烟气脱硫 设计工艺实例.docx
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烟气脱硫设计工艺实例
烟气脱硫工艺
设计说明书
1概述
1.1工程概况
锅炉：
华西能源工业股份有限公司生产的超高压自然循环汽包炉，单炉膛，一次中间再热，固态排渣，受热面采用全悬吊方式，炉架采用全钢结构、双排布置。
汽轮机：
东方电气集团东方汽轮机有限公司公司生产的超高压参数、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、6级回热、直接空冷抽汽凝汽式汽轮机。
发电机：
山东济南发电设备厂生产的空冷却、静止可控硅励磁发电机。
本期工程需同步建设烟气脱硫装置，因有大量石灰石资源，且生产电石亦需要大量石灰石，故暂定采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置（以下简称FGD），不设GGH，脱硫装置效率不低于95％，设备可用率不低于95%，按照《GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准》执行。
本章所述采用的环境保护标准、脱硫方式、脱硫效率等环保措施均以批复的环境影响报告书为准。
1.2脱硫岛的设计范围
本工程脱硫岛设计范围包括：
烟气脱硫工程需要的工艺、电气、控制、供水、消防、建筑、结构、暖通等，本卷册说明中包括的内容为工艺、起吊检修、保温防腐方面内容，其它见相关专业说明书中内容。
脱硫岛与主体工程的设计接口如下：
1）烟气：
原烟气从锅炉引风机出口后的汇合主烟道引出，设计接口界限为与主烟道接口处。
净烟气从吸收塔出口后直接接入烟囱，设计接口界限为净烟道出口靠近烟囱入口处。
具体可见布置图中所示；
2）吸收剂、工艺水、冷却水、消防、压缩空气、给水及排水等从脱硫岛分界线外1m分界；
2设计基础数据及主要设计原则
2.1设计基础数据
2.1.1FGD设计参数（按照二炉一塔设计,单塔处理量为2×540t/h锅炉BMCR工况时110%烟气量，已考虑10%的烟温裕量）。
表2.1-1FGD设计参数
序号
项目名称
单位
设计煤种
校核煤种1
校核煤种2
1
性能数据
1.1
FGD入口烟气数据
·烟气量（标态，干基，实际O2）
Nm3/h
1038474
1019458
1026478
·FGD工艺设计烟温
℃
120
120
120
·最低烟温
℃
/
/
/
·故障烟温
℃
180
180
180
·故障时间
min
20
20
20
1.2
FGD入口污染物浓度（标态，干基）
干烟气成分所占份额
二氧化碳
vol-%,干
15.29
14.900
15.156
二氧化硫
vol-%,干
0.04
0.037
0.019
氮气
vol-%,干
81.13
81.491
81.264
氧气
vol-%,干
3.87
3.895
3.848
1.3
FGD一般数据
总压损
Pa
1700
1700
1700
·吸收塔
Pa
800
800
800
·除雾器
Pa
200
200
200
·全部烟道
Pa
700
700
700
化学计量比Ca（OH）2/去除的SO2
mol/mol
1.02
1.02
1.02
SO2脱除率
%
≥95
≥95
≥95
液气比（工况烟气）
L/Nm3
10
10
10
－烟囱前烟温
℃
50
50
50
－烟道内衬长时间抗热温度/时间
℃/min
180/20
180/20
180/20
－FGD装置可用率
％
≥95
≥95
≥95
1.4
