某电厂石灰石石膏湿法脱硫系统设计.docx

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某电厂石灰石石膏湿法脱硫系统设计

某电厂石灰石石膏湿法脱硫系统设计

XXXXX大学本科毕业设计说明书×某电厂石灰石-石膏湿法脱硫系统设计专业环境工程班级环工学号学生姓名指导教师完成日期年月日×某电厂石灰石-石膏湿法脱硫系统设计×摘要：

据统计，我国目前约有30万台中小型燃煤工业锅炉，耗煤量占全国原煤产量的1/3。

而这些锅炉中，部分没有安装脱硫设备，致使这些地区酸雨频频发生，严重危害了工农业生产和人体健康。

因此，烟气脱硫是当前环境保护的一项重要工作。

目前，世界上烟气脱硫工艺达数百种之多。

脱硫装置的分类有许多种，按脱硫产物的价值可分为回收法和抛弃法，按吸收剂和脱硫产物的状态可分为湿法、半干法和干法。

常见脱硫工艺有：

氨法脱硫、石灰石-石膏法、炉内喷钙、旋转喷雾法、循环硫化床。

在这些脱硫工艺中，有的技术较为成熟，已经达到工业应用的水平，有的尚处于试验研究阶段。

在以上几种脱硫工艺中，以石灰石-石膏湿法脱硫工艺最为成熟、可靠，该技术目前在世界上也是应用最多的脱硫工艺。

本次设计主要设计的是一套除尘脱硫系统，该系统主要包括除尘系统、烟气系统、吸收系统、吸收剂浆液制备系统、石膏脱水系统以及废水处理系统，并重点对电除尘器、吸收系统、吸收剂浆液制备系统和石膏脱水系统中的主要设备进行计算设计选型。

关键词：

湿法石灰石－石膏法；

电除尘器；

烟气脱硫；

主体设备计算WetlimestonegypsumfluegasdesulphurizationsystemdesignofthePowerPlantAbstract:

Accordingtostatistics,nowchinahasabout300,000mediumandsmallcoalfiredindustrialboiler,coalconsumptionaccountsforthenationalcoalproduction1/3.someoftheseboilersdonothavetoinstalldesulphurizationequipmentresultingintheseareasofacidrainhappensagainandagain,seriousharmtotheindustrialandagriculturalproductionandhumanhealth.Therefore,fluegasdesulphurizationisthecurrentenvironmentalprotectionanimportantwork.Atpresent,thefluegasdesulphurizationprocesshasmanykinds.Desulphurizationdeviceclassificationhasmanykinds,accordingtothedesulphurizationproductsvaluecanbedividedintorecyclingmethodandabandonmentmethod,accordingtotheabsorbentanddesulphurizationproductsofthestatecanbedividedintowetanddry,semi-dry.Commondesulphurizationprocessis:

ammoniadesulphurization,limestone-gypsum,sprayingcalciuminsidefurnace,rotatingspraymethod,circulatingfluidizedbed.Intheaboveseveraldesulphurizationtechnologies,withwetlimestonegypsumfluegasdesulphurizationtechnologythemostmature,reliable,thetechnologycurrentlyintheworld,butalsotheapplicationofmostofthedesulphurizationprocess.Inthedesulphurizationprocess,thetechnologyismoremature,havereachedthelevelofindustrialapplication,somearestillatthestageofexperimentalstudy.Thedesignofmydesignisasetofdustremovalanddesulphurizationsystem,thissystemmainlyincludesthedustremovalsystem,fluegassystem,theabsorptionsystem,theabsorbentslurrypreparationsystem,gypsumdewateringsystemandwastewatertreatmentsystem,andfocusonelectricprecipitator,absorptionsystem,absorbentslurrypreparationsystemandthegypsumdewateringsystemofmainequipmentcalculationofthedesigntypeselection.Keywords:

