收塔出口一RGGH升溫側(cè)一出口煙氣擋板的所有煙道。煙道尺寸選取：根據(jù)設計參數(shù)：煙氣在BMCR工況下，煙氣實際流量為1 6 6 9 0 6 8 Nm 3/h ,根據(jù)煙道內(nèi)煙氣流速設計在91 5 m/s之間，針對本工程吸收塔對煙氣要求的流速和壓損：確定煙道煙氣流速為1 2 r r d s就能夠滿足要求。計算出煙道截面積約在31平方米左右，因此煙道尺寸選擇如下：進口煙道：5

21、 3 0 0 m i n x 出口煙道：6 6 0 0 mmX旁路煙道：5000mmx8000各段煙道設計壓力及運行溫度和最大允許溫度如下：原煙氣煙道（GGH前）設計壓力：2000+ 4000Pa運行溫度：12 8. 1 C,最大允許溫度1 6 0 C原煙氣煙道（RGGH后）設計壓力：.2000+ 4000Pa運行溫度：9 2 C,最大允許溫度1 2 0 C凈煙氣煙道（吸收塔后GGH前）設計壓力：.2000+ 4000Pa運行溫度：4 6. 5 C,最大允許溫度1 2 0 C凈煙氣煙道（RGGH后）設計壓力：.2000+ 4000Pa運行溫度：8 2 C ,最大允許溫度12 0c煙氣換熱器設計

22、回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器的主要特點：結構簡單，緊湊，布置方便。換熱系數(shù)大，傳熱 效果好，節(jié)約換熱材質(zhì)。煙氣換熱器采用回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器（RGGH）。蓄熱元件采用鍍搪瓷材料，轉(zhuǎn)速：1 . 5轉(zhuǎn)/分。采取低泄漏密封系統(tǒng)，減小未處理煙氣對潔凈煙氣的污染。GGH漏風率始終保持小于1 %。配有全套清掃裝置。煙氣系統(tǒng)的計算具有一定速度的熱煙氣從煙囪出口排除后由于具有一定的初始動量 ，且溫度 高于周圍氣溫而產(chǎn)生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。這相對增加了煙囪 的幾何高度，因此煙囪的有效高度為：H=HS HS式中：H煙囪的有效高度，mfHS 煙囪的幾何高度，m；;H 煙囪抬升高度，m.煙氣釋放熱計算八 c八 TQH

23、 = 0.35Pa QvTSQh-煙氣熱釋放率，kw；Pa 大氣壓力，近似取一個標準大氣壓10251.325kpa;Qv 實際排煙量，m3 sTS 煙囪出口處的煙氣溫度，433K;Ta 一環(huán)境大氣溫度取環(huán)境大氣溫度Ta=293K 大氣壓力Pa =10251.325kPaT =TS-Ta =433-393 =140K環(huán)境大氣壓下的煙氣流量: TOC o 1-5 h z 13381.5 273 160 101.3253Q 二(1 0.05) =6.21m s3600273101.325一 _ T140.QH -0.35Pa QV0.35 1013.25 6.21704.736kwTS433煙氣直徑

24、計算煙囪平均內(nèi)徑可由下式計算4Qv二 v式中：Qv 實際煙氣流量;v煙氣在煙囪內(nèi)的流速， m/s,取20m/s.4 6.21 3.14 20= 0.63取煙囪直徑為DN800mm校核流速=矢肅急”36*煙氣抬升高度計算由QH 1700kw,可得N 2 (1.5VsD 0.01Qh)H 二u式中：X煙囪出口流速，取 20m/s;D煙囪出口內(nèi)徑，m；u煙囪出口處平均風，取 1025m/s.一 2 (1. 5 200.800. 01987. 25) 人“ H = 6. 78m10煙囪的幾何高度計算本設計的鍋爐燃煤量為 2.4 t/h ,鍋爐總?cè)萘颗c煙囪最低允許高度的關系，取煙囪幾何高度為 Hs -3

25、0m鍋爐房總?cè)萘颗c煙囪最低允許高度關系鍋爐房總?cè)萘?t/h )MW煙囪取低允許圖度(mm10.720120.121.425241.42.830410252.8735102520714402040142845則煙囪有效高度為：H = Hs H = 30 6. 78 = 36. 78m煙囪阻力計算標準狀況下的煙氣密度為1.36kg/ m3,則可得在實際溫度下的密度為：273273 ” , , 3p = pn 父=1.36 父=0.84kg/m273 16044312煙囪阻力可按下式計算：Ap=g T（式4.34）式中：入一摩擦阻力系數(shù)，無量綱，本處取 0.02;v管內(nèi)煙氣平均流速，m/s；l煙囪長

26、度，m ;即H._2 p = 0.02= 7.663Pa36.78 0.84 0.630.80 26.2.6煙囪高度校核假設吸收塔的吸收效率為80%可得排放煙氣中二氧化硫的濃度為：0so2 =（1 -80%/ 6021 = 1204.2mg/m3（式 4.35）二氧化硫排放的排放速率：vso2 = SO Q 1 1204. 28.6110二g/s = 10. 37g/s（式 4.36）校核：2vso2PyPmax = =2tuH e Pz（式 4.37）式中：上一為一個常數(shù)，一般取0.5 l 1,此處取0.8;PzP max210. 3710003 0.8 =0. 143mg/m3二 1036

27、. 782 e查得國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標準時平均 SQ的濃度為0.5mg/m 3,設計符合要求。6.3管道設計計算6.3.1管徑的計算假設管道采用薄皮鋼管，管內(nèi)煙氣流速為 v=24m/s ,則管道直徑d為:d=4 1.2 Q:3600二%式中：Q 160c時的煙氣流量，m3/hVo 煙氣流速m/s1.2 一修正系數(shù) 代入相關值得:4 1.2 29532. 82914mm3600 3. 14 15參照圓形通風管道規(guī)格，取為102500mm則實際煙氣流速V0為41.2 29532. 82v0二-二 12. 54m/ s36003. 14126.3.2摩擦阻力損失計算根據(jù)流體力學原理，空氣在任何橫截面形狀不變的管道內(nèi)流動時，摩擦阻力l v2：Pm d式中：兒一摩擦阻力系數(shù)，無量綱;P煙氣密度，kg/m3 l一管道長度，mld管道直徑，mi對于薄皮鋼管，查閱相關資料的鋼管的 =0 0.02 。代入相關數(shù)值得:一-一一 _2. Pm: 147. 18Pa0.0265 12.541.4421局部阻力損失計算煙氣管道局部阻力損失可按下式計算：A式中：n一彎頭個