2022年×MW石灰石石膏湿法脱硫工艺参数设计.docx

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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计目录1、前言 . 2、设计原就 . 3、设计步骤 . 4、设计运算书 . 4.1 理论空气量的运算 . 4.1.1碳与氧的作用 . 4.1.2氢与氧的作用 . 4.1.3硫与氧的作用 . 4.2 空气过剩系数 . 4.3 水蒸气量的运算 . 4.4 烟气体积运算 . 4.4.1 理论烟气体积 . 4.4.2、实际烟气体积Vwfg. 4.4.3、烟气体积和密度的校正. 4.4.4 过剩空气较正 . 5、物料平稳核算 . 5.1 吸取塔的物料平稳 . 5.2 石膏处理系统的物料平稳 . 105

2、.3 烟气系统及石灰石湿磨系统的物料平稳. 115.4 水平稳 . 5.5 热量平稳的运算 . 6、设计运算书 . 7、总结 . 7.1 对本设计的评述或有关问题的分析争论. 错误！未定义书签；8、参考文献 . 1 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 24 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计2 300MW石灰石 / 石膏湿法脱硫工艺参数设计1、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,

3、这种局面在今后相当长的时间内不会转变；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 的掌握力度就显得特别紧迫和必要；SO2的掌握途径有三个：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掌握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取剂,技术比较成熟,是目前使用最广泛的脱硫技术,依据吸取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

4、熟的工艺技术,在世界脱硫市场上占有的份额超过 80%；截至 2022 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,多存系统稳固性差, 脱硫效率波动较大等问题； 火电厂大气污染物排放标准 GB13223-2022将执行 200mg/m 3 的 SO2 排放浓度限值,且新建脱硫装置将不答应 设置旁路,对脱硫装置性能与牢靠性要求极高；2、设计原就2 300MW 石灰石 /石膏湿法脱硫工艺参数设计（含 GGH）1、已知参数：（1）设计煤质（具体数据见指导书） ；（2）哈尔滨锅炉有限公司 导书）；HG-1060/17.5-HM35 型号锅炉（具体数据见（3）环境温度 20,空气中的

5、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%；2 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 24 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计（7）增压风机漏风系数 1%；（8）GGH 漏风系数 1%；2、设计条件：（1）除尘器出口烟气温度 138

6、；（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、设计内容：（1）燃料灰渣运算；（2）FGD 系统烟气量运算；（3）石灰石与石膏耗量运算；（4）除尘器出口飞灰运算；（5）设计运算（氧化风量、蒸发水量、脱硫反应热、吸取塔内放热、水 蒸发吸取、水平稳、石灰石用量、石膏产量、吸取塔尺寸、氧化槽尺寸核算等）；（6）对本设计的评述或有关问题的分析争论；（7）吸取塔工艺流程图,并在图上标注系统主要烟气流量与 SO2 浓度参 数

7、；（8）绘制吸取塔塔体结构尺寸图；本课程设计采纳的工艺为石灰石-石膏湿法全烟气脱硫工艺,吸取塔采纳单回路喷淋塔工艺, 含有氧化空气管道的浆池布置在吸取塔底部,氧化空气空压机（1 用 1 备）安装独立风机房内,用以向吸取塔浆池供应足够的氧气和 /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 台吸取塔离心式循环浆泵（3 运 1 备）每个泵对应于各自的一层喷淋层；塔内喷淋层采纳3 FRP 管,浆液循环管道采纳法细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 24 页 - - - - - - - - - 名师归

8、纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计兰联结的碳钢衬胶管； 喷嘴采纳耐磨性能极佳的进口产品；吸取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取在吸取塔内进行脱硫反应,生成的亚硫酸钙悬浮颗粒通过强制氧化在吸取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；吸取塔内置两级除雾器,烟气 在含液滴量低于 100mg/Nm 3（干态）；除雾器的冲洗由程序掌握,冲洗方式为脉 冲式；石膏浆液通过石膏排出泵（1 用 1