消耗品（四台锅炉总量）
－石灰石耗量（CaCO3含量90%）
t/h
4.25
3.78
2.76
－工艺水（辅机冷却水排水）
m3/h
≤100
≤100
≤100
－电耗（所有运行设备实际电耗）
kW
≤3600
≤3600
≤3600
－仪用压缩空气
m3/min
5
5
5
－设备冷却水量
m3/h
5
5
5
1.5
FGD出口污染物浓度（6％O2，标态，干基）
－SOx以SO2表示
mg/Nm3
≤200
≤200
≤200
－SO3
mg/Nm3
≤46
≤46
≤46
－HCl以Cl表示
mg/Nm3
≤7.5
≤7.5
≤7.5
－HF以F表示
mg/Nm3
6.5
6.5
6.5
－烟尘
mg/Nm3
≤50
≤50
≤50
－NOX
mg/Nm3
-
-
-
－除雾器出口液滴含量
mg/Nm3
≤75
≤75
≤75
－最小液滴尺寸（对应于液滴测量方法：
冲击测量法）
μm
15
15
15
1.6
噪音等级（最大值）
－氧化风机（进风口前1米远处测量）
dB（A）
≤85dB（A）
≤85dB（A）
≤85dB（A）
－其余设备（距声源1米远处测量）
dB（A）
≤85dB（A）
≤85dB（A）
≤85dB（A）
－控制室，办公室和相关房间最大总计噪声水平
dB（A）
≤65
≤65
≤65
1.7
石膏品质（四台锅炉总量）
－产量
m3/h
7
6.28
4.5
－密度
t/m3
1.05
1.05
1.05
－CaSO4·2H2O
％
≥90
≥90
≥90
－PH值
6-7
6-7
6-7
－气味
无
无
无
－平均粒径
μm
30-40
30-40
30-40
－Cl（水溶性）
Wt-%
＜0.01
＜0.01
＜0.01
－CaSO3·
H2O
Wt-%
＜0.35
＜0.35
＜0.35
－CaCO3和MgCO3
Wt-%
＜1
＜1
＜1
－（可氧化有机物）
-
-
-
－烟灰（以C表示）
Wt-％
0.5
0.5
0.5
总溶解固体
mg/l
-
-
-
－密度
t/m3
1.05
1.05
1.05
1.8
脱硫废水（四台锅炉总量）
1.8.1
处理前情况
—水量
t/h
≤7.2
≤7
≤7
—ss
mg/l
3140
3140
3140
—pH
mg/l
5~6
5~6
5~6
—COD
mg/l
≤200
≤200
≤200
—氯化物（以CI计）
mg/l
≤20000
≤20000
≤20000
—氟化物（以F计）
mg/l
50~100
50~100
50~100
—氟化物（以F计）
mg/l
50~100
50~100
50~100
—SO
mg/l
≤5000
≤5000
≤5000
—金属离子
mg/l
≤50
≤50
≤50
2.2吸收剂分析资料
本工程拟采用石灰石浆液作为脱硫吸收剂，石灰石主要成分为CaCO3，为湿法脱硫广泛采用的脱硫剂，石灰石主要通过如下反应吸收SO2并生成石膏：
在脱硫吸收塔中主要有如下反应：
SO2的吸收过程：
SO2+H2O→H2SO3
H2SO3→H++HSO3-（低PH值时）（吸收区下部）
H2SO3→2H++SO32-（高PH值时）（吸收区上部）
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
本工程石灰石的品质要求：
CaO>50％；MgO≤2％。
2.3脱硫用水资料
脱硫装置所需生产水分为工艺水及设备冷却水。
其中工艺水约为100t/h，来自电厂循环水排水及脱硫设备冷却水回水。
设备冷却水来自电厂工业水母管，接至脱硫岛内各用水点，回水返回至脱硫工艺水系统。
