石灰石石膏湿法脱硫工艺课程设计.docx

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石灰石石膏湿法脱硫工艺课程设计

石灰石石膏湿法脱硫工艺课程设计



成绩

XXXXX大学

课程设计说明书（论文）

题

目

2x300MW石灰石/石膏湿法脱硫工艺

课程名称

脱硫脱硝技术课程设计

院（系、部、中心）

专

业

环境工程

班

级

学生姓名

学

号

设计地点

指导教师

设计起止时间：

年

月

日至

年

月

日

目录

一．前言2

二．工艺介绍2

三、工艺设计步骤3

3.1、烟气参数、煤质资料、吸收剂成份、脱硫效率；3

3.1.1已知参数：

3

3.1.2设计条件：

4

3.1.3设计内容：

4

3.1.4煤质参数5

3.2、系统流程的确定；6

四．设计计算8

4.1.原始数据8

4.2燃料灰渣计算12

4.3FGD进口烟气量的计算13

4.4石灰石与石膏耗量18

4.5除尘器出口飞灰浓度19

五．烟温和水平衡计算（有GGH计算结果示例）19

5.1、原烟气（增压风机前）19

5.2、原烟气（增压风机后）19

5.3、GGH原烟气出口20

5.4、吸收塔出口20

5.5、GGH净烟气出口21

5.6、氧化空气流量21

5.7、蒸发水量22

5.8、脱硫反应热22

5.9、吸收塔内放热22

5.10、水蒸气蒸发吸热23

5.11、余热比率23

5.12、水平衡23

5.13、石灰石用量（25~35%）24

5.14、副产物的生成量（15~25%）24

5.15、主要设备25

5.15.1、吸收塔25

5.15.2、氧化槽25

5.16、设计参数汇总（有GGH）25

六．主要参考文献26

七．总结和心得26

2×300MW石灰石/石膏湿法脱硫工艺参数设计（有GGH）

一．前言

我国的能源构成以煤炭为主，其消费量占一次能源总消费量的70%左右，这种局面在今后相当长的时间内不会改变。

火电厂以煤作为主要燃料进行发电，煤直接燃烧开释出大量SO2，造成大气环境污染，且随着装机容量的递增，SO2的排放量也在不断增加，加大火电厂SO2的控制力度就显得非常紧迫和必要。

SO2的控制途径有三个：

燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫即烟气脱硫（FGD），目前烟气脱硫被以为是控制SO2最行之有效的途径。

目前国内外的烟气脱硫方法种类繁多，主要分为干法（或半干法）和湿法两大类。

湿法脱硫工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作为吸收剂，技术比较成熟，是目前使用最广泛的脱硫技术，根据吸收剂种类的不同又可分为石灰石/石膏法（钙法）、氨法、海水法等。

其中钙法因其成熟的工艺技术，在世界脱硫市场上占有的份额超过80%。

截至2021年底，我国脱硫装机超过6亿千瓦，其中85%以上为湿法烟气脱硫，多存系统稳定性差，脱硫效率波动较大等问题。

火电厂大气污染物排放标准xxxx-2021将执行200mg/m3的SO2排放浓度限值，且新建脱硫装置将不允许设置旁路，对脱硫装置性能与可靠性要求极高。

二．工艺介绍

本课程设计采用的工艺为石灰石-石膏湿法全烟气脱硫工艺，吸收塔采用单回路喷淋塔工艺，含有氧化空气管道的浆池布置在吸收塔底部，氧化空气空压机（1用1备）安装独立风机房内，用以向吸收塔浆池提供足够的氧气和/或空气，以便亚硫酸钙进一步氧化成硫酸钙，形成石膏。

塔内上部烟气区设置四层喷淋。

4台吸收塔离心式循环浆泵（3运1备）每个泵对应于各自的一层喷淋层。

塔内喷淋层采用FRP管，浆液循环管道采用法兰联结的碳钢衬胶管。

喷嘴采用耐磨性能极佳的进口产品。

吸收塔循环泵将净化浆液输送到喷嘴，通过喷嘴将浆液细密地喷淋到烟气区。

从锅炉来的100%原烟气中所含的SO2通过石灰石浆液的吸收在吸收塔内进行脱硫反应，生成的亚硫酸钙悬浮颗粒通过强制氧化在吸收塔浆池中生成石膏颗粒。

其他同样有害的物质如飞灰、SO3、HCI和HF大部分含量也得到去除。

吸收塔内置两级除雾器，烟气在含液滴量低于100mg/Nm3（干态）。

除雾器的冲洗由程序控制，冲洗方式为脉冲式。

石膏浆液通过石膏排出泵（1用1备）从吸收塔浆液池抽出，输送至至石膏浆液缓冲箱，经过石膏旋流站一级脱水后的底流石膏浆液其含水率约为50%左右，直接送至真空皮带过滤机进行过滤脱水。

