石灰石石膏湿法脱硫系统的设计计算Word格式.docx
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3。
工艺流程
3.1工艺说明
经过除尘器处理后的烟气由引风机接入脱硫吸收塔，在主烟道上设置旁路挡板门，当锅炉启动、进入FGD的烟气超温和FGD装置故障停运时，烟气由旁路挡板经烟囱排放。
烟气经吸收塔进气口进入塔内，折转向上运动（入口处装有紧急喷淋装置）,烟气进入首层喷淋层与吸收浆液进行传质吸收，随之进入多层喷淋层进行烟气脱硫洗涤,发生复杂的化学反应，利用脱硫塔底部循环池储存脱硫液进行循环使用。
脱硫渣浆液经曝气氧化后送入脱水系统进行处理,经脱水后的滤液返回至循环池。
脱硫后的净烟气通过除雾装置除去烟气中的水分，然后通过脱硫塔顶部排出口排至烟道,在经烟道排至烟囱排入大气。
4.脱硫系统的设计
4。
1脱硫系统设计的初始条件
在进行脱硫系统设计时，所需要的初始条件一般有以下几个：
（1）处理烟气量，单位：
m3/h或Nm3/h；
（2）燃料的含S率及消耗量，单位:
％、t/h
（2）进气温度，单位：
℃；
（3）SO2初始浓度,单位：
mg/m3或mg/Nm3；
（4）SO2排放浓度,单位：
mg/m3或mg/Nm3;
（5）锅炉蒸汽量,单位:
t/h;
4.2初始条件参数的确定
2.1处理风量的确定
处理烟气量的大小是设计脱硫系统的关键，一般处理烟气量由业主方给出或从除尘器尾部引风机风量大小去确定。
若只知道锅炉蒸汽量,可由以下经验系数去计算：
（1）针对循环流化床锅炉，煤粉锅炉等烧煤锅炉,可按1t蒸汽对应2500m3风量计算；
（2）针对蔗渣锅炉、生物质锅炉等烧生物质燃料锅炉，可按1t蒸汽对应3333m3风量计算;
所计算出来的处理风量最终圆整数,例如：
75×
2500=187500m3/h，圆整后取值188000m3/h
（3）处理风量还存在标况状态（mg/m3）和工况状态（mg/Nm3）的换算，换算采用理想气体状态方程：
PV=nRT（P、n、R均为定值）
V1/T1=V2/T2
V1：
mg/Nm3,T1：
273K；
V2:
mg/m3，T2:
t+273K（t为进气温度）;
4.2。
2燃料的含S率及消耗量
当没有SO2初始浓度设计值时，可用燃料中的含S率及消耗量去计算SO2初始浓度。
3进气温度的确定
进气温度为经过除尘后进入脱硫塔的烟气温度值，进气温度大小关系到脱硫系统烟气量的换算和初始SO2浓度换算。
2.4SO2初始浓度的确定
SO2初始浓度一般由业主方给出，并且由此计算脱硫系统中各项设备参数，也是系统选择液气比的重要依据。
SO2初始量计算公式如下:
S+O2→SO2
3264
CSO2=2×
B×
Sar/100×
ηso2/100×
10
CSO2—SO2初始量,mg;
B-锅炉BMCR负荷时的燃煤量,t/h；
Sar—燃料的含S率，%;
ηso2—煤中S变成SO2的转化率，％，一般取0。
85；
4.2.4SO2排放浓度的确定
一般根据所在地区环保标准确定.