整个脱硫系统的建构筑物等生活、消防用水各接自电厂的生活、消防水管网系统。
其排水系统采用分流制，分别就近导入厂区相应管网系统。
系统产生的工业废水量约为7.2t/h。
送至主厂区统一处理。
表脱硫用水表：
种类
用量
水质
工艺用水
100
电厂循环水
冷却用水
5
电厂循环水
2.4主要工艺设计原则
1）本工程设计煤种含硫量为0.41%,校核煤种1含硫量为0.41％，校核煤种2含硫量为0.26％。
为保证脱硫装置能适应煤种含硫量的变化，本期工程采用校核煤种1作为脱硫装置设计及设备选型的煤质，脱硫装置按照煤质含硫量为0.41％进行设计。
2）采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺，二炉一塔设计，单塔处理能力为2×540t/h锅炉BMCR工况时110%的烟气量。
3）脱硫装置效率不低于95%，脱硫装置可用率不小于95%。
4）本期工程烟气系统采用增压风机与引风机合设的方案，不设置GGH，设置烟气旁路。
5）吸收剂采用石灰石干磨制粉然后制浆的方式，制浆系统采用4炉共用。
6）脱硫岛设置公用的石膏脱水系统，布置在脱硫综合楼内；脱硫系统不设置独立的废水系统。
7）脱硫副产品－石膏经真空皮带脱水机脱水后含水率要求不大于10%，石膏运至综合利用用户或在灰场单独堆放处理。
8）杂用、仪用压缩空气由全厂统一的压缩空气供应中心供应，脱硫岛内设储气罐。
9）脱硫岛的设备冷却水来自电厂工业水管，脱硫工艺水来自电厂循环水排水及脱硫设备冷却水回水。
10）脱硫系统原则上在满足运行条件情况下优先选择国产优质设备，部分工艺设备、材料、热控仪表考虑采用进口产品。
11）脱硫系统按照日运行小时数22小时，年运行小时数7600小时设计。
12）脱硫系统布置本着紧凑、实用、方便的原则，具体如下：
脱硫设施布置在烟囱周围，主要脱硫设施分别对应四台机组，关于烟囱中心线布置。
脱硫岛内从引风机出口烟道接入开始：
原烟道，吸收塔，净烟道。
两台吸收塔中间即为烟囱，吸收塔上方布置二个脱硫泵房，每个泵房内布置单套脱硫系统的循环泵、扰动泵、氧化风机等设备；泵房之间布置电气设备间，内设二台机组脱硫电气设备；脱硫场地右上方布置脱硫综合楼，内设脱硫控制室、石膏脱水间及石膏存储间；脱硫场地左上方布置制粉及制浆车间，内设干磨及制浆设备；综合楼下方，布置两台机组共用的事故浆液箱、工艺水箱。
2.5脱硫工艺部分设计接口
1）烟气：
原烟气从锅炉引风机出口后的汇合主烟道引出，设计接口界限为与主烟道接口处。
净烟气从吸收塔出口后直接接入烟囱，设计接口界限为净烟道出口靠近烟囱入口处。
2）吸收剂：
脱硫岛分界线外1m处；
3）工艺水、冷却水、消防、压缩空气、给水及排水等从脱硫岛分界线外1m分界；
3吸收剂供应和脱硫副产物处置
3.1吸收剂来源
石灰石矿位于甘河子白杨河中上游东侧，长约50公里，海拔高度2015米至3500米之间，根据新疆地质九大队的区域地质调查报告，全市石灰石普查基础储量9212.5万吨，而且石灰石品质完全满足电厂脱硫的要求。
外购石灰石粉品质难以保证，湿磨制浆一次投入大、能耗高，因此电厂拟采用外购石灰石颗粒，厂内制粉然后制浆的方式。
干磨制粉的环保要求能够满足，与外购石灰石粉相比，虽然干磨一次投入高（比湿磨制浆投入低，且能耗低），厂用电需求增加，但是考虑长远的生产及运营成本而言，干磨制粉更为经济。
结合本工程的具体情况，本工程推荐采用干磨制粉方案。
4台机组共用二台干式磨机，一用一备。
外购粒径小于20mm的石灰石颗粒直接运输至干磨的石灰石卸料斗。