溢流含3~5%的细小固体微粒在重力作用下流入滤液箱，最终返回到吸收塔。

旋流器的溢流被输送到废水旋流站进一步分离处理。

石膏被脱水后含水量降到10%以下。

在第二级脱水系统中还对石膏滤饼进行冲洗以去除氯化物，保证成品石膏中氯化物含量低于100ppm，以保证生成石膏板或用作生产水泥填加料（掺合物）优质原料（石膏处理系统共用）。

三、工艺设计步骤

3.1、烟气参数、煤质资料、吸收剂成份、脱硫效率；

3.1.1已知参数：

（1）设计煤质（详细数据见指导书）。

（2）哈尔滨锅炉有限公司HG-1060/17.5-HM35型号锅炉（详细数据见指导书）。

（3）环境温度20℃，空气中的水质量含量1%。

（4）石灰石品质：

CaCO3含量98.2%，SiO2含量1.1%，CaO含量54.5%，MgO含量0.65%，S含量0.025%。

（5）电除尘器除尘效率99.7%。

（6）除尘器漏风系数3%。

（7）增压风机漏风系数1%。

（8）GGH漏风系数1%。

3.1.2设计条件：

（1）除尘器出口烟气温度138℃。

（2）脱硫效率95%。

（3）氧化倍率2。

（4）Ca/S摩尔比1.03。

（5）烟气流速3.5m/s。

（6）雾化区停留时间2.5s。

（7）液气比14L/m3。

（8）停留时间5s。

（9）GGH净烟气侧出口温度80℃。

3.1.3设计内容：

（1）燃料灰渣计算。

（2）FGD系统烟气量计算。

（3）石灰石与石膏耗量计算。

（4）除尘器出口飞灰计算。

（5）设计计算（氧化风量、蒸发水量、脱硫反应热、吸收塔内放热、水蒸发吸收、水平衡、石灰石用量、石膏产量、吸收塔尺寸、氧化槽尺寸核算等）。

（6）对本设计的评述或有关问题的分析讨论。

（7）吸收塔工艺流程图，并在图上标注系统主要烟气流量与SO2浓度参数。

（8）绘制吸收塔塔体结构尺寸图。

3.1.4煤质参数

工业与元素分析

单位

煤种1

Cy

%

49.9

Hy

%

3

Oy

%

5.57

Ny

%

0.86

Sy

%

0.59

AY

%

31.58

Wy

%

8.5

Vr

%

17.86

QyDW

kJ/kg

18870

3.2、系统流程的确定；

图1石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺流程图

图2吸收塔结构尺寸图

四．设计计算

4.1.原始数据

序号

项目

符号

单位

煤种

（1）煤质资料

1

应用基碳份

Cy

%

49.9

2

应用基氢份

Hy

%

3

3

应用基氧份

Oy

%

5.57

4

应用基氮份

Ny

%

0.86

5

应用基硫份

Sy

%

0.59

6

应用基灰份

AY

%

31.58

7

应用基水份

Wy

%

8.5

8

低位发热量

QyDW

kJ/kg

18870

（2）锅炉型号及参数

1

锅炉型号

SG220/9.8-M671

2

锅炉制造厂

哈尔滨锅炉有限公司

3

蒸发量

Dgr

t/h

1060

4

过热蒸汽温度

tgr

℃

540

5

过热蒸汽压力

pgr

Mpa

17.50

6

过热蒸汽焓

igr

kJ/kg

3395.3

7

再热蒸汽流量（出口/进口）

Dzr

t/h

879

8

再热蒸汽温度（出口）

t"zr

℃

540

9

再热蒸汽温度（进口）

t'zr

℃

332

10

再热蒸汽压力（出口）

p"zr

Mpa

3.975

11

再热蒸汽压力（进口）

p'zr

Mpa

3.775

12

再热蒸汽焓（出口）

i"zr

kJ/kg

3538.73

13

再热蒸汽焓（进口）

i'zr

kJ/kg

3147.76

14

汽包压力

p

Mpa

19.00

15

排污率

αps

0.01

16

排污水焓

ips

kJ/kg

1749.5

17

给水温度

tgs

℃

282

18

给水压力

pgs

Mpa

19.392

19

给水焓

igs

kJ/kg

1333.60

20

锅炉效率（高位发热量计）

ηgl

0.8314

21

锅炉效率（低位发热量计）

ηdl

0.9247

22

机械未完全燃烧损失

q4

%

1.00

23

炉膛过剩空气系数

αl

1.15

24

空预器出口过剩空气系数

αky

1.20

25

空预器进口过剩空气系数

αky

1.33

25

灰渣分配比例

Φh

%

85

（3）环境参数

1

环境温度

t0

℃

20

2

标态下SO2密度

kg/Nm3

2.856

3

空气中的水质量含量

%

1

4

空气密度

kg/m3

1.29

（4）石灰石品质资料（石灰石矿点）

1

CaCO3含量

%

98.2

