2x300MW石灰石石膏湿法脱硫工艺设计

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1、 目录一前言2二工艺介绍2三、工艺设计步骤33.1、烟气参数、煤质资料、吸收剂成份、脱硫效率；33.1.1已知参数：33.1.2设计条件：43.1.3设计内容：43.1.4煤质参数53.2、系统流程的确定；6四设计计算84.1.原始数据84.2燃料灰渣计算124.3 FGD进口烟气量的计算134.4石灰石与石膏耗量184.5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）195.1、原烟气（增压风机前）195.2、原烟气（增压风机后）195.3、GGH原烟气出口205.4、吸收塔出口205.5、GGH净烟气出口215.6、氧化空气流量215.7、蒸发水量225.8、脱硫反应热2

2、25.9、吸收塔内放热225.10、水蒸气蒸发吸热235.11、余热比率235.12、水平衡235.13、石灰石用量(2535%)245.14、副产物的生成量(1525%)245.15、主要设备255.15.1、吸收塔255.15.2、氧化槽255.16、设计参数汇总(有GGH)25六主要参考文献26七总结和心得262300MW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

3、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2011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

4、题。火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011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

5、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35%的细小固体微

6、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%，

7、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

8、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1Cy%49.9Hy%3Oy%5.57Ny%0.86Sy%0.59AY%31.58Wy%8.5Vr%17.86QyDWkJ/kg188703.2、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

9、号项目符号单位煤种（1）煤质资料1应用基碳份Cy%49.92应用基氢份Hy%33应用基氧份Oy%5.574应用基氮份Ny%0.865应用基硫份Sy%0.596应用基灰份AY%31.587应用基水份Wy%8.58低位发热量QyDWkJ/kg18870（2）锅炉型号及参数1锅炉型号SG220/9.8-M6712锅炉制造厂 哈尔滨锅炉有限公司3蒸发量Dgrt/h10604过热蒸汽温度tgr5405过热蒸汽压力pgrMpa17.506过热蒸汽焓igrkJ/kg3395.37再热蒸汽流量（出口/进口）Dzrt/h8798再热蒸汽温度（出口）tzr5409再热蒸汽温度（进口）tzr33210再热蒸汽压力（

10、出口）pzrMpa3.97511再热蒸汽压力（进口）pzrMpa3.77512再热蒸汽焓（出口）izrkJ/kg3538.7313再热蒸汽焓（进口）izrkJ/kg3147.7614汽包压力pMpa19.0015排污率ps/0.0116排污水焓ipskJ/kg1749.517给水温度tgs28218给水压力pgsMpa19.39219给水焓igskJ/kg1333.6020锅炉效率（高位发热量计）gl/0.831421锅炉效率（低位发热量计）dl/0.924722机械未完全燃烧损失q4%1.0023炉膛过剩空气系数l/1.1524空预器出口过剩空气系数ky/1.2025空预器进口过剩空气系数k

11、y/1.3325灰渣分配比例h%85（3）环境参数1环境温度t0202标态下SO2密度kg/Nm32.8563空气中的水质量含量%14空气密度kg/m31.29（4）石灰石品质资料（石灰石矿点）1CaCO3含量%98.22SiO2含量%1.13CaO含量%54.54MgO含量%0.655S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ep%99.7（6）吸收塔设计参数1除尘器出口烟气温度1382脱硫效率%953氧化倍率24空气中的水含量kg/kg0.0085空气密度kg/m31.2906石灰石含量%98.27镁含量%0.658钙硫比1.039烟气流速

12、m/s3.510雾化区停留时间s2.511液气比L/m31412停留时间min54.2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Bht/h=（Dgr（igr-igs）+ps（i-igs）+Dzr（izc-izj）/（Qgg）161.20 2计算燃料消耗量Bjt/h=Bh*（100-q4）/100159.59 3除尘器进口灰量Gepit/h=h*ep24.63 4除尘器出口灰量Gepot/h=h*（1-ep）0.074 4.3 FGD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VoNm3/Kg0.0889（Cy+0.375Sy）+0.265Hy-0.0

