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工艺说明书
宁夏天瑞发电有限公司
脱硫技改工程
工艺说明书
北京威肯众合环保科技有限公司
2012年10月
目录
一、主要设计原则1
1.1系统简介1
1.2脱硫剂1
1.3脱硫副产物1
1.4脱硫装置工艺系统描述及主要设备选型1
二、物料计算6
2.1热平衡计算6
2.2硫平衡计算7
2.3电石渣消耗量计算7
2.4成品石膏产量计算8
2.5氯平衡计算8
2.6水平衡计算8
2.7直排烟囱高度计算8
三、主要设备清单9
宁夏天瑞发电有限公司脱硫技改工程
电石渣/石膏法工艺说明书
一、主要设计原则
1.1系统简介
本工程的烟气脱硫工艺采用电石渣-石膏湿法烟气脱硫工艺。
工艺系统设计原则包括：
（1）脱硫工艺采用电石渣-石膏湿法脱硫工艺，脱硫塔为喷淋塔。
（2）脱硫装置采用1炉1塔，出口烟气中SO2含量为200mg/Nm3。
（3）吸收剂制浆系统采用电石渣为原料，将电石渣制成满足脱硫要求的电石渣浆液后通过电石渣浆液泵送至循环泵入口。
（4）脱硫副产物-石膏脱水后含水量≤10%，为综合利用提供条件。
（5）整个FGD岛内设置一个事故箱。
1.2脱硫剂
脱硫剂制备系统设置在电厂厂区内，将电石渣制备成满足脱硫要求的电石渣浆液。
将业主电石渣固体配制为浓度为20%的浆液，最后通过电石渣浆液泵输送至循环泵入口。
1.3脱硫副产物
脱硫生成的石膏通过真空皮带机进行脱水处理，脱水后的石膏含水率不大于10%，然后输送至石膏库储存。
每台真空皮带机处理量按2座脱硫塔设计工况下石膏产量的100%设计。
1.4脱硫装置工艺系统描述及主要设备选型
本工程3x280t/h+1x240t/h锅炉烟气脱硫采用电石渣-石膏湿式烟气脱硫工艺，安装4套烟气脱硫装置，处理烟气量为锅炉100%BMCR工况的烟气量。
烟气脱硫系统包括：
·电石渣浆液制备及供应系统
·烟气系统
·SO2吸收系统
·石膏脱水系统
·排空系统
·工艺水系统
·压缩空气系统
1.4.1电石渣浆液制备及供应系统
1.4.1.1主要功能
制备满足脱硫要求的电石渣浆液并将其输送到脱硫塔
1.4.1.2系统描述
电石渣浆液制备系统设置在电厂厂区内，将电石渣制备成满足脱硫要求的电石渣浆液。
将电石渣制备成为20wt%的电石渣浆液，再将其输送到供浆池，通过电石渣浆液泵送入循环泵入口，进入吸收系统。
1.4.1.3系统主要设备选型
选型原则：
电石渣浆液制备及供应系统设置一套，主要包括制浆池搅拌器、供浆池搅拌器、电石渣浆液泵。
1）每2台脱硫塔配3台电石渣浆液泵，2用1备。
2）供浆池按满足4台脱硫塔6小时用量设计。
1.4.2烟气系统
1.4.2.1主要功能
烟气系统将未脱硫的烟气引入脱硫塔，将脱硫后的洁净烟气直接排放或送入原有烟囱。
1.4.2.2系统描述
烟道包括必要的入口烟道、出口烟道、直排烟囱、膨胀节、挡板门及烟道供货范围内的其他附属设备。
在BMCR工况下，烟道内烟气流速不大于15m/s。
烟道留有适当的取样接口、试验接口和人孔。
烟道的走向能够满足冷凝液的排放，不会有积水，因此，烟道提供低位点排水设施和防止积水的措施。
1.4.3SO2吸收系统
1.4.3.1主要功能
本工程的脱硫塔为旋流塔，在第一层喷淋下面设有旋流装置。
将引入的锅炉原烟气先经过旋流装置，使得烟气与脱硫浆液充分接触，再经过4层喷淋洗涤出去大量SO2，脱硫反应生成的脱硫产物在吸收塔浆池中被通入的氧化空气强制氧化反应生成硫酸钙并在浆池中结晶生成二水石膏。
石膏浆液通过石膏浆液泵送至石膏脱水系统。