9、 备）从吸取塔浆液池抽出,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35%的细小固体微粒在重力作用下流入滤液箱, 最终返回到吸取塔； 旋流器的溢流被输送到废水旋流站进一步分别处理； 石膏被脱水后含水量降到10%以下；在其次级脱水系统中仍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） ；图 1 石灰石 /石膏湿法烟气脱硫工艺流程图 4 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - -

10、- - - - - 第 4 页,共 24 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计3、设计步骤1、确认烟气参数、煤质资料、吸取剂成份、脱硫效率；2、系统流程的确定；3、物料平稳运算（烟气量核算、工艺水核算、热量核算、物料核算）；4、各子系统流程的确定（烟气系统、SO2 吸取系统、吸取剂制备系统、石膏处置系统、工艺水系统、浆液排空系统、废水排放和处理系统、电气系统、控 制系统）；烟气系统：是否全烟气脱硫？挑选轴流式仍是离心式风机？GGH 是否保留？烟道、吸取塔等设备采纳何种防腐方式？SO2

11、吸取系统：多炉一塔仍是一炉一塔？几层喷淋层？什么类型的除雾器？氧化风机布置几台？吸取剂制备系统：直接购置石灰石粉末、 购置肯定块度的石灰石磨制？湿式制浆仍是干式制浆？石膏处理系统：石膏抛弃仍是回收利用？4、设计运算书4.1 理论空气量的运算假定 1kg 煤完全燃烧, 空气中的氧和煤中能参与燃烧的氧（固有氧） 全部被 耗尽,此时所需要的空气量称理论空气量；运算时相关假定如下：1） 空气仅由 N2 和 O2 组成,气体积比为 79/21=3.76；2） 燃料中的固态氧可用于燃烧；3） 燃料中的硫被氧化成 SO2；4） 运算理论空气量时忽视 NOX 的生成量4.1.1 碳与氧的作用C + O2 =

12、CO2 （1）12kg 3 22.4m3 22.4m（在标准状态下,下同）此式说明, 12kg C 完全燃烧时,需消耗22.4m 3O 2,并生成 22.4m 3CO2,所以 1kg 碳完全燃烧消耗的 O2 为 22.4/12=1.8667（m 3）；5 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 24 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计4.1.2 氢与氧的作用2H2 + O2 = 2H2O（2）3 34.032kg 22.

13、4m 44.8m由式（ 2）可知, 1kg H2 燃烧后要消耗 O222.4/4.032=5.5556（m 3）；4.1.3 硫与氧的作用S + O2 = SO2 （3）32kg 3 22.4m3 22.4m由式（ 3）可知, 1kgS 燃烧时,需消耗 O222.4/32=0.7（m 3）；在 1kg 煤中含有C arkg的碳、H arkg的氢、Sarkg的硫,所以 1kg 煤燃烧100100100时,碳、氢、硫 3 种元素的需氧量为： 1. 867Car5.556Har07.Sarm3；100100100但这些氧并非完全来源于空气, 由于 1kg 煤中仍含有Oarkg的氧,这部分氧100可与

14、碳、氢、硫化合,因此,在运算空气需要量时,应将这部分氧量扣除；224.氧 的 分 子 量 为32 , 故O arkg的 氧 在 标 准 状 态 下 的 体 积 为100Oar0 .7Oarm3；321001001 .867Car5. 556Har0 .7S ar0 .7Oarm3这样 1kg 煤燃烧所需的 O2 为100100100100由于空气中 O2的容积含量为 21%,所以,1kg 煤燃烧所需的理论空气量为：V001 1. 867Car5. 556Har0 .7S ar0 .7Oarm3 VOiOi. 211001001001000.0889Car0.375 S ar0.265 Har0