13、333Oy5.065 2N2理论体积VN20Nm3/Kg0.79V0+0.008Ny4.008 3CO2理论体积VCO20Nm3/Kg1.866Cy/1000.931 4SO2理论体积VSO20Nm3/Kg0.7Sy/1000.004 5RO2理论体积VRO20Nm3/Kg1.866（Cy+0.375Sy）/1000.935 6水蒸汽理论体积VH2O0Nm3/Kg0.111Hy+0.0124Wy+0.0161V00.520 7燃烧产物理论体积Vy0Nm3/KgVN20+VRO20+VH2O05.464 8空预器出口燃烧产物实际体积（湿）VkyNm3/KgVy0+0.0161（ky-1）V0+（

14、ky-1）V06.493 9蒸汽吹灰量gkg/kg锅炉厂定0.00 10空预器出口烟气比重r0yKg/Nm3（1-0.01Ay+1.285kyV0+g）/Vky1.316 11空预器出口烟气量QpyNm3/hVky*Bj*103 12除尘器漏风系数1/除尘器厂给定0.0313增压风机漏风系数2/增压风机厂给定0.01 14GGH漏风系数3/GGH厂给定0.01 15除尘器出口温度t1（ky*tpy+1*t0）/（ky+1）135 16增压风机出口温度t2（ky*tpy+*t0）/（ky+）134 17GGH出口温度t3（ky*tpy+*t0）/（ky+）133 18除尘器出口烟气实际体积(湿烟

15、气)Vpy1Nm3/KgVky+0.01611*V0+1*V06.647 19除尘器出口烟气量(湿态、标态)Qpy1bNm3/hVpy1*Bj*103 20除尘器出口烟气实际体积(干烟气)Vpy1gNm3/KgVN2VO2VCO2VSO26.108 21增压风机进口烟气量（标干）Qpy1m3/hVpy1*Bj*103*（273+t1）/273 22增压风机出口烟气实际体积(湿烟气)Vpy2Nm3/KgVky+0.0161*V0+*V06.699 23增压风机出口烟气量(湿态、标态)Qpy2bNm3/hVpy2*Bj*103 24增压风机出口烟气量(湿态、实际)Qpy2m3/hVpy2*Bj*1

16、03*（273+t3）/2736.108 25增压风机烟气实际体积(干烟气)Vpy2Nm3/KgVN2VO2VCO2VSO2 26增压风机出口烟气量(干态、标态)Qpy2bNm3/hVpy2b*Bj*103 27增压风机出口烟气量(干态、实际)Qpy2m3/hVpy2*Bj*103*（273+t3）/273 （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1N2体积VN2Nm3/KgVN20+0.79（ky+-1）Vo4.9288 2O2体积VO2Nm3/Kg0.21（ky+-1）Vo0.2447 3CO2体积VCO2Nm3/KgVCO200.9311 4SO2体积VSO2Nm3/Kg

17、0.85*VSO200.0035 5水蒸汽体积VH2ONm3/Kg0.5387 （3）FGD进口烟气成分序号项目符号单位计算公式计算结果1N2体积VN2Nm3/KgVN20+0.79（ky+-1）Vo4.9688 2O2体积VO2Nm3/Kg0.21（ky+-1）Vo0.2553 3CO2体积VCO2Nm3/KgVCO200.9311 4SO2体积VSO2Nm3/Kg0.85*VSO200.0035 5水蒸汽体积VH2ONm3/Kg0.5395 （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1N2体积百分比%100*VN2/Vpy474.17 2O2体积百分比%100*VO2/V

18、py43.81 3CO2体积百分比%100*VCO2/Vpy413.90 4SO2体积百分比%100*VSO2/Vpy40.05 5水蒸汽体积百分比%100*VH2O/Vpy48.05 （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1N2体积百分比%100*VN2/Vpy481.35 2O2体积百分比%100*VO2/Vpy44.18 3CO2体积百分比%100*VCO2/Vpy415.24 4SO2体积百分比%100*VSO2/Vpy40.06 （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VSO2sNm3/KgVSO20. 2原烟气SO2体积流