wetlimestone-gypsummethod；

electricdustcollector；

fluegasdesulphurization；

mainequipmentcalculation目录第一章文献综述11.1烟气除尘脱硫的背景11.2烟气脱硫的目的及意义11.3课题研究的主要内容2第二章工程概况32.1设计原始材料32.2设计标准32.3设计主要内容3第三章除尘选择43.1各除尘器的简述43.1.1离心式除尘器43.1.2洗涤式除尘器43.1.3袋式除尘器53.1.4电除尘器53.1.5旋风除尘器63.2主要除尘器的选用73.2.1除尘效率73.2.2系统变化对除尘器的影响73.2.3运行与管理93.2.4设备投资93.2.5运行维护费用10第四章烟气脱硫工艺的选择114.1几种常见的脱硫工艺114.1.1石灰石-石膏湿法脱硫工艺114.1.2旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺（LSD法）114.1.3炉内喷钙加尾部增湿活化工艺（LIFAC法）124.1.4烟气循环流化床脱硫（CFB）工艺134.2脱硫工艺比较134.2.1本设计采用的脱硫系统144.3石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺系统154.3.1烟气系统154.3.2吸收系统154.3.3石灰石浆液制备系统154.3.4石膏脱水系统16第五章除尘脱硫系统物料平衡计算175.1除尘工艺设计计算175.1.1烟气量、烟尘和二氧化碳浓度的计算175.1.2除尘器的选择195.1.3系统管道管径的计算205.1.4系统阻力的计算205.1.5风机及电动机选择及计算22第六章脱硫工艺设计计算246.1吸收塔的选择246.2吸收塔尺寸设计计算256.2.1吸收塔塔径256.2.2吸收浆液量256.2.3喷淋层256.2.4氧化系统266.3吸收塔附属设备的选型266.3.1除雾器266.3.2除雾器冲洗系统276.3.3循环浆液泵276.3.4吸收塔排浆泵276.4吸收塔高度的计算276.4.1烟气进口底部至浆液面的距离h2286.4.2烟气进出口高度h3286.4.3最上层喷浆管与第一段除雾器的高度差h4286.4.4烟气出口距除雾器距除雾器最上端冲洗水管距离286.4.5吸收塔附属部件设计286.5浆液制备系统的设计计算296.5.1浆液制备系统的选择296.5.2主要设备的计算296.6其他系统设备设计选择296.6.1增压风机316.6.2搅拌器316.6.3石膏处置系统316.6.4废水排放系统和处理系统326.6.5浆液排放和回收系统326.6.6工艺水耗量的计算32第七章烟囱的设计计算357.1烟囱高度的确定357.1.1烟囱直径的确定357.1.2烟囱的抽力计算367.2辅助设备设计计算367.2.1烟气换热器的设计计算367.3供剂管管径计算387.3.1脱硫塔供液管管径计算39第八章设备布置和预算398.1总体布置398.2工程概算408.2.1除尘部分工程概算408.2.2脱硫部分工程概算40第九章结论41参考文献42致谢……………………………………………………………………………...44第一章文献综述1.1烟气除尘脱硫的背景当今世界上电力产量的60%是利用煤炭资源生产的，我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一[1]。

其中SO2是形成酸雨的主要成分，酸雨不仅严重腐蚀建筑物，而且毁坏大面积的森林和农作物[2]，对生态环境产生严重的影响，同时煤炭燃烧会产生粉尘会对人体造成危害[3]。

《国家环境保护十一五规划》纲要中明确提出：

十一五期间二氧化硫排放量减少10%的削减目标[4]。

这一重要约束性指标提出后，2006年火电厂二氧化硫排放总量不但没有减少，反而由2005年的1300万吨增长到1350万吨，增长了3.8%。

2007年经过采取节能减排措施，每年二氧化硫排放总量有所减少，但是要完成十一五规定的减排任务仍十分艰巨。

近期氮氧化物的减排任务也开始提上日程[5]。

这将是推动我国火电厂脱硫脱硝行业快速发展的动力和要求。

1.2烟气脱硫的目的及意义锅炉燃料中的硫在燃烧过程中与O2反应生成氧化物（主要是SO2和SO3），脱硫工艺所要脱除的就是锅炉尾气中的有害气体SO2和SO3。

据联合国环境规划署1988年公布的统计资料显示，SO2已成为世界第一大污染物[6]，人类每年向大气排放的SO2达1.8亿吨。

据统计，1995年全国二氧化硫排放量2370万吨，占世界首位[7]。

电力工业的火力发电厂的排放量为830万吨，约占35%。

到2000年，随火电装机容量的增长，如果再不采取有力的控制措施，燃煤电厂排放的二氧化硫将达到全国总排放量（预计2730万吨）的50%。

预计在2010年燃煤电厂排放的二氧化硫将增加到占全国总排放量的65%。

很显然，要达到国务院提出的要求在2010年将二氧化硫排放量控制在2000年的水平，电力工业将成为消减二氧化硫排放量的重点工业[8]。

因此本课题主要研究目的为根据设计所给参数对某电厂烟气脱硫除尘系统进行系统的设计，使该电厂排放烟气中的SO2及烟尘达到国家排放标准，有效地控制当地空气污染物，改善空气质量，提高居民生活质量，该课题是具有实际意义和具有一定必要性的。