15、.033 Oarm3这是抱负状态下燃烧所需的空气量,在实际燃烧过程中所需的空气量VOi；4.2 空气过剩系数实际空气量VOi与理论空气量0 V Oi之比为空气过剩系数6 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 24 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计VOi通常1V0Oi4.3 水蒸气量的运算在标准状态下,空气的密度 Oi 1 . 293 kg / m 3,空气中水蒸气的含量 d=10g/kg空气,水蒸气的密度 H 2 O

16、 0 . 804 kg / m 3；1kg 煤在理论空气量下燃烧所生成的烟气体积称理论烟气体积,它包括 CO2、SO2、N2 和水蒸气等,在理论烟气体积中水蒸气有以下 3 个来源；A、煤中氢元素的氧化由式 （2）可知,1kgH 2 完全燃烧后生成 44.8/4.032 11.11（m 3）的水蒸气,所以1kg 煤中的氢燃烧后生成的水蒸气的体积为：V11. 11Har0. 1111 Harm3/kg煤（4）H2 O100B、燃煤中的水分,其体积为：V2 OW ar1O0 . 0124 W arm3/kg 煤 （5）H100H2C、随空气带入的水蒸气其体积为：V2OdVOiOi1O10VOi1 .

17、2930.10.0161 VOim3/kg煤 H10001000804H2（6）但在实际燃烧过程中,VOi0.V0 OiV0 Oi,因此随空气带进去的水蒸气应为：V2 OdVOiOiO10161VOim3/kg煤H1000H2式（ 4）、式（ 5）、式（ 6）相加即得到烟气中水蒸气的体积：VH2O0 .1111 Har0.0124War0.0161VOim3/kg煤4.4 烟气体积运算4.4.1 理论烟气体积在理论空气量下, 燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积以V0wfg7 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 24

18、页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计表示,烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸汽；干烟气：除水蒸汽以外的成分称为干烟气；湿烟气：包括水蒸汽在内的烟气；V0V0VH2OWar0.0161VOim3/kg煤wfgdfgVH2O0 .1111 Har0.01244.4.2、实际烟气体积VwfgVwfgV01VOiwfg4.4.3、烟气体积和密度的校正燃烧产生的烟气其T、P 总高于标态（ 273K、1atm）故需换算成标态；大多数烟气可视为理气,故可应用理气方程；设观测状态下：（Ts、Ps

19、下）烟气的体积为V s,密度为 s；标态下：（TN、PN 下）P S烟气的体积为 VN,密度为 N；标态下体积为：VNV ST NP NT S标态下密度为：P NSP NT SP ST N美国、日本和国际全球监测系统网的标准态是 时应留意；4.4.4 过剩空气较正298K、1atm,在作数据比较由于实际燃烧过程是有过剩空气的, 所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理 论烟气体积与过剩空气量之和；用奥氏烟气分析仪测定烟气中的 在运行中烟气成分和空气过剩系数；CO2、O2和 CO 的含量,可以确定燃烧设备空气过剩系数为实 际 空 气 量 1理 论 空 气 量mm- 过剩空气中 O2的过剩系数8 细心整

20、理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 24 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计设燃烧是完全燃烧,过剩空气中的氧只以O2 形式存在,燃烧产物用下标P表示,C 1 m O 2 1 m 3 . 67 N 2 CO 2 P O 2 P N 2 P假设空气只有 O2、N2 分别为 21%、79%,就空气中总氧量为 21N 2 P 0 . 264 N 2 P79理论需氧量：0.264N2PO2P所以 1 O 2 P0 . 264 N 2

21、 P O 2 P如燃烧完全 1 O 2 P.0 264 N 2 P O 2 P如燃烧不完全产生 CO 须校正,即从测得的过剩氧中减 CO 氧化为 CO2 所需的 O21O2P.0 5 COP0 . 264 N2PO2P0 5. CO P各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数；5、物料平稳核算5.1 吸取塔的物料平稳进入脱硫系统的主要组分为 N2、CO2、O2、水蒸气、少量的组分为 SO2、NOx、HF、HCl、SO3、H2SO4 蒸气以及微量的汞蒸气等；在 FGD 系统中,大部分 SO2 和少量 O2 被吸取；对于石灰石脱硫系统,每脱除 1molSO2 大约增加1molCO2；FGD 系统对粉