1.4.3.2系统描述
电石渣浆液由电石渣浆液泵送入循环泵入口，进入吸收系统，通过调节进入吸收塔的电石渣浆液量或吸收塔排出浆液浓度，使吸收塔浆池PH值维持在5.2~6.0之间以保证电石渣的溶解及SO2的吸收。
烟气在吸收塔内经过吸收塔浆液循环洗涤冷却并除去SO2。
脱硫后净烟气由装设于吸收塔上部的2级除雾器除雾使烟气中液滴浓度小于75mg/Nm3。
除去雾滴后的净烟气接入原烟道经烟囱排入大气或通过脱硫塔顶部直排烟囱。
脱硫反应生成的反应产物经吸收塔氧化风机鼓入吸收塔浆液的氧化空气强制氧化生成硫酸钙并结晶生成二水石膏，主要成分为二水石膏的吸收塔浆液由石膏浆液泵排出吸收塔。
SO2吸收系统可细分为吸收塔本体、浆液循环系统、氧化空气系统及石膏浆液排出系统。
根据BMCR工况下烟气量以及烟气中SO2含量，本工程中脱硫塔设置4台浆液循环泵，采用1层旋流加4层浆液雾化喷淋方式。
装置运行时，实际投运的循环浆液喷淋层数根据烟气负荷以及出口SO2浓度决定。
为防止吸收塔浆液中固体物的沉积以及促进氧化空气的合理分布，设置扰动泵对塔内浆液进行扰动。
根据化学反应原理，烟气中SO2与脱硫剂反应的主要生成物为Ca（HSO3）2。
为形成石膏，需要对上述生成物进行氧化。
本工程是通过向吸收塔氧化区送入新鲜空气来实现氧化过程的。
每个吸收塔设置两台石膏浆液泵，1用1备。
在低负荷工况下，吸收塔浆液排出泵是一种间断运行方式，其启停信号主要取决于吸收塔浆液浓度。
在脱硫吸收塔中主要有如下反应：
SO2的吸收过程：
SO2+H2O→H2SO3
Ca2++2HSO3-→Ca（HSO3）2
Ca2++SO32-→CaSO3
反应产物的氧化：
2Ca（HSO3）2+O2→CaSO4+2H2O
2CaSO3+O2→2CaSO4
结晶生成石膏：
CaSO4+2H2O→CaSO4.2H2O
1.4.3.3系统主要设备选型
选型原则：
采用1炉1塔方案，即该脱硫装置包括4台吸收塔、4套循环系统、4套石膏浆液排出系统、4套氧化空气系统。
1）每台吸收塔内含两级除雾器、4层喷淋层、1层旋流、氧化空气管道。
其中除雾器采用工艺水冲洗，冲洗水的输送由工艺水泵来完成。
2）每个循环系统设4台浆液循环泵,对应4层喷淋层。
3）每个石膏浆液排出系统设2台石膏浆液泵，1用1备。
（4）两套脱硫装置共设置3台氧化风机，2用1备，每台氧化风机出力按每套吸收塔浆液所需氧化空气量的100%选取。
1.4.4石膏脱水及储运系统
1.4.4.1主要功能
将由石膏浆液泵排出的浆液进行脱水以制成所需品质的石膏。
1.4.4.2系统描述
吸收塔内的石膏浆液通过石膏浆液泵送入石膏浆液旋流器浓缩，浓缩后的下旋液进入真空皮带脱水机进行脱水。
脱水滤液和旋流器上旋液收集在滤液水箱中，由滤液泵送回吸收塔或进入电石渣浆液制备系统进行制浆。
脱水后表面含水率小于10％的石膏送入石膏库存放待运。
1.4.4.3系统主要设备选型
选型原则：
石膏脱水系统设置4座石膏浆液旋流站，2台真空皮带脱水机及其附属的滤布和滤饼冲洗设备及滤液分离器、2台真空泵、一座石膏库、一台滤液池、6台滤液水泵。
（1）真空皮带脱水机的出力按两台锅炉BMCR工况运行燃用设计煤种时FGD石膏总产量的100％配置，石膏脱水后表面含水率小于10％。
（2）石膏浆液旋流站的底流含固量约为40％－60%。
（3）石膏库设置一个。
1.4.5排空系统
1.4.5.1主要功能
将吸收塔区域的浆液管道放液或管道冲洗水通过集水泵回收利用。
同时设计事故浆液系统用于吸收塔检修放液和缩短吸收塔启动时间。
1.4.5.2系统描述