1.3课题研究的主要内容课题研究主要内容包括：

根据设计任务进行资料收集和调研；

脱硫工艺的选择（石灰石浆液制备方式的选择、GGH设置的选择、增压风机的选择、石膏浆液储运方式的选择）；

净化系统工艺设计计算（包括脱硫除尘系统、吸收剂制备系统、脱硫系统）；

主要烟气净化装置选择和工艺设计（除尘器、管道和泵、风机等）；

脱硫系统的设计优化（石膏处理系统、废水排放系统、工艺水系统）；

总工艺流程的设计；

脱硫设施总平面布置的合理性；

工程概算、技术经济分析。

第二章工程概况2.1设计原始材料某燃煤采暖锅炉，吸收塔前烟气量（标态、湿态）300，000Nm3/h；

烟气最高温度160℃；

烟气含尘量2340mg/m3；

烟气中二氧化硫含量1950mg/m3；

脱硫塔出口烟温60℃；

标准状态下烟气密度1.34kg/m3。

2.2设计标准《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2001《袋式除尘器技术要求》GB/T6719-2009《袋式除尘器性能测试方法》GB12138-89《袋式除尘器安装技术要求与验收规范》JB/T8471-1996《环境空气质量标准》GB3095-1996锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）二类标准：

标准状态下烟尘浓度排放标准：

200mg/m3标准状态下二氧化硫排放标准：

900mg/m32.3设计主要内容本设计主要是介绍该除尘脱硫系统中的各个子系统的工艺过程和设备布置，它们分别是除尘系统、烟气系统、吸收系统、吸收剂浆液制备系统、石膏脱水系统以及废水处理系统，并对电除尘器、吸收系统、吸收剂浆液制备系统和石膏脱水系统中的主要设备进行计算设计选型。

最后对所设计除尘脱硫系统做出总结性分析，并作简单的工程概算和技术经济分析。

第三章除尘选择3.1各除尘器的简述3.1.1离心式除尘器离心式除尘器[1]工作原理为：

含尘气体从除尘器的下部进入，并经叶片导流器产生向三移动的旋流。

与此同时，向上运动的含尘气体的旋流还受到切向布置下斜喷嘴喷出的二次空气旋流的作用。

由于二次空气的旋流方向与含尘气流的旋流方向相同，因此，二次空气旋流不仅增大含尘气流的旋流速度，增强对尘粒的分离能力，而且还起到对分离出的尘粒向下裹携作用，从而使尘粒能迅速地经尘垃导流板进入贮灰器中。

裹携尘粒后的二次空气流，在除尘器的下部反转向上，混入净化后的含尘气中，并从除尘善顶部排出。

图3-1离心式除尘器简图3.1.2洗涤式除尘器洗涤式除尘器[1]是用液滴、液膜、气泡等洗涤含尘气体，使含烟气相互凝集，从而使尘粒得到分离的装置。

其中应用最多的是文丘里洗涤除尘器，它的主要部件是文丘里管。

文丘里洗涤器的除尘效率一般在95%以上，它随液滴直径、喉管气速的增加而增加。

当液滴直径比尘粒大50倍时，其除尘效率最高。

这种除尘器结构简单，除尘效率高，水滴还能吸收烟气中的二氧化硫的三氧化硫。

其缺点是阻力大，需要有污水处理装置。

图3-2洗涤式除尘器简图3.1.3袋式除尘器袋式除尘器[1]是使含尘气体通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用玻璃纤维作滤料的空气过滤器，主要可用于通风及空气调节的气体净化。

袋式除尘器的除尘机理如下：

含尘气体进入滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体从排出口排出，沉积在滤料上的粉尘可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中，逐渐在滤袋表面形成粉尘初层，它成为主要过滤层，提高了除尘效率，滤布起形成粉尘初层和支撑它的骨架作用，袋除尘器的阻力一般为1000-2000Pa。

图3-3袋式除尘器简图3.1.4电除尘器电除尘器[4]是利用静电力实现尘粒与烟气流分离的一种除尘装置。

电除尘器是在放电极与平板状集尘极之间加以较高的直流电压，使电晕极发生电晕放电。

当含尘烟气低速流过放电极与集尘极之间时，首先烟气中的气体分子发生电离，由于含尘烟气中大部分气体（氮气、氢气、二氧化碳）与电无亲和力，故会带负电荷成为负离子，它在向正极移动中遇到随烟气流动的大部分粉尘会使粉尘取得负电荷而转向阳极板上，使粉尘所带的电荷得到中和。