22、尘的吸取率为 60%80%,虽然这些粉尘对于 FGD 副产品的纯度影响不大,但其中的一些微量元素足以影响FGD 工艺流程的化学特性（例如 Al 3+、Mn 2+、Fe 3+、Fe 2+、Hg 2+等）；Al 3+与 F-形成的结合物会抑制 CaCO3的溶解, Mn 2+及 Fe 3+是亚硫酸盐的氧化催化剂,将加速它们的氧化过程；Hg 2+废水排放需进行处理,否就废水无法达标排放；烟气进入脱硫塔, 塔内水分蒸发, 烟气降温并吸取水蒸气达到饱和状态；塔内水分的蒸发量与燃煤成分、入口烟气温度、入口烟气含湿量有关；降温后；的烟气与石灰石 石膏浆液逆流接触后排出吸取塔, 石灰石 石膏浆液在塔底进一9 细

23、心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页,共 24 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计步氧化后,排出吸取塔,进入石膏处理装置；吸取塔系统的进料有 5 部分,石灰 石浆液、烟气、石膏处理系统的滤坑水、设备冲洗水和氧化空气；出料有两股,分别是净烟气和石膏浆液；吸取塔内发生的主要化学反应如下所示：主反应：Ca CO3SO22 H2O05.O2Ca SO42H2OCO2副反应：Ca CO33SO32 H2O2C a SO42H2O2CO

24、22Ca CO3SO20 .5 H2OC a SO305.HOCOCa CO32HClCaClH2OCO2Ca CO32HFCaF 2H2OCO2MgCO2 HFCaF 2H2 OCO2实际过程中,副反应仍有许多,比如生成硫酸镁、氯化镁、亚硫酸镁等,但 由于塔内发生的化学反应复杂, 动力学和热力学参数较难获得, 而且石灰石中镁 的含量较低, 对衡算结果影响较小, 因此运算时忽视这些反应； 以上 6 个反应的 反应程度与设备、反应停留时间、温度、原料配比等都有很大的关系；吸取塔中 的化学反应由于反应物多,反应条件复杂,应留待进一步争论；5.2 石膏处理系统的物料平稳石膏排出泵的石膏浆液进入石膏旋

25、流器,底部重组分进入真空皮带机进一步分别,真空皮带机生产出石膏饼, 滤液进入滤坑； 石膏旋流器顶部的轻组分一部分进入滤坑, 一部分进入废水旋流器分别；废水旋流器顶流排出系统, 底流进入滤坑；石膏处理系统的进料有 4 股,为石膏浆液和皮带机冲洗水、石膏冲洗水及系统补充水；出料有 2 股,分别为石膏饼、进入吸取系统的滤液水；石膏浆液在石膏旋流器的安排和各组分的粒径密度及旋流器的结构有关；石膏旋流器安排依据一下原就： 入口固含量 20%（质量百分数）,底流固含量 50%,顶流固含量小于 6%；废水旋流器的入料量由烟气带来的氯离子量打算,使得处理后的废水能带走几乎全部进入系统的氯离子,而系统中氯离子的

26、含量为10 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页,共 24 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计20000ppm；废水旋流器的安排：进料固含量小于6%,底流固含量 10%；石膏饼及真空皮带机的冲洗水由设备厂商供应；滤液补充水的量由水平稳的运算得出；5.3 烟气系统及石灰石湿磨系统的物料平稳这里所说的烟气系统包括增压风机和除尘两个设备,进料是除尘器入口原烟气、废水及增压风机漏入空气,出料是可排放净烟气；增压风机考虑有 1%的