3脱硫系统的设计计算
1参数定义
（1）液气比（L/G）：
即单位时间内浆液喷淋量和单位时间内流经吸收塔的烟气量之比.单位为L/m3；
（2）钙硫比（Ca/S）：
理论上脱除1mol的S需要1mol的Ca,但在实际反应设备中，反应条件并不处于理想状态，一般需要增加脱硫剂的量来保证一定的脱硫效率，因此引入了Ca/S的概念。
用来表示达到一定脱硫效率时所需要钙基吸收剂的过量程度，也说明在用钙基吸收剂脱硫时钙的有效利用率。
液气比、钙硫比选择依据根据《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》HJ462-2009
（3）脱硫效率：
单位时间内烟气脱硫系统脱除SO2的量与进入脱硫系统时烟气中的SO2量之比。
C1-脱硫后烟气中SO2的折算浓度（mg/m3或mg/Nm3）
C2—脱硫前烟气中SO2的折算浓度（mg/m3或mg/Nm3）
（4）系统可利用率：
指脱硫装置每年正常运行时间与发电机组每年总运行时间的百分比.
可用率=（A–B）/A×
100％
A：
发电机组每年的总运行时间，h
B:
脱硫装置每年因脱硫系统故障导致的停运时间,h
2脱硫系统的组成及主要设备选型
石灰石—石膏湿法脱硫系统主要由以下几部分组成:
4.3。
2.1SO2吸收系统
该系统包含：
脱硫塔（喷淋层）、浆液循环泵（卧式单吸离心泵）、氧化风机（罗茨风机）、
除雾器、浆液搅拌装置、监测控制仪表等设备.
（1）脱硫塔的设计计算
脱硫塔分为循环氧化区和喷淋除雾区两部分.
a.喷淋除雾区直径设计：
首先设定喷淋区烟气流速v，则喷淋区直径D1
Q—进脱硫塔的烟气流量，m3/h；
v—喷淋区烟气流速，m/s，一般设定为3-3.5m/s
注意:
D1计算出来后取整数（保留前2位数字）后,再反算出最终流速值v1。
b。
喷淋除雾区高度设计：
喷淋除雾区总高度H1=h1+（n—1）×
h2+h3+h4+h5+h6+h7mm
h1：
第一层喷淋层中心到脱硫塔进气口顶面距离，一般为2000-2500mm；
h2：
每一层喷淋层的中心高度，一般为1700mm；
n—喷淋层数量；
h3：
最上层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）；
c。
循环氧化区有效容积设计:
主要由循环浆液在该区的停留时间所确定，首先必须先确定脱硫浆液循环总量G=Q×
液气比（m3）÷
1000
循环氧化区有效容积V循=G÷
60×
T停m3
T停-循环浆液在该区的停留时间，石膏颗粒在循环浆池中足够长的停留时间对于晶体化和晶体的生长是非常有必要的。
只有这样,FGD的副产物石膏才能得到更好的利用。
一般设计4min（最低不小于2.5min），浆液浓度维持在20—25wt%。
得出循环氧化区有效容积V循后,则需确定循环氧化区直径D2和高度.直径D2略大于喷淋除雾区直径D1（一般大2m，D2=D1+2）需具体考虑。
取定循环氧化区直径D2后可计算出循环氧化区有效高度H2=V循÷
3.14÷
（D2）2×
4（m）
循环氧化区总高度H3=H2+h8+h9mm
h8：
循环氧化区有效高度（即循环液液面）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。
（2）浆液循环泵（卧式单吸离心泵）选型
单台循环泵流量G泵=Q×
1000÷
n（m3/h）
单台循环泵扬程H泵=H喷淋层+H喷嘴（m）
单台循环泵轴功率Ne=G泵×
H泵×
9。
81×
ρ浆÷
3600÷