集尘板上粉尘到一定厚度时，可用机械振打的方法使之落入灰斗。

电除尘器的除尘效率与电场强度、集尘板面积、烟气流量、粉尘趋进速度，尤其是粉尘的导电性有关，电除尘器具有很高的除尘效率（可达99.99%），可捕集到0.1μm以上的尘粒。

它阻力小，运行费用低，处理烟气量的能力大，运行操作方便，可完全实现自动化。

缺点是设备庞大，投资费用高。

图3-4静电除尘器简图3.1.5旋风除尘器旋风除尘器[5]是使含尘气流作高速旋转运动，借助离心力的作用将颗粒物从气流中分离并收集下来的除尘装置。

进入旋风除尘器的含尘气流沿简体内壁边旋转边下降，同时有少量气体沿径向运动到中心区域中，当旋转气流的大部分到达锥体底部附近时，则开始转为向上运动，中心区域边旋转边上升，最后由出口管排出，同时也存在着离心的径向运动。

通常将旋转向下的外圈气流称为外旋涡，而把锥体底部的区域称为回流区或者混流区。

旋风除尘器烟气中所含颗粒物在旋转运动过程中，在离心力的作用下逐步沉降茁涂尘器的内壁上，并在外旋涡的推动和重力作用下，大部分颗粒物逐渐沿锥体内壁降落到灰斗中。

旋风除尘器结构简单，除尘器本身无运动部件，不需特殊的附件设备，占地面积小，制造、安装投资较少。

操作、维护简单，压力损失中等，动力消耗不大，运转、维护费用较低。

操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度限制。

对于粉尘的物理性质无特殊要求，同时可根据化工生产的不同要求，选用不同材料制成，或内衬各种不同的耐磨、耐热材料，以提高使用寿命。

图3-5旋风除尘器简图3.2主要除尘器的选用在选择除尘技术时，应充分考虑经济性、可靠性、适用性和社会性等方面的影响。

除尘技术的确定受到当地条件、现场条件、燃烧煤种特性、排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素的影响。

针对目前环保要求、污染物排放费用的征收情况以及静电除尘器[6]和布袋除尘器[6]在性能上的差异和在各行各业应用的实际情况，对两种除尘器在实际应用中的基本性能做一个简单客观的对比。

3.2.1除尘效率电除尘器[7]：

吸尘效率高，电除尘器装置可通过加长电场长度达到99%以上的除尘效率，可处理大容量烟气，目前单台电除尘器处理气量已达2，000，000m3/h，这样的气量用袋式除尘器或用旋风除尘室极不经济的。

布袋除尘器[7]：

对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效。

通常除尘效率可达99.99%以上，排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3，甚至可达10mg/Nm3以下，几乎实现零排放。

袋式除尘器运行性能稳定可靠，无污泥处理和腐蚀等问题，操作维护简单。

针对本设计处理烟气量较大的原因，电除尘器所带来的经济效益是显而易见的。

3.2.2系统变化对除尘器的影响锅炉系统是一个经常变动和调节的系统，因此从锅炉中出来的烟气物化性能、烟尘浓度、温度等参数也不能保证不发生变化。

这一系列的变化，针对不同的除尘器会引起明显不同的变化。

下面从主要的几个方面进行对比：

3.2.2.1送、引风机风量不变，锅炉出口烟尘浓度变化对静电除尘器，烟尘浓度的变化直接影响粉尘的荷电量，因此也直接影响了静电除尘器的除尘效率，最终反映在排放浓度的变化上。

通常烟尘浓度增加除尘效率提高，排放浓度会相应增加；

烟尘浓度减小除尘效率降低，排放浓度会相应降低。

对布袋式除尘器，烟尘浓度的变化只引起布袋除尘器滤袋负荷[8]的变化，从而导致清灰频率改变（自动调节）。

烟尘浓度高滤袋上的积灰速度快，相应的清灰频率高，反之清灰频率低，而对排放浓度不会引起变化。

3.2.2.2锅炉烟尘量不变，送、引风机风量变化对静电除尘器，风量的变化对设备没有什么太大影响，但是静电除尘器的除尘效率随风量的变化非常明显。

若风量增大，静电除尘器电场风速提高，粉尘在电场中的停留时间缩短，虽然电场中风扰动增强了荷电粉尘的有效驱进速度，但是这不足以抵偿高风速引起的粉尘在电场中驻留时间缩短和二次扬尘加剧所带来的负面影响，因此除尘效率降低非常明显；