19、量QSO2vNm3/hVSO2s*Bj*103560.24 3原烟气SO2质量流量QSO2mkg/hSO2*QSO2v1600.05 4原烟气进口SO2浓度（干态）CSO2mg/Nm31000*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Glimt/h3.716 2副产物石膏产量Ggyt/hQpy2*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

20、灰浓度（湿态）g/Nm3Gepi / Qpy1 *10623.217 2增压风机进口飞灰浓度（干态）g/Nm3Gepi / Qpy1 *10625.267 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

21、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/h1,059,615 水蒸汽质量流量kg/h74,513 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

22、，湿1,434,104 5.6、氧化空气流量二氧化硫的含量mg/Nm32,448 烟气中二氧化硫量kg/h2,597 需要脱除的二氧化硫的量kg/h2,467 氧气的质量kg/h1,234 氧化空气的量kg/h（干）5,329 氧化空气的量kg/h（湿）5,330 氧化空气的量Nm3/h（湿）4,131 5.7、蒸发水量设出口烟温47.8 出口烟气中水蒸气的分压Pa10,840 出口烟气中含水体积流量Nm3/h127,448 出口烟气中含水质量流量kg/h101,067 需蒸发水量kg/h26,553 需蒸发水体积Nm3/h33,485 5.8、脱硫反应热二氧化硫脱除量kg/h2,467 二氧

23、化硫脱除量kmol/h39 反应放热kJ/h13,070 5.9、吸收塔内放热干烟气比热kJ/kg.1.04 水蒸气比热kJ/kg.1.99 烟气温降放热kJ/h67,482,161 吸收塔内放热kJ/h67,495,230 吸收塔内有效放热kJ/h60,745,707 5.10、水蒸气蒸发吸热水的汽化热kJ/kg2,380 蒸发水吸收kJ/h63,207,340 5.11、余热比率余热比率%-3.6%5.12、水平衡进口水量烟气含水kg/h74,513 石灰石浆含水(30%)kg/h9,521 氧化空气含水kg/h43 冲洗水、补充水kg/h29,430 小计(kg/h)kg/h113,50

24、6 出口水量烟气带水kg/h101,067 石膏结晶水kg/h1,388 石膏浆排出水kg/h11,052 小计(kg/h)kg/h113,506 5.13、石灰石用量(2535%)吸收剂有效成分%98.8石灰石用量kg/h4080.3石灰石浆用量kg/h13601.15.14、副产物的生成量(1525%)二水石膏kg/h6,631 粉尘、杂质等kg/h737 合计kg/h7,368 排浆量kg/h36,840 其中结晶水kg/h1,388 5.15、主要设备5.15.1、吸收塔计算直径m11.39实际直径m11.40烟气流速m/s3.49雾化高度m8.735.15.2、氧化槽计算循环量m3/

25、h15377.3实际循环量m3/h15400.0实际液气比L/m314.0浆液池体积m3/h1283.3浆液池高度m12.65.16、设计参数汇总(有GGH)编号12345位置增压风机进口增压风机出口GGH原烟气出口吸收塔出口GGH净烟气出口温度（）135.1 134.2 102.0 47.8 80.0 压力（Pa）101,025 104,325 103,525 101,925 101,325 干态体积流量（Nm3/h）974,889 984,638 974,792 974,975 984,822 湿态体积流量（Nm3/h）1,060,870 1,071,478 1,060,764 1,098

26、,380 1,109,094 运行工况（m3/h）（湿）1,590,659 1,552,208 1,426,104 1,283,099 1,434,104 含水量（m3/m3）0.0810 0.0810 0.0810 0.1124 0.1120 SO2浓度（mg/Nm3)2448.3 2448.3 2448.3 122.4 145.7 六主要参考文献（1）孙克勤、钟秦等编火电厂烟气脱硫系统设计、建造和运行，北京：化学工业出版社，2005年。（2）苏亚欣等编燃煤氮氧化物排放控制技术，北京：化学工业出版社，2004。（3）郭东明等编脱硫工程技术与设备，北京：化学工业出版社，2007。（4）钟秦等编烟气脱硫脱硝技术及工程实例，北京：化学工业出版社，2007。