η泵÷
η机
=2。
725×
G泵×
η机÷
106（KW）
H喷淋层：
每一层喷淋层的总高度；
H喷嘴：
每一层喷淋层喷嘴出口压力；
我公司所通用的大流量碳化硅蜗口型喷嘴所需出口压力为0.1MPa（相当于10m扬程）
ρ浆：
石膏浆液比重，1130kg/m3（含固量20%）
η泵：
循环泵效率,一般为80%
η机:
机械传动效率，取值98%
单台循环泵额定轴功率P=K×
Ne（KW）
K：
泵的裕量系数NE≤22K=1.25；
22<
NE≤55
K=1。
15；
55<
NEK=1.00
（3）脱硫塔氧化区搅拌和氧化系统
吸收塔反应池装有多台侧入式搅拌机.氧化风机将氧化空气鼓入反应池。
氧化空气分布系统采用喷管式，氧化空气被分布管注入到搅拌机桨叶的压力侧，被搅拌机产生的压力和剪切力分散为细小的气泡并均布于浆液中.一部分HSO3－在吸收塔喷淋区被烟气中的氧气氧化,其余部分的HSO3－在反应池中被氧化空气完全氧化。
降低CaSO3浓度，减少CaSO3·
1/2H2O反应的发生,可缓解系统管道结垢。
同时也增加了二水石膏CaSO4·
2H2O结晶沉淀析出，提高了石膏品质。
侧式搅拌器布置图氧化空气管路布置图
（4）氧化区氧化风机（罗茨风机）选型
根据经验，当烟气中含氧量为6％以上时，在脱硫塔喷淋区域的氧化率为50－60％。
采用氧枪式氧化分布技术，在浆池中氧化空气利用率ηo2=25－30%，因此，脱硫塔氧化区浆池内所需要的理论氧气量为：
2SO2+O2→2SO3
自然氧化率即烟气中含有的氧对SO2的氧化率。
（5）喷淋层的设计
每层喷淋层外部浆液循环管采用一周环形布置，材质钢衬塑。
内部喷淋管采用不锈钢316L材质。
喷淋系统采用单元制设计，每层喷淋层配一台与之相连接的浆液循环泵.每台脱硫塔配多台浆液循环泵。
运行的浆液循环泵数量根据锅炉负荷的变化和对吸收浆液流量的要求来确定，在达到要求的吸收效率前提下，可选择最经济的泵运行模式以节省能耗。
喷嘴采用涡口型碳化硅大流量喷嘴，喷淋角度90°
。
喷嘴为环绕塔内部环形布置，保证浆液的重叠覆盖率至少达到200%~300%。
每层喷淋层相对交错15°
，保证完全覆盖。
喷淋覆盖率是指喷淋层覆盖的重叠度,它由喷淋覆盖高度、喷淋角度来确定.覆盖高度是指液膜离开喷嘴后至破碎前的垂直高度,一般根据喷嘴特性及喷淋层之间距离来确定.
喷淋覆盖率的计算公式如下:
α=nA0÷
A×
100%
式中α为覆盖率,％；
n为单层喷嘴数量;
A0为单个喷嘴的覆盖面积，m2；
A为脱硫塔喷淋区的截面积，m2
喷淋层进浆支管管径d大小由喷嘴接口大小确定,进浆主管管径由以下公式计算:
（m）
Q浆-每层喷淋层浆液流量,m3/h
v-进浆主管流速，m/s，一般为2—3m/s
主管压力降计算:
ΔP=ΔPm＋ΔPj＋ΔPh
ΔP—管道总压降，KPa；
ΔPm—管道摩擦阻力，KPa;
ΔPj—管道局部阻力，KPa;
ΔPh—浆液水平高差阻力降，KPa
其中ΔPm、ΔPj和ΔPh的计算公式如下：
ΔPm=λLρu2/（2di）ΔPj=Σξρu2/2000
ΔPh=ρgh/1000
λ—管道摩擦系数，无量纲；
L-直管长度,m；
ρ—浆液密度，Kg/m3；
h—浆液水平高差，m；
Σξ—局部阻力系数（包括弯头、三通、阀门、孔板、膨胀节及设备进出口等）之和，无量纲；
g—重力加速度，9。
8m/s2；
如计算所得的管道压力降ΔP太大，超过了工艺系统所能承受的范围，则必须增大管径或缩小抬升高度以降低阻力（有些场合，管道浆液落差是作为势能处理的，则落差越高越有利）.