FGD装置运行时，运行过程中停运浆液管道的放液和管道冲洗水汇于集水池，每个脱硫塔配备一个集水池，集水泵将集水池中的液体送回脱硫塔以回收利用。
事故箱设计为当脱硫塔需检修排空时可贮存两台脱硫塔内浆池浆液，并可作为吸收塔重新启动时的石膏晶种。
事故浆池设置两台事故泵，用于将事故箱中的浆液送回脱硫塔。
为防止固体在事故浆液箱中沉淀，事故浆池设有一台顶进式搅拌器。
1.4.6工艺水系统
1.4.6.1主要功能
工艺水提供除雾器冲洗水、吸收塔补充水和氧化空气冷却用水、管道冲洗水以及滤布和滤饼冲洗水。
1.4.6.2系统描述
工艺水系统是脱硫工艺的重要组成部分，其功能是为工艺系统提供工艺用水。
除雾器冲洗水由工艺水泵供给。
石膏滤布及滤饼冲洗用水由滤布冲洗水泵供给。
其他冲洗、冷却水直接由厂区工艺水系统提供接口。
1.4.6.3系统主要设备选型
选型原则：
由于工艺水系统中瞬时用水量占有很大比例，所以工艺水泵及滤布冲洗水泵的选取应能满足瞬时最大用水量要求。
1.4.7压缩空气系统
1.4.7.1主要功能
提供FGD系统仪表用压缩空气。
1.4.7.2系统描述
仪用压缩空气主要供仪表用和真空皮带脱水机用。
二、物料计算
以下数据均以单台脱硫塔的处理量进行计算。
已知条件：
烟气量：
660000m3/h（4塔均按此烟气量计算）
烟气温度：
140℃
入口SO2浓度：
7000mg/Nm3
出口SO2浓度：
200mg/Nm3
电石渣中Ca（OH）2的含量：
60%
2.1热平衡计算
在热平衡计算中忽略其温差的变化。
即烟气降温到饱和状态，所释放的热量均用来提升脱硫塔系统补充水的温度到平衡温度和蒸发汽化所需的潜热。
计算过程如下：
M烟气Cp烟（140-t）=M水（rt+Ht-H20）
（1）
（M水+M水蒸气）/18=Pt饱和水蒸气/P总
（2）
其中
M烟气=V烟气×ρ烟气；
Cp烟=1.096kj/kg·k，烟气的定压比热容取烟气进出口的中间温度；
t：
出口烟气温度，℃；
rt：
t℃时水的汽化热，kj/kg；
Ht，H20：
分别是t和20℃下水的焓值，kj/kg；
Pt饱和水蒸气：
t℃时饱和水蒸气的压力，Pa；
P总：
t℃时大气的压力，Pa。
计算得：
t=51℃，M水=22567kg/h。
有关计算中的说明：
1）计算中按绝热过程考虑，不考虑脱硫塔的热损失；
2）烟气的比热容按定值计算，其值根据《物理化学》（天津大学物理化学教研室编，高等教育出版社）所提供的数据计算得到；
3）由于吸收液通过循环泵进出脱硫塔，可以假设在系统热平衡建立后，吸收液的温度没有变化；
4）计算中的M水的值只是烟气蒸发的水蒸汽量；
2.2硫平衡计算
烟气量：
660000m3/h（工况）/440577Nm3/h（标况）；
脱硫塔入口SO2含量为7000mg/Nm3；
脱硫塔出口SO2含量为200mg/Nm3；
脱硫量：
440577Nm3/h×（7000-200）mg/Nm3÷106=2996kg/h
2.3电石渣消耗量计算
理论Ca（OH）2需求量：
2996kg/h×74÷64=3464kg/h
实际情况中，电石渣中的Ca（OH）2含量为60%，并且脱硫系统的Ca/S为1.05，因此实际的电石渣消耗量：
3464kg/h÷60%×1.05=6062kg/h
所需的电石渣浆液浓度为20%，因此每小时的电石渣浆液流量：
6062kg/h÷20%=30310kg/h
2.4成品石膏产量计算
成品石膏由CaSO4·2H2O（按CaSO3100%转化为CaSO4）、过剩的Ca（OH）2、杂质等构成。
CaSO4·2H2O的量：
2996kg/h×172÷64=8052kg/h