石灰石品质均应满足以下要求：
石灰石的品质要求：
CaO>50％；MgO≤2％。
表3.1-1脱硫装置石灰石的消耗量如下表：
装机容量
石灰石耗量
设计煤种
校核煤种1
校核煤种2
4×150MW
小时石灰石耗量（t/h）
4.25
3.78
2.76
日石灰石耗量（t/d）
93.5
83.16
60.72
年石灰石耗量（t/d）
32300
28728
20976
注：
日利用小时数按22小时计，年利用小时数按7600小时计。
3.2脱硫副产物
石灰石—石膏湿法烟气脱硫的副产品是表面含水量小于10％的石膏（即CaSO4.2H2O），
3.2.1石膏产量见下表：
表3.2-1石膏产量
装机容量
石灰石耗量
设计煤种
校核煤种1
校核煤种2
4×150MW
小时石膏耗量（t/h）
7
6.28
4.5
日石膏耗量（t/d）
154
138.16
99
年石膏耗量（t/d）
53200
47728
34200
注：
石膏含水率10％，日利用小时数按22小时计，年利用小时数按7600小时计。
脱硫石膏又称FGD石膏，主要成分和天然石膏一样，都是二水硫酸钙。
结晶水、附着水含量≥17％；颗粒细度250～350目；颜色有白色、灰色、浅黄色；脱硫石膏终二水石膏的品位一般在90～95之间；含碱低；有毒杂质少；放射性符合环保要求。
3.2.2国外脱硫石膏的综合利用
由于脱硫石膏的稳定型和对环境的无害性，可将之用于土地回填。
但是随着回填土地越来越紧张，脱硫石膏的综合利用越来越受重视。
目前在国外，脱硫石膏主要用来生产各种建筑石膏制品和用于水泥生产的缓凝剂。
脱硫石膏在日本、美国和德国的应用已相当普遍。
在德国，FGD石膏的使用正不断增加，并逐渐取代天然石膏。
3.2.3我国脱硫石膏的研究和应用
近年来，随着国内脱硫市场的发展，有关部门对烟气脱硫石膏的性能进行了研究。
试验结果表明：
烟气脱硫石膏在建材行业应用十分广泛，基本上能代替所有天然石膏生产的建材产品。
另外，经过检测研究，FGD石膏用于墙板等建筑材料的安全性也与天然石膏一样。
特别是放射性微量元素的含量，FGD石膏的放射性和天然石膏差不多而低于常用建筑材料，因此可以安全地作为建筑材料使用。
3.2.4脱硫石膏的应用途径
由于天然石膏是以石膏石为原始态的，而烟气脱硫石膏是以含自由水10％左右的湿粉状态存在，因此在利用上各有利弊。
对于煅烧建筑石膏粉，烟气脱硫石膏因为含更多的游离水，煅烧消耗更多的热量，或者需要一个预干燥处理工序，另外因为其级配不好，在应用上应该考虑研磨问题。
脱硫石膏的用途主要有以下几个方面：
①可用于水泥缓凝剂硅酸盐水泥中一般加入5％左右的石膏来调节水泥的凝结时间，以达到水泥性能的要求。
在使用前须将脱硫石膏制成直径为φ20～40mm的并具有一定强度的球。
若周边有水泥厂或地处水泥生产基地，制水泥缓凝剂供应水泥厂是首选。
②可用于防水纸面
③可用于纤维石膏板以石膏粉为主要原料，以木材纤维为加强筋，配以适量的化学添加剂，经一定生产工艺而得到的一种优质板材。
这种材料强度高，握钉力强，具有良好的防潮性能。
④石膏矿渣板是以二水脱硫石膏和水淬矿渣为主要原料，掺入有机或无机纤维，经碱性材料激发，通过一定的工艺成型的薄板。
这种板材具有轻质、耐火、可加工等特点，特别是具有很好的耐水性能，故可用于厨房、厕所、浴室的隔墙或天花板等。
⑤石膏砌块
⑥石膏空心条板
⑦粉刷石膏脱硫石膏脱水干燥厚，分别进行低温和高温煅烧而成为基础石膏，再加以砂子或膨胀珍珠岩以及各种化学添加剂，组合而成。
粉刷石膏是一种高效节能的新型抹灰材料，主要代替传统的水泥、石灰抹灰。