（6）监测控制仪表
在脱硫塔上需要安装以下监测及控制仪表：
液位计：
监测塔内液位，当到达低液位时控制循环泵停止，一般采用压力变送器。
密度计：
监测塔内石膏浆液浓度,当石膏浆液浓度超过设定的值时启动渣浆泵浆石膏浆液输送至脱水系统进行处理。
PH计：
监测塔内PH值,控制保持PH值在5.5-6之间，防止塔内及管路结垢。
温度计：
监测脱硫塔进口、出口烟气温度.当进口烟气温度超过设定值时,启动事故紧急喷淋系统,保护塔内防腐设施。
压差变送器:
监测脱硫塔运行阻力,超过设定值时启动报警装置，阻力一般设定在1200Pa。
4.3.2.2烟气系统
该系统包含脱硫进口烟道、出口烟道、旁路烟道、烟道阀门、烟道膨胀节、烟道支撑及事故紧急喷淋装置。
（1）进口烟道的设计
脱硫塔入口烟气的均匀性直接影响到脱硫塔内烟气分布的均匀性。
烟气入口气液接触处为干湿交界面，浆液在此干燥结垢将影响塔运行的安全性和气流流向。
设计时应在烟道入口上方及两侧安设挡水板，防止喷嘴喷出的浆液进入烟道内。
运行时，上方挡水板形成的水帘有利于脱硫和气流均布,两侧挡水板可防止喷嘴喷雾产生的背压将浆液抽进烟道内（当烟道档板未关，且无气体进入塔内时）.同时,靠近烟道侧的喷嘴应调整安装角度,防止喷入烟道。
烟气入口区域的流体流动受入口烟道与塔的几何尺寸、内部构件、托盘下部的喷淋层以及浆液从托盘流出的方式影响。
尽管脱硫塔入口设计扁平，但入口射流上下左右及端部都必然有死滞区、回流区,可通过下述方法改善之：
将水平进气方式改为斜向下进气,此种结构有利于削弱塔内回流旋涡，降低压损，延长气液接触时间，防止浆液倒流。
倾斜角度一般为15—20°
.如下图所示。
进口烟道流速按15m/s设计，截面成长方形,尽量采用较大的长宽比（一般为1.5—2）。
（2）出口烟道的设计
烟气出口烟道设计成轴向对称型式，截面成圆形，烟道流速按15m/s设计。
（3）旁路烟道的设计
烟道流速按15m/s设计，截面成长方形与进口烟道相同。
注意：
如遇特殊情况，烟道流速最大不得超过18m/s,烟道弯头按R/D=1-1。
5设计，R/D值最小不得小于0。
8.
4.3.2。
3石灰石浆液制备系统
此系统包含：
石灰石粉储存仓、浆池搅拌器、计量给料装置、供浆泵以及监测控制仪表等.
（1）石灰石粉消耗量的计算
64100
M石灰石=（Ca/S）×
Q×
CSO2×
ηs×
100÷
64÷
W石灰石÷
106（kg/h）
Q-进脱硫塔的烟气流量，m3/h
CSO2—入口SO2初始浓度，mg/m3
ηs-脱硫效率，%
W石灰石-石灰石粉的纯度，％，取值90％
Ca/S-钙硫比，取值1.03
注:
石灰石粉品质要求：
纯度90％，颗粒细度：
325目。
石灰石中MgO不宜太高,MgO含量最好≤2％。
（2）石灰石粉仓的体积计算
V石灰石粉仓=M石灰石×
24×
T÷
ρ石灰石÷
Φ（m3）
M石灰石-石灰石粉消耗量，kg/h
T—石灰石粉储存时间，一般按锅炉BMCR工况运行储存5天的石灰石粉消耗量.
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°
.