干物质总量：
8052kg/h+（6062kg/h-3464kg/h）=10650kg/h
脱硫产物含水率按10%计，则总量：
10650kg/h÷90%=11833kg/h
2.5氯平衡计算
设烟气中HCl的质量浓度为50ppm；工艺水中Cl-的质量浓度为120mg/l；石膏中Cl-的质量分数为200mg/kg；外排废水中Cl-的浓度为20000ppm。
根据公式可得外排废水量：
（440577Nm3/h×50ppm×35.5÷36.5÷106+29m3/h×120mg/l÷103-8052kg/h×200÷106）÷20g/l=1.165t/h
2.6水平衡计算
脱硫塔蒸发水量：
22.6t/h
外排水量：
1.2t/h
石膏结晶水量：
1.7t/h
石膏带走水量：
0.9t/h
杂质带走水量：
0.3t/h
因此向系统补水的量：
22.6+1.2+1.7+0.9+0.3=26.7t/h
2.7直排烟囱高度计算
根据烟气的组成，可算出烟气热释放率QH=7472kj/s＜21000kj/s，因此烟气抬升高度ΔH=8.2m。
假设烟囱高度为45m，因此有效烟囱高度为53.2m。
根据公式可得σz=37.6m，该地区稳定度为D，由《横向扩散参数幂函数表达式数据表》和《垂直扩散参数幂函数表达式数据表》，可算出σy=87.2m。
按地面最大浓度计算可得SO2地面最大浓度为0.058mg/m3。
按照GB3095-2012《环境空气质量标准》，SO2年平均排放限值为0.06mg/m3，所计算的烟囱高度符合排放要求。
又根据相关其他标准和厂区实际情况，最终我们将烟囱高度定为60m。
其中脱硫塔塔体为40m，直排烟囱段长度为20m。
三、主要设备清单
3x280t/h+1x240t/h脱硫项目设备清单（1炉1塔）
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
烟气系统
1.1
烟气入口挡板门
尺寸:
4800x2800材质:
碳钢
台
4
1.2
烟气旁路挡板门
材质:
碳钢外包δ=2316L
台
8
1.3
烟道出口挡板门
尺寸:
Ф4000
材质:
碳钢外包δ=2316L
台
4
1.4
密封风机
厂家提供
台
4
1.5
密封风加热器
功率100KW
台
2
1.6
入口烟道补偿器
尺寸:
4800x2800材质:
非金属
台
4
1.7
出口烟道补偿器
尺寸:
Ф4000材质:
非金属
台
4
1.8
原烟气烟道
尺寸:
4800x2800材质:
碳钢
米
1.9
净烟气烟道
尺寸:
Ф4000材质:
碳钢防腐
米
1.10
直排烟囱
尺寸：
Ф4000x2000
材质：
碳钢防腐
米
20
2
吸收系统
2.1
脱硫吸收塔
尺寸:
Ф7800x40000
材质:
碳钢防腐
台
4
2.2
脱硫塔入口段
尺寸:
4800x2800
材质:
碳钢外包δ=2316L
米
8
2.3
喷嘴
材质:
SiC
个
768
每层48个；一塔4层；4塔
2.4
吸收塔除雾器
Φ7800加强阻燃PP
双层除雾器
套
4
2.5
循环泵1
流量：
1322m3/h，扬程：
25m
电机功率：
185KW
防腐耐磨合合金泵
台
4
2.6
循环泵2
流量：
1322m3/h，扬程：
27m
电机功率：
185KW
防腐耐磨合合金泵
台
4
2.7
循环泵3
流量：
1322m3/h，扬程：
29m
电机功率：
200KW
防腐耐磨合合金泵
台
4
2.8
循环泵4
流量：
1322m3/h，扬程：
31m
电机功率：
220KW
防腐耐磨合合金泵
台
4
2.9
循环泵过滤器