⑧α－高强石膏是二水脱硫石膏通过高温蒸压而成，具有密实的结晶结构和较好的防潮性能，比一般建筑石膏强度高5～7倍，广泛用于陶瓷工业模型、铸造工业、精密铸造以及建筑艺术石膏等。
⑨自流平石膏将脱硫石膏在高于500℃下煅烧，制成Ⅱ型无水石膏，再加入碱性激活剂、减水剂、保水剂等混合而成。
有时还加少量脱硫半水石膏、增强剂、增塑剂等。
掺水量控制在40％左右，流动度为200mm，初凝时间8h，终凝时间16h。
此产品以20～40cm厚用作房屋地面底层作为防潮层、楼板地面底层的隔音层和屋面底板的隔热层。
这在国外应用也较普遍。
综上所述，脱硫石膏的使用范围较宽，处置比较方便。
4工艺系统及主要设备
4.1工艺系统拟定
本工程采用二炉一塔形式，每二台锅炉安装一套石灰石－石膏湿法烟气脱硫装置，单塔处理能力为2×540t/h锅炉110%工况时的烟气量。
整个系统工艺部分由以下部分组成：
脱硫剂制备及输送系统、烟气系统、SO2吸收系统、排放系统、工艺水系统、石膏脱水系统及压缩空气系统等。
其中脱硫剂制备及输送系统、排放系统、压缩空气系统、石膏脱水系统为本期四台机组共用。
4.2吸收剂系统
石灰石浆液制备系统采用干磨制粉然后制浆的方式，布置在脱硫岛左上角。
本期制浆系统包括：
两套干式磨机及制浆设备，具体包括：
震动给料机、斗式提升机、除铁器、干式磨机、选粉机、输送机、称重皮带给料机、制浆罐、搅拌器、石灰石浆液泵等。
同时建设所需的制备车间、卸料间、石灰石粉仓等。
用卡车或其他方式将石灰石（粒径小于20mm，若粒径过大则另需破碎机）送入卸料斗后经给料机、斗式提升机送至干式磨机，磨成石灰石粉后，经过选粉机进行选分，粒径小于250目的进入成品石灰石粉仓，粒径不合格的返回磨机继续研磨；成品石灰石粉经过星型卸料阀进入石灰石浆液箱，搅拌生成25％浓度成品物料，然后经石灰石浆液泵输送至吸收塔进行反应。
本工程设置2套石灰石制粉系统（一用一备）和1套制浆系统。
石灰石粉仓按照可储存4台炉FGD装置运行3天的石灰石粉耗量约250t（＝4G1.06G22G3t）,容积约为210m3（250/1.2m3）。
磨机设计出力～6t（=0.94x1.5t/h）按本工程四台机组150％校核煤种IBMCR烟气量考虑。
石灰石仓和石灰石卸料间顶部设有除尘通风系统。
除尘后的洁净气体中最大含尘量小于50mg/Nm3。
石灰石仓上配有用来确定容积的连续料位计和高低料位报警装置的料位计，同时也能用于远方指示。
2台炉FGD装置共配置1个石灰石浆液箱，几何容积约为50m3。
浆液箱内设搅拌器，浆液箱有效容积为两台炉在燃用校核煤质I时BMCR工况下运行2小时的石灰石浆液消耗量。
每套FGD装置设2台石灰石浆液给料泵。
具体见图纸中示意。
表4.2-1吸收剂系统主要设备表
序号
名称
规格型号
单位
数量
1
卸料间
钢混结构，6m×6m×8m，
个
1
2
卸料坑
钢混结构内衬钢板，3m×3m×2m，
个
1
3
振动给料机
处理量30t/h,电机功率2×2.2kW
台
1
4
除铁器
电磁除铁器，电功率1.5kW
台
1
5
斗提机
TD250型斗提机，处理量30t/h,电机功率11kW
台
1
6
埋刮板输送机
MS25型埋刮板输送机，处理量30t/h,电机功率11kW
台
1
7
电动插板门
400×400mm,电机功率0.75kW
个
2
8
手动插板门
400×400mm,
个
2
9
振打电机
电动机功率2×1.1kW
台
4
10
称重皮带给料机
处理量0~8t/h,电机功率4kW
台
2
11
仓顶除尘器