（3）石灰石浆液池的计算
石灰石浆液浓度要求控制在20—30％，其有效容积按不小于锅炉BMCR工况的3小时所需脱硫剂量设计.浆池有效容积计算如下：
V制浆池=3×
M石灰石÷
C石灰石浆×
ρ石灰石浆（m3）
C石灰石浆-石灰石浆液浓度,％，取20％
ρ石灰石浆-石灰石浆液密度，1140kg/m3（20％浓度时）
配制20%浓度的石灰石浆液所需工艺水流量计算如下：
Q工艺水1=M石灰石÷
1000×
（1—C石灰石浆÷
100）（m3/h）
（4）供浆泵（卧式单吸离心泵）选型
供浆泵流量按石灰石浆液消耗量的110％设计，扬程按20%余量选型。
数量2台（一备一用），采用变频器调节泵流量，泵功率计算参照循环泵。
（5）石灰石粉计量螺旋给料机选型
计量螺旋给料机的最大给料量按石灰石粉消耗量的200％设计选型。
在石灰石制浆系统上需要安装以下监测及控制仪表：
监测浆池内液位，当到达低液位时控制供浆泵停止，一般采用压力变送器。
监测浆池内石灰石浆液浓度，通过密度计的显示调节石灰石粉给料量和工艺水量，浆石灰石浆液浓度在20-30%设计范围内，有利于系统运行.
料位计:
采用射频导纳料位计，监测石灰石粉仓料位情况。
电磁流量计：
监测供浆泵输送流量，通过变频器调节脱硫系统不同运行工况下所需石灰石浆液量的大小.监测工艺水供给量，通过电动调节阀调节工艺水流量大小平，配合计量螺旋给料机调节石灰石浆液浓度。
2.4石膏脱水系统
机组FGD所产生的20-25wt%浓度的石膏浆液由脱硫塔下部布置的石膏浆液排放泵（每塔两台石膏浆液排放泵，一用一备）送至石膏浆液旋流器。
系统设置1套石膏旋流站，1套石膏旋流站底流自流进入1台真空皮带脱水机。
每台真空皮带脱水机的设计过滤能力为脱硫系统石膏总量的200％。
石膏脱水系统包括：
石膏浆液排放泵、石膏旋流站、真空皮带过滤机、滤布冲洗水箱、滤布冲洗水泵、滤液水箱及搅拌器、滤液水泵、石膏饼冲洗水泵、石膏库等。
（1）石膏（CaSO4·
2H2O）产量计算
脱硫系统最终的副产品—石膏的品质为纯度≥90％,含水量≤10％。
计算如下:
SO2→CaSO4·
2H2O
64172
G石膏=Q×
172÷
W石膏÷
ηs—脱硫效率，％
W石膏—石膏的纯度，％，取值90%
（2）石膏浆液排放泵（卧式单吸离心泵）选型
在未进行脱水前，石膏以20—25wt％浓度沉积在脱硫塔底部。
则石膏浆液排放泵流量计算如下：
Q石膏浆=2×
C石膏浆÷
106÷
ρ石膏浆（m3/h）
C石膏浆-石膏浆的浓度，%，取值20％
ρ石膏浆—石膏浆的密度，1130kg/m3（浓度20％时）
石膏浆液排放泵流量按20％石膏浆液量的200％设计，扬程按20％余量选型。
数量2台（一备一用）,泵功率计算参照循环泵。
（3）石膏旋流站
石膏旋流站作为第一级脱水装置，将石膏浆液排放泵输送过来的20—25wt％石膏浆液浓缩到浓度50-55wt%。
旋流站的底流浆液自流到第二级脱水装置-真空皮带脱水机,旋流站的溢流水自流到滤液水箱收集。
石膏旋流站容量按石膏浆液排放泵流量选择.每套旋流器组均至少配1个备用旋流子。
（4）真空皮带脱水机选型
石膏旋流站底流浆液由真空皮带脱水机脱水到含90％固形物和10%水分，脱水石膏经冲洗降低其中的Cl－浓度.滤液进入滤液水回收箱。
脱水后的石膏经由石膏输送皮带送入石膏库房堆放。
真空皮带脱水机的总出力满足锅炉燃用设计煤种BMCR工况运行时产生的石膏处理量配置（真空皮带机每天按12小时工作时间制,选型按200%出力选型）。
真空皮带脱水机皮带单位处理能力800kg/h（干态）/m2，则过滤面积，按以下计算;
S皮带机=2×
G石膏÷
800（m2）
（5）滤液水量计算
在整个脱水系统中滤液水包含石膏旋流站滤液水和真空皮带脱水机滤液水，即石膏浆液从20—25wt％被脱水浓缩成90wt％石膏副产物所去除的水分.滤液水量计算如下：
Q滤液水=（G石膏—Q石膏浆×
ρ石膏浆）÷
1000（m3/h）
滤液水箱有效容积V滤液水箱=1.5×
Q滤液水（m3）
滤液水泵流量Q滤液泵=1。
1×
Q滤液水（m3/h），扬程按20％余量选型。
数量2台（一备一用），泵功率计算参照循环泵。
滤液水一部分回送至脱硫塔，一部分送至石灰石浆液池.