反之，除尘效率有所增加，但增加幅度不大。

对布袋除尘器，由于风量的变化直接引起过滤风速的变化，从而引起设备阻力的变化，而对除尘效率基本没有影响。

风量加大设备阻力加大，引风机出力增加；

反之引风机出力减小。

3.2.2.3烟气温度的变化对静电除尘器，烟气温度太低，结露就会引起壳体腐蚀或高压爬电，但是对除尘效率是有好处的；

烟气温度升高，粉尘比电阻[12]升高不利于除尘。

因此烟气温度直接影响除尘效率，且影响较为明显。

对布袋除尘器，烟气温度太低，结露可能会引起“糊袋”[10]和壳体腐蚀，烟气温度太高超过滤料允许温度易“烧袋”而损坏滤袋。

但是如果温度的变化是在滤料的承受温度范围内，就不会影响除尘效率。

引起不良后果的温度是在极端温度[11]（事故/不正常状态）下，因此对于布袋除尘器就必须设有对极限温度控制的有效保护措施。

3.2.2.4气流分布对静电除尘器，静电除尘器非常敏感电场中的气流分布，气流分布的好坏直接影响除尘效率的高低。

在静电除尘器性能评价中，气流分布的均方根指数[17]通常是评价一台静电除尘器的好坏的重要指标之一。

对布袋除尘器，除尘效率与气流分布没有直接关系，即气流分布不影响除尘效率。

但除尘器内部局部气流分布应尽量均匀，不能偏差太大，否则会由于局部负荷不均或射流磨损造成局部破袋，影响除尘器滤袋[13]的正常使用寿命。

3.2.3运行与管理3.2.3.1运行与管理对静电除尘器，运行中对除尘效率的干扰因素多，排放不稳定；

控制相对较为复杂，高压设备安全防护要求高。

由于静电除尘器均为钢结构，不易损坏，相对于布袋除尘器，设备管理要求不很严格。

对布袋除尘器，运行稳定，控制简单，没有高电压设备，安全性好，对除尘效率的干扰因素少，排放稳定。

由于滤袋是布袋除尘器的核心部件，是布袋除尘器的心脏，且相对比较脆弱、易损，因此设备管理要求严格。

3.2.3.2停机和启动对静电除尘器，方便，可随时停机。

对布袋除尘器，方便，但长期停运时需要做好滤袋的保护工作。

3.2.3.3检修与维护对静电除尘器，检修时一定要停机对布袋除尘器，可实现不停机检修，即在线维修。

3.2.4设备投资

（1）对于常规的烟气条件和粉尘（主要是指比较适合静电除尘器的烟气），两种除尘器排放浓度要达到目前较低的环保要求（如150mg/m3）[19]初期投资布袋除尘器比静电除尘器约高20-35%左右。

（2）对于低硫高比电阻粉尘、高SiO2、Al2O3类不适合静电除尘器捕集的粉尘，两种除尘器要达到目前较低的环保要求（如150mg/m3）[19]初期投资静电除尘器和布袋除尘器相当或静电除尘器投资高些。

（3）通常条件下达到相同的除尘效率或者说达到相同的排放浓度，静电除尘器的投资通常要比布袋除尘器的投资高。

3.2.5运行维护费用3.2.5.1运行能耗对静电除尘器：

风机能耗小，电场能耗大。

对布袋除尘器：

风机能耗大，清灰能耗小。

但是，总体来讲两种除尘器的电耗相当。

对于静电除尘器难以捕集的粉尘，或者说当静电除尘器的电场数量超过4电场时，静电除尘器的能耗比布袋除尘器的要高，也就是说此时的静电除尘器运行费用要比布袋除尘器高。

如果按照即将出台的新环保标准，静电除尘器要是做到达标话，必定是采用4电场以上的静电除尘器，其电耗也就一定比布袋除尘器高。

3.2.5.2维护费用静电除尘器的维护维修费用主要是对阳极板[12]、阴极线[12]和振打锤等的更换等。

此项费用较高，但年限比较长，约6年左右。

布袋除尘器的维护检修费用主要是滤袋更换费，从目前实际运行情况来看，一次滤袋的更换费用只需要1.5-2年排污费比静电除尘器的少缴部分就可以抵偿。

3.2.5.3经济效益分析首先从除尘器的进口粉尘浓度来看，除尘器浓度较高，且必须达到最低97.5%的净