布袋式除尘器，处理风量4000m3/h，电机功率5.5kW
台
2
12
球磨机
干式球磨机，出力8t/h,电机功率250kW，
台
2
13
引风机
风量20000m3/h,风压4000pa,电机功率37kW
台
2
14
选粉机
GZX300选粉机，处理量8~15t/h,细度250目。
台
2
15
除尘器
袋式除尘器，处理风量20000m3/h,出口含尘量50mg/Nm3，电机功率11kW
台
2
16
螺旋给料机
给料量25m3/h，电机功率5.5kW
台
2
17
斗提机
TD250型斗提机，处理量10t/h,电机功率5.5kW
台
2
18
埋刮板输送机
MS25型埋刮板输送机，处理量10t/h,电机功率5.5kW
台
2
19
电动插板门
400×400mm,电机功率0.75kW
个
2
20
手动插板门
400×400mm,
个
2
21
叶轮给料机
变频控制，给料量0~5t/h
台
2
22
料仓防堵装置
空气炮系统
台
5
23
石灰石浆罐
D4m*H4m，碳钢衬玻璃鳞片树脂
个
1
24
搅拌器
顶进式搅拌器，碳钢衬胶，电机功率3kW
台
1
25
石灰石浆液
供浆泵
离心式；Q=25m3/h，H=25m；泵体、叶轮用双相不锈钢；机械密封；密封SiC；电机功率5.5kW
台
3
4.3烟气系统
每二台锅炉设置一套烟气系统。
本期工程不设置GGH。
本工程引风机与增压风机合设。
本期工程引风机与增压风机合设，吸收塔与烟囱布置在同一轴线上，这样原、净烟道的长度最短，减小了烟道阻力，节省了投资，节省厂用电。
烟气系统暂设置旁路。
两台引风机出口烟气汇合后，直接进入脱硫吸收塔，烟气经脱硫后，吸收塔出口烟气直接进入烟囱排放。
在吸收塔的进、出口以及旁路烟道上均设置有挡板门，当脱硫装置故障时，而机组不停运时，吸收塔的进、出口挡板门关闭，旁路挡板门开启，引风机出口后的烟气不通过吸收塔，直接经旁路烟道排入烟囱。
设置了烟气旁路，在脱硫装置故障时，必须隔离处理检修或无法运行时，可通过烟气走旁路的方式，保证机组能正常运行，不会对主机运行造成不利影响。
但设置了旁路烟道及烟道支架、挡板门等，增加了机组投资费用。
增加了运行维护工作量。
考虑到目前脱硫装置运行可靠性不及主机，设置了旁路烟道，对机组运行的方式更为灵活，减少了脱硫对于主机运行的影响，本期工程作动力站及供热机组，对机组可靠性要求很高，设置旁路可作为事故情况下的运行措施，可保障热用户。
我们将根据环评批复意见是否设置烟气旁路。
烟气排烟温度低，从吸收塔出来的烟气含有饱和水蒸汽、残余的SO2、SO3、HCl、HF、携带的SO42-、SO32-盐等，会发生结露，若直接排放，易形成酸雾，且影响烟气的抬升高度和扩散性能。
烟囱需做高强度的防腐处理。
表4.3-1烟气系统设备配置表
序号
名称
规格型号
单位
数量
1
塔进口烟道
补偿器
非金属织物补偿器；9m×4.2m,使用温度130℃
个
2
2
塔出口烟道
补偿器
非金属织物补偿器；9m×3.7m,使用温度55℃；
个
2
3
原烟气烟道
补偿器
非金属织物补偿器；4m×4m,使用温度130℃；
个
4
4
净烟气烟道
补偿器
非金属织物补偿器；3.8m×4m,使用温度55℃；
个
2
5
旁路烟气烟道
补偿器
非金属织物补偿器；5.5m×6m,使用温度130℃；
个
2
6
进口烟气挡板门
电动百叶；9m×4.2m,碳钢；
个
6
7
出口烟气挡板门
电动百叶；9m×3.7m,碳钢+双向合金钢包覆；
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