尺寸:
Φ600材质：
316L
台
16
2.10
氧化风机
空气流量：
148m3/min
风压：
68.6kPa
电机功率：
220kw
台
6
2.11
喷淋管道
母管DN500材质：
FRP
套
16
2.12
曝气管道
母管DN400材质：
FRP
套
4
2.13
扰动泵
流量：
200m3/h，扬程：
40m
电机功率：
45KW
台
8
2.14
扰动管道
母管DN200材质：
FRP
套
4
2.15
循环泵电动葫芦
起吊高度6米，起重10T
台
2
2.16
集水池
尺寸:
2000x2000x2000
材质:
钢筋混凝土
个
4
2.17
集水池搅拌器
顶进式，密度1.1
插入液面深度1500mm
电机功率：
3KW
台
4
2.18
集水泵
流量：
30m3/h，扬程：
25m
电机功率：
5.5KW
立式泵
台
4
2.19
氧化风机电动葫芦
起吊高度6米，起重10t
台
1
3
脱硫剂制备系统
3.1
制浆池
尺寸:
9000x5500x4000
材质：
钢筋混凝土结构
个
1
3.2
制浆池搅拌器
顶进式，密度1.1
插入液面深度3000mm
电机功率：
11KW
台
2
3.3
电石渣输送泵
流量：
60m3/h，扬程：
20m电机功率：
11KW
台
2
3.4
篮式过滤器
流量：
60m3/h，管径：
DN150
台
2
3.5
供浆池
有效容积:
436m3
材质：
钢筋混凝土结构
个
1
3塔6小时的量
3.6
供浆池搅拌器
顶进式，密度1.1
插入液面深度5000mm
电机功率：
11KW
台
2
3.7
电石渣浆液泵
流量：
30m3/h，扬程：
40m
电机功率：
7.5KW
台
6
4
工艺/工业水系统
4.1
工艺水箱
尺寸：
Φ4000x3000
δ=8材质：
碳钢
个
1
4.2
工艺水泵1
流量：
100m3/h，扬程：
55m
电机功率：
30KW
台
2
4.3
工艺水泵2
流量：
100m3/h，扬程：
60m
电机功率：
30KW
台
2
5
石膏脱水系统
5.1
石膏浆液泵1
流量：
85m3/h，扬程：
40m电机功率：
18.5KW
台
2
石膏浆液泵2
流量：
85m3/h，扬程：
43m电机功率：
22KW
台
2
石膏浆液泵3
流量：
85m3/h，扬程：
47m电机功率：
22KW
台
2
石膏浆液泵4
流量：
85m3/h，扬程：
50m电机功率：
22KW
台
2
5.2
石膏旋流器
浆液流量：
85m3/h
介质浓度：
13%
台
4
5.3
真空皮带机
处理量:
28t/h
台
2
5.4
真空泵
真空皮带脱水机成套提供约为电机功率：
220KW
台
2
5.5
真空泵电动葫芦
台
1
5.6
真空罐
真空皮带脱水机成套提供
个
2
5.7
滤布冲洗水泵
流量：
50m3/h，扬程：
30m
电机功率：
7.5KW
台
3
5.8
滤布冲洗水箱
尺寸：
Φ3000x3000
δ=8材质：
碳钢
个
1
5.9
滤液泵
流量：
85m3/h，扬程：
40m
电机功率：
15KW
台
6
5.10
滤液池
尺寸：
7000x4000x4500
材质：
钢筋混凝土结构
个
1
5.11
滤液池搅拌器
顶进式，密度1.1
插入液面深度3500mm
电机功率：
5.5KW
台
2
6
事故系统
6.1
事故箱
尺寸:
Ф10000x11500
材质:
碳钢防腐
个
1
6.2
事故泵
流量：
85m3/h，扬程：
50m
电机功率：
22KW
台
2
6.3
事故池搅拌器
顶进式，密度1.1
电机功率：
45KW
台
1
升级会员 