脱硫工艺参数

1×200MW 石灰石/石膏湿法脱硫工艺参数设计
一． 课程设计的目的
通过课题设计进一步巩固本课程所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行湿法烟气脱硫设计的初步能力，使所学的知识系统化。

通过本次设计，应了解设计的内容、方法及步骤，使学生具有调研技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备结构图、编写设计说明书的能力。

二．课程设计课题的内容与要求
（1）根据给定的设计任务及操作条件，查阅相关资料，确定自选参数，进行工艺参数的计算；
（2）根据设计指导书及相关资料，计算系统工艺参数及主要设备设备尺寸；
（3）编写设计说明书；
（4）对设计结果进行分析。

1.已知参数：
（1）校核煤质：
%64=ar C ,%5=ar H ,%6.6=ar O ,%1=ar N ,%4.0=ar S ,%8=ar W ,%16=ar A ,%15=ar V
（2）环境温度：-1℃
（3）除尘器出口排烟温度：135℃
（4）烟气密度（标准状态）：1.34)/(3m kg
（5）空气过剩系数：3.1=α
（6）排烟中飞灰占煤中不可燃组分的比例：16%
（7）烟气在锅炉出口前阻力：800Pa
（8）当地大气压力：97.86kPa
（9）空气含水（标准状态下）：0.01293)/(3m kg
（10）基准氧含量：6%
（11）按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2011）中二类区标准执行
烟尘浓度排放标准（标准状态下）：30)/(3m mg
二氧化硫排放标准（标准状态下）：200)/(3m mg
2.设计内容：
（1）燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫的浓度计算。

（2）采用石灰石石膏湿法烟气脱硫。

（3）计算石灰石消耗量，石膏产量，并进行水平衡的计算。

（4）选择合适的液气比和空塔气速计算吸收塔塔径塔高并对喷淋系统，除雾器，浆液箱，石膏脱水系统进行计算。

（5）风机及电机的选择设计：根据脱硫系统所处理的烟气量，烟气温度，系统总阻力等计算选择风机种类，型号及电动机的种类，型号和功率。

（6）编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写，包括方案的确定，设计计算，设备选择和有关设计的简图等内容。

课程设计说明书包括封面，目录,前言，正文，小结及参考文献等部分，文字应简明通顺，内容正确完整，书写工整，装订成册。

（7）图纸要求：脱硫系统图一张（A3）。

系统图应按比例绘制，标出设备管件编号，并附明细表。

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SO
2，造成大气环境污染，且随着装机容量的递增，SO
2
的排
放量也在不断增加，加大火电厂SO
2的控制力度就显得非常紧迫和必要。

SO
2
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SO
2
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题。

火电厂大气污染物排放标准
GB13223-2011将执行200mg/m3的SO
2
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。

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SO
2
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、SO
3
、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）。

图1 石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺流程
三．脱硫系统各部分设计计算
1.热值与燃料量的计算
热值计算
%64=ar C ,%5=ar H ,%6.6=ar O ,%1=ar N ,%4.0=ar S ,%8=ar W ,%16=ar A ,%15=ar V
换算成干燥无灰基的元素含量
%2.84=daf C ，%6.6=daf H ，%7.8=daf O ，%5.0=daf S
)(1091030339,daf daf daf daf net daf S O H C Q --+=
=34.4)/(kg MJ
换算成低位收到基发热量
100
76,,⨯=net daf net ar Q Q =25.8)/(kg MJ
全厂效率为38%，含硫量为0.4%
燃烧计算： m u el coal H P ⋅⋅=
η600.3 m )/(4.7325800
38.0600.3200h t coal =⋅⋅= 2.标准状况下理论空气量
)7.07.056.5867.1(76.4Y Y Y Y a
O S H C Q -++=' ='a
Q 6.80)/(3kg m 3.标准状况下理论烟气量（空气含湿量为12.933/m g ）
Y a Y Y Y Y s
N Q Q W H S C Q 8.079.0016.024.12.11)375.0(867.1+'+++++=' ='s
Q 7.35)/(3kg m 4.标准状况下实际烟气量
a s
s Q Q Q '-+'=)1(016.1α
=s Q 9.4)/(3kg m
注意：标准状况下烟气流量Q 以h m /3计，因此，⨯=s Q Q 设计耗煤量
5. 标准状况下烟气含尘浓度
s
Y
sh Q A d C ⨯= =C 2.586)/(1033m kg -⨯
6.标准状况下烟气中2SO 浓度
61022⨯=s
Y SO Q S C =2SO C 862)/(3m mg
2SO 浓度的校准
基准氧含量为6%
%
6,,%
6.4,,%6,%6.4,222222O air O O air O at SO at SO C C C C C C --⋅= =%6,2at SO C 862)
/(3m mg 6216.421-- =%6,2at SO C 942)/(3m mg
除硫效率为%77862
200862=- 7.标准状况下2SO 燃烧产量
)/(59.04.73%4.022h t M M m S SO SO =⨯⨯=
2SO 的脱除量
)/(45.0%7722,h t m m SO removal SO =⨯=
8.烟气中水蒸气密度
由理想气体状态方程得
RT n PV water water =
RT
PV n water water =
water
water water M m n = 1000
15.272314.81897860⨯⨯⨯===RT PM V m water water water ρ )/(78.03Nm kg =ρ
9.烟气体积流量
fluegas coal wet fluegas V m V ⋅=,
)/(690000)/(4.9)/(7340033,h Nm kg Nm h kg V wet fluegas =⨯=
)/(633000)083.01(6900003,h Nm V dry fluegas =-⨯=
)/(570003h Nm V water =
10.烟气质量流量
dry fluegae dry dry fluegas V m ,,ρ⋅=
=dry fluegas m ,633000)/(848000)/(34.1)/(33h kg m kg h Nm =⨯
water dry fluegas wet fluegas m m m +=,,
)/(89200044460848000,h kg m wet fluegas =+=
)/(44460)/(78.0)/(570003h kg Nm kg h kg m water =⨯=
11.吸收塔饱和温度计算
假定电除尘器出口温度为135℃
GGH 出口温度为108℃
干烟气水含量
dry fluegas water m m x ,1=
052.0848000
444601==x 在h,x 图上，108℃和0.052的交点的焓h=248(kJ/kg)。

