完整版石灰石-石膏湿法脱硫系统的设计计算.docx

1、石灰石 - 石膏湿法脱硫系统设计（ 内部资料 ）编制:xxxxx 环境保护有限公司2014年 8 月1. 石灰石 - 石膏法主要特点（ 1）脱硫效率高，脱硫后烟气中二氧化硫、烟尘大大减少，脱硫效率高达95以上。（2）技术成熟，运行可靠性高。国外火电厂湿法脱硫装置的投资效率一般可达98 以上，特别是新建的大机组采用湿法脱硫工艺，使用寿命长，可取得良好的投资效益。（3）对燃料变化的适应范围宽，煤种适应性强。无论是含硫量大于3的高硫燃料，还是含硫量小于 1的低硫燃料，湿法脱硫工艺都能适应。（4）吸收剂资源丰富，价格便宜。石灰石资源丰富，分布很广，价格也比其它吸收剂便宜。（5）脱硫副产物便于综合利用。

2、副产物石膏的纯度可达到90，是很好的建材原料。（6）技术进步快。近年来国外对石灰石 - 石膏湿法工艺进行了深入的研究与不断改进，可望 使该工艺占地面积较大、造价较高的问题逐步得到妥善解决。（7）占地面积大，一次性建设投资相对较大。2. 反应原理（1）吸收剂的反应购买回来石灰石粉（CaC03）由石灰石粉仓投加到制浆池，石灰石粉与水结合生成脱硫浆液。（ 2 ）吸收反应烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触 ，循环浆液吸收大部分S02,反应如下：S02（气）+H20 H2SO3（吸收）H2SO3 H+ +HS03一H+ +CaC03 Ca2+ +HCO3一（溶解）Ca2+ +HSO3- +2H2

3、O CaSC3 2H2O+H+ （结晶）H+ +HCO3_ H2CO3 （中和）H2COSCO 2+H2O总反应式：SO2 + CaCO3+2H2OCaSO3 2H2O+CO2（ 3）氧化反应一部分HSO3-在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的 HSO3-在反应池中被氧化空气 完全氧化并结晶，反应如下：CaSO3+ 1/2O2 CaSC4（氧化）CaSC4+2H2OCaSO4 2H2O（结晶）4）其他污染物烟气中的其他污染物如S03、C、F_和尘都被循环浆液吸收和捕集。SO3、HCI和HF 与悬浮液中的石灰石，按以下反应式发生反应：S02 + H20 2H + + SO32_Ca C03

4、+2HCICaCl2 + H2O+ C02Ca CO3 +2HF CaF2 +H2O+ CO23.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勺烟气超温和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

5、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：C；(3) S02初始浓度，单位：mg/m3或mg/Nm3(4) S6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4.2.1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

6、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：75X 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/T 仁V2/T2V1: mg/Nm3 ，T1： 273K; V2: mg/m3，T2： t+273K(t 为进气温度)；4.2.2

7、燃料的含S率及消耗量当没有SO初始浓度设计值时，可用燃料中的含 S率及消耗量去计算SO初始浓度。 4.2.3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SO浓度换算。4.2.4 SO 2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。SO初始量计算公式如下：S+O2 SO32649CSO2=2X BX Sar/100 Xn SO2/100 X 10C SO2-SO2初始量,mg； B-锅炉BMC负荷时的燃煤量，t/h ;Sar-燃料的含S率，% n so2-煤中S变成S

8、O的转化率，般取0.85 ；424 SO 2排放浓度的确定一般根据所在地区环保标准确定。4.3脱硫系统的设计计算4.3.1参数定义（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;液气比单位时间内浆液喷淋量（L/h）、r单位时间内吸收塔入口 的湿烟气体积流量（m3/h）（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

9、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HJ462-20094.2.4睨琦芸迓的主蔓技术指饭应负荷表1的妾求序号腔耗效率脫弱方法液气比山晞S礎比循环液pH堕i沔0%110421.105.0-S.G（3）脱硫效率：单位时间内烟气脱硫系统脱除 SO的量与进入脱硫系统时烟气中的 SO量之脱硫效率C2 C1 100%C2C1脱硫后烟气中SO的折算浓度（mg/吊或mg/Nrli）C2脱硫前烟气中SO的折算浓度（mg/吊或mg/Nrr）（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 X 100%A:发电机组每年的总

10、运行时间，hB:脱硫装置每年因脱硫系统故障导致的停运时间,h 432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：4.3.2.1 SO 2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D1D12 3600 v 3.14Q-进脱硫塔的烟气流量，m3/h;v-喷淋区烟气流速，m/s, 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

11、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 H仁h1+（n-1 ） x h2+h3+h4+h5+h6+h7 mmhl :第一层喷淋层中心到脱硫塔进气口顶面距离，一般为2000-2500mmh2：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 2500-3000mmh4：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1500mmh6：喷淋除雾区收口段高度，一般为 1000mmh7：脱硫塔出口烟道衔接直筒段高度，直筒段直径D3=

12、D4+0.2m（D4兑硫出气口直径）;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=CX液气比（m3十1000循环氧化区有效容积 V循=60 x T停m3T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

13、直径 氧化区有效高度 H2=V盾十3.14 -( D2) 2X 4 (m)循环氧化区总高度H3=H2+h8+h9 mmh8: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，-D2后可计算出循环般为 1000mmh9: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 6泵=0乂液气比(m3 - 1000- n (m3/h)单台循环泵扬程Hm=H 喷淋层+ H喷嘴 (m)单台循环泵轴功率 Ne=GgX H泵x 9.81 Xp浆* 3600*n泵* n机6 =2.725X G泵X H 泵Xp 浆*n 泵*n 机宁 10 (KW)H喷淋层： 每一层喷淋

14、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)p浆：石膏浆液比重，1130kg/m3(含固量20%)n泵：循环泵效率，一般为80%n 机:机械传动效率，取值98%单台循环泵额定轴功率 P=KX Ne (KW)K :泵的裕量系数 NE 22 K=1.25 ;22NE 55 K=1.15;55NE K=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

15、的气泡并均布于浆液中。一部分HS0在吸收塔喷淋区被烟气中的氧气氧化，其余部分的HS0在反应池中被氧化空气完全氧化。降低CaSO浓度，减少CaSO 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CaSO2HO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氧化空气气泡憊旋(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n02=25 30%,因此，脱硫塔氧化区浆池内所需要的理论氧气量为：2SO+Q 2SO自然氧化率即烟气中含有的氧对 SQ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