5供水和排放收集系统
（1）供水系统
从电厂供水系统引接至脱硫岛的水源,提供脱硫岛工艺水的需要。
工业水主要用户为：
（a）除雾器冲洗水（水量大小由厂家提供）；
（b）脱水机皮带冲洗水（水量大小由厂家提供，无数据可按0.5×
1000m3/h）;
（c）石灰石浆液制备用水（由石灰石浆液用量计算）；
（d）真空泵密封水（水量大小由厂家提供）;
（e）泵和氧化风机冷却水（估计约1m3/h）；
（f）所有浆液输送设备、输送管路、贮存箱的冲洗水。
工艺水进入岛内工艺水箱,通过工艺水泵、除雾器冲洗水泵分别送至FGD区域的每个用水点。
系统内的配套管道及其测量和控制仪表.
工艺水泵、除雾器冲洗水泵流量按设计标准流量的110％,扬程按20％余量选型.数量各1台，泵功率计算参照循环泵。
工艺水箱有效容积V滤液水箱=1.5×
Q工艺水（m3）
（2）排放收集系统
a。
事故浆液箱
FGD岛内设置一个公用的事故浆液箱,主要考虑脱硫塔需要检修时，塔釜内浆液需要临时排空，而通过事故浆液箱将脱硫塔内的浆液临时储存起来。
当吸收塔检修完毕后，事故浆液箱内浆液可以通过事故泵返回脱硫塔,作为脱硫塔重新启动时的石膏晶种。
事故浆液箱的容量应该满足单个脱硫塔检修排空时的要求。
事故浆液箱设浆液返回泵（将浆液送回吸收塔）1台，事故浆液返回泵流量能够满足在8小时内将浆液返回至吸收塔.
FGD装置的浆液管道和浆液泵等，在停运时需要进行冲洗，其冲洗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.
集水坑
主要是通过明渠将各个设备、水箱溢流或排空的水或浆液收集至集水坑，同时通过集水坑泵将水或浆液返回至吸收塔等可接纳的设备。
每个集水坑配有单独集水坑泵,同时设有搅拌器，防止浆液沉积。
3.2。
6废水处理系统
脱硫系统不设置废水处理系统，系统内的废水直接排入厂区污水处理系统.
脱硫废水的水质与脱硫工艺、烟气成分、灰及吸附剂等多种因素有关。
脱硫废水的主要超标项目为悬浮物、PH值、汞、铜、铅、镍、锌、砷、氟、钙、镁、铝、铁以及氯根、硫酸根、亚硫酸根、碳酸根等.
脱硫废水处理系统处理后水质
脱硫废水处理系统处理后的排水出水水质要达到《国家污水综合排放标准》（GB8978—1996）中第二类污染物最高允许排放浓度中的一级标准。
主要的控制数据如下：
废水排放标准
序号
项目
单位
浓度
1
悬浮物
mg/l
≤70
2
PH
6.0-9。
3
COD
≤100
4
BOD
≤25
5
硫化物
≤1.0
6
氟化物
≤
升级会员 