2

SiO2含量

%

1.1

3

CaO含量

%

54.5

4

MgO含量

%

0.65

5

S含量

%

0.025

（5）电除尘器资料

1

电除尘器数量

2

每台电除尘器电场数

3

厂商

4

型式

5

除尘效率

ζep

%

99.7

（6）吸收塔设计参数

1

除尘器出口烟气温度

℃

138

2

脱硫效率

%

95

3

氧化倍率

2

4

空气中的水含量

kg/kg

0.008

5

空气密度

kg/m3

1.290

6

石灰石含量

%

98.2

7

镁含量

%

0.65

8

钙硫比

1.03

9

烟气流速

m/s

3.5

10

雾化区停留时间

s

2.5

11

液气比

L/m3

14

12

停留时间

min

5

4.2燃料灰渣计算

序号

项目

符号

单位

计算公式

计算结果

1

耗煤量

Bh

t/h

=（Dgr（igr-igs）+αps（i'-igs）+Dzr（izc-izj））/（Qgηg）

161.20

2

计算燃料消耗量

Bj

t/h

=Bh*（100-q4）/100

159.59

3

除尘器进口灰量

Gepi

t/h

=φh*ζep

24.63

4

除尘器出口灰量

Gepo

t/h

=φh*（1-ζep）

0.074

4.3FGD进口烟气量的计算

（1）烟气量的计算

序号

项目

符号

单位

计算公式

计算结果

1

理论空气量

Vo

Nm3/Kg

0.0889（Cy+0.375Sy）+0.265Hy-0.0333Oy

5.065

2

N2理论体积

VN20

Nm3/Kg

0.79V0+0.008Ny

4.008

3

CO2理论体积

VCO20

Nm3/Kg

1.866Cy/100

0.931

4

SO2理论体积

VSO20

Nm3/Kg

0.7Sy/100

0.004

5

RO2理论体积

VRO20

Nm3/Kg

1.866（Cy+0.375Sy）/100

0.935

6

水蒸汽理论体积

VH2O0

Nm3/Kg

0.111Hy+0.0124Wy+0.0161V0

0.520

7

燃烧产物理论体积

Vy0

Nm3/Kg

VN20+VRO20+VH2O0

5.464

8

空预器出口燃烧产物实际体积（（湿）

Vky

Nm3/Kg

Vy0+0.0161（αky-1）V0+（αky-1）V0

6.493

9

蒸汽吹灰量

g

kg/kg

锅炉厂定

0.00

10

空预器出口烟气比重

r0y

Kg/Nm3

（1-0.01Ay+1.285αkyV0+g）/Vky

1.316

11

空预器出口烟气量

Qpy

Nm3/h

Vky*Bj*103

xxxx

12

除尘器漏风系数

△α1

除尘器厂给定

0.03

13

增压风机漏风系数

△α2

增压风机厂给定

0.01

14

GGH漏风系数

△α3

GGH厂给定

0.01

15

除尘器出口温度

t1

℃

（αky*tpy+△α1*t0）/（αky+△α1）

135

16

增压风机出口温度

t2

℃

（αky*tpy+∑△α*t0）/（αky+∑△α）

134

17

GGH出口温度

t3

℃

（αky*tpy+∑△α*t0）/（αky+∑△α）

133

18

除尘器出口烟气实际体积（湿烟气）

Vpy1

Nm3/Kg

Vky+0.0161△α1*V0+△α1*V0

6.647

19

除尘器出口烟气量（湿态、标态）

Qpy1b

Nm3/h

Vpy1*Bj*103

xxxx

20

除尘器出口烟气实际体积（干烟气）

Vpy1g

Nm3/Kg

VN2＋VO2＋VCO2＋VSO2

6.108

21

增压风机进口烟气量（标干）

Qpy1

m3/h

Vpy1*Bj*103*（273+t1）/273

xxxx

22

增压风机出口烟气实际体积（湿烟气）

Vpy2

Nm3/Kg

Vky+0.0161∑△α*V0+∑△α*V0

6.699

23

增压风机出口烟气量（湿态、标态）

Qpy2b

Nm3/h

Vpy2*Bj*103

xxxx

24

增压风机出口烟气量（湿态、实际）

Qpy2

m3/h

Vpy2*Bj*103*（273+t3）/273

6.108

25

增压风机烟气实际体积（干烟气）

Vpy2

Nm3/Kg

VN2＋VO2＋VCO2＋VSO2

xxxx

26

增压风机出口烟气量（干态、标态）

Qpy2b

Nm3/h

Vpy2b*Bj*103

xxxx

27

增压风机出口烟气量（干态、实际）

Qpy2

m3/h

Vpy2*Bj*103*（273+t3）/273

xxxx

（2）除尘器出口烟气成分

序号

项目