27、漏风；石灰石制浆系统有石灰石和制浆水两股进料,石灰石浆液一股出料； 为水平衡考虑,制浆水采纳石膏处理系统来的制浆水；石灰石浆液的固含量为 30%；5.4 水平稳图 3 所示的是徐塘 2300MW FGD 系统设计煤种、 100%负荷下的水平稳结果；进入系统的工艺水包括吸取塔管道冲洗水、皮带机清洗水, 这些冲洗水量均由设备厂商供应；M/E 冲洗水、石膏清洗水、真空 氧化空气增湿水的量由热平稳运算得出； 吸取塔补充水量通过输出水量和其它进入系统的水相减得到；排出系统的水包括烟气带走的水蒸气、石膏带水、石膏结晶水、废水及 M/E 出口烟气带走的液滴； 烟气带走的水蒸气由热量平稳得出,石膏带水和石膏结

28、晶水依据石膏饼的含水量及 1mol 石膏带 2mol 水运算得出,废水量由烟气中的氯离子打算,保证系统中浆液的氯离子浓度小于 供的 100mg/Nm 3 得到；20000ppm,M/E 出口带水量依据设备厂商提11 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 11 页,共 24 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计图 3 工业水平稳示意图5.5 热量平稳的运算热量平稳的运算是水平稳运算的基础,全部工艺水将汇入吸取塔, 与烟气接触,传质传热

29、后排出系统； 工艺水排出系统一部分是随着石膏带出,而大部分将被烟气的热量蒸发随烟气排出；同时烟气的温度也将降到4050,烟气的湿度达到饱和；为了得到烟气带走的蒸发水量,必需对系统的热量进行运算；图 4 热量平稳的绝热系统第一要假设一个绝热系统, 进出的物料包括烟气氧化空气和工艺水,固体物 成分复杂,含量少,温度变化小没有相变,运算时将其忽视；系统温度较低,和 外界温差小,认为绝热系统的假设可以成立；输入该绝热系统的热量转化为出口烟气焓、12 工艺水升温热量、 蒸发热量； 即细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 12 页,共 24 页 - -

30、 - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计iy inriikiy outQH2 OQeva式中：yin入口烟气焓, kJ r 化学反应热, kJ ki 氧化空气焓, kJ i yout出口烟气焓, kJ Q H 2加热工艺水热量, kJ Q eva蒸发水热量, kJ 入口烟气焓可以由以下公式运算：iyiN2N2iO2O2iH2OH2OiCO2CO2式中： iy烟气焓, kJ/Nm3；Ni2氮气焓, kJ/Nm3；N氮气体积百分数；Oi2氧气焓, kJ/Nm3；O氧气体积百分数；iH2水蒸气焓, kJ/

31、Nm3；H 2水蒸气体积百分数；iCO2二氧化碳焓, kJ/Nm3；CO 二氧化碳体积百分数；这里忽视含量微小的SO2、HF、HCl、飞灰对烟气焓的影响；对手册中查到的烟气焓对温度的关系进行拟和得到如表 1 运算公式；13 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页,共 24 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -脱硫脱硝技术课程设计图 5 氧气焓的拟合化学反应热只考虑主反应：Ca CO3SO22 H2O0 .5 O2Ca SO42H2 OCO2H表

32、 1 不同温度下的烟气焓运算公式：iatbt2ct3dt4et5ft6空气气体氮气氧气水蒸气二氧化碳a 1.29493 1.3036 1.49352 1.60067 1.31964 b 5-2.24995 104 1.4295 104 1.03812 103 1.05537 105 1.49132 10c 7 2.62179 107 1.76927 107 2.39515 10-0.69641 1067 2.54394 10d -10-1.99753 10-10-2.27605 10-10-1.48184 1010 3.19985 10-10-2.14784 10e 13 0.64628 1014 9.64836 1014 3.8325 1013 0.74175 10