符号

单位

计算公式

计算结果

1

N2体积

VN2

Nm3/Kg

VN20+0.79（αky+∑△α-1）Vo

4.9288

2

O2体积

VO2

Nm3/Kg

0.21（αky+∑△α-1）Vo

0.2447

3

CO2体积

VCO2

Nm3/Kg

VCO20

0.9311

4

SO2体积

VSO2

Nm3/Kg

0.85*VSO20

0.0035

5

水蒸汽体积

VH2O

Nm3/Kg

0.5387

（3）FGD进口烟气成分

序号

项目

符号

单位

计算公式

计算结果

1

N2体积

VN2

Nm3/Kg

VN20+0.79（αky+∑△α-1）Vo

4.9688

2

O2体积

VO2

Nm3/Kg

0.21（αky+∑△α-1）Vo

0.2553

3

CO2体积

VCO2

Nm3/Kg

VCO20

0.9311

4

SO2体积

VSO2

Nm3/Kg

0.85*VSO20

0.0035

5

水蒸汽体积

VH2O

Nm3/Kg

0.5395

（4）烟气成分与湿烟气量比值

序号

项目

符号

单位

计算公式

计算结果

1

N2体积百分比

%

100*VN2/Vpy4

74.17

2

O2体积百分比

%

100*VO2/Vpy4

3.81

3

CO2体积百分比

%

100*VCO2/Vpy4

13.90

4

SO2体积百分比

%

100*VSO2/Vpy4

0.05

5

水蒸汽体积百分比

%

100*VH2O/Vpy4

8.05

（5）烟气成份与干烟气量比值

序号

项目

符号

单位

计算公式

计算结果

1

N2体积百分比

%

100*VN2/Vpy4

81.35

2

O2体积百分比

%

100*VO2/Vpy4

4.18

3

CO2体积百分比

%

100*VCO2/Vpy4

15.24

4

SO2体积百分比

%

100*VSO2/Vpy4

0.06

（6）原烟气中SO2浓度计算

序号

项目

符号

单位

计算公式

计算结果

1

转换成SO2体积

VSO2s

Nm3/Kg

VSO2

0.003511

2

原烟气SO2体积流量

QSO2v

Nm3/h

VSO2s*Bj*103

560.24

3

原烟气SO2质量流量

QSO2m

kg/h

ρSO2*QSO2v

1600.05

4

原烟气进口SO2浓度（干态）

CSO2

mg/Nm3

1000*1000*QSO2m/（Qpy5*273/（273+t4））

2232.34

2448.26

4.4石灰石与石膏耗量

序号

项目

符号

单位

计算公式

计算结果

1

石灰石耗量

Glim

t/h

3.716

2

副产物石膏产量

Ggy

t/h

Qpy2*10-9*（CSO2'*172/64）+Glim*/100*0.04+Glim*（1-/100）

5.964

4.5除尘器出口飞灰浓度

序号

项目

符号

单位

计算公式

计算结果

1

增压风机进口飞灰浓度（湿态）

g/Nm3

Gepi/Qpy1*106

23.217

2

增压风机进口飞灰浓度（干态）

g/Nm3

Gepi/Qpy1*106

25.267

五．烟温和水平衡计算（有GGH计算结果示例）

5.1、原烟气（增压风机前）

烟气温度

℃

135.1

标态烟气体积流量

Nm3/h，湿

1,060,870

标态烟气体积流量

Nm3/h，干

974,889

实际烟气量体积流量

m3/h，湿

1,590,659

5.2、原烟气（增压风机后）

烟气温度

℃

134.2

标态烟气体积流量

Nm3/h，湿

1,071,478

标态烟气体积流量

Nm3/h，干

984,638

实际烟气量体积流量

m3/h，湿

1,552,208

5.3、GGH原烟气出口

烟气温度

℃

102.0

标态烟气体积流量

Nm3/h，湿

1,060,764

标态烟气体积流量

Nm3/h，干

974,792

实际烟气量体积流量

m3/h，湿

1,426,104

干烟气质量流量

kg/h

1,059,615

水蒸汽质量流量

kg/h

74,513

5.4、吸收塔出口

烟气温度

℃

47.8

标态烟气体积流量

Nm3/h，湿

1,098,380

标态烟气体积流量

Nm3/h，干

974,975

实际烟气量体积流量

m3/h，湿

1,283,099

5.5、GGH净烟气出口

烟气温度

℃

80.0

标态烟气体积流量

Nm3/h，湿

1,109,094

标态烟气体积流量

Nm3/h，干

984,822

实际烟气量体积流量

m3/h，湿

1,434,104

5.6、氧化空气流量

二氧化硫的含量

mg/Nm3