沿等焓线到饱和线可得到饱和温度T
T=48℃ 077.02=x
dry fluegas inlet water outlet water vapourised water m x x m ,,,,)(-=
)/(848000)052.0077.0(,h kg m vapourised water ⨯-=
)/(21200,h kg m vapourised water =
)
/(78.0)/(212003,,,Nm kg h kg m V saturation water vapourised
water saturation water ==ρ )/(270003,h Nm V saturation water =
12.吸收塔出口净烟气的计算
saturation water water cleangas vapourised water V V V ,,,+=
=cleangas vapourised water V ,,57000)/(3h Nm +27000)/(3h Nm =cleangas vapourised water V ,,84000)/(3h Nm cleangas vapourised water dry inlet wet cleangas V V V ,,,,+= =wet cleangas V ,633000)/(3h Nm +84000)/(3h Nm =wet cleangas V ,717000)/(3h Nm
13.吸收塔烟气计算结果汇总
13.1吸收塔入口：
=wet V 690000)/(3h Nm
=dry V 633000)/(3h Nm
=wet m 892000)/(h kg
=dry m 848000)/(h kg
=water V 57000)/(3h Nm
=water m 44460)/(h kg
℃1081=T
=2O 6%(dry)
=2SO 862)/(3m mg
=2%6,2O SO 942)/(3m mg
13.2吸收塔出口：
=wet V 717000)/(3h Nm
=dry V 633000)/(3h Nm
=wet m 913200)/(h kg
=dry m 848000)/(h kg
=water V 84000)/(3h Nm
=water m 65500)/(h kg
℃482=T
=2O 6%(dry)
=2SO 200)/(3m mg
=2%6,2O SO 219)/(3m mg
14.废水流量的计算
假定烟气中HCl 浓度)/(463,Nm mg C fluegas HCl =HCl 的去除率为98%废水中Cl -含量保持)/(15l g
dry fluegas HCL cl V C m ,98.0⋅=-
)/(5.28h kg m cl =-
--⋅=cl water
cl washwater C m m ρ
)/(1900h kg m washwater =
15.工艺水消耗量
moisture gypsum er crystalwat washwater vapourised water water m m m m m ,,+++=
=
water m )/(36)
/(172)/(12001.09.0)/(1200)/(1900)/(21200mol g mol g h kg h kg h kg h kg ⨯+⨯+
+=water m )/(23484h kg )/(484.233h m V water =
16.石灰石消耗量/石膏产量
224223222/1211CO O H CaSO O O H CaCO SO +⋅→+++
石灰石耗量
)/(7.0%77)/(59.0)
/(64)/(100h t h t mol g mol g =⨯⨯ 石膏产量
)/(2.1%77)/(59.0)
/(64)/(172h t h t mol g mol g =⨯⨯ 17.石膏脱水（石膏密度)/(3.2l kg gypsum =ρ，水的密度)/(1l kg water =ρ） 假定
吸收塔石膏浓度%13=gypsum C
旋流器底流石膏密度%50=gypsun C 真空皮带机石膏浓度%90=gypsum C 旋流器顶流石膏密度%3=gypsum C 17.1石膏浆液密度计算
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=gypsum water gypsum gypsum water
s C ρρρρρ1001
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-=)/(3.2)/(1)/(3.21001311l kg l kg l kg s ρ )/(079.1l kg s =ρ
17.2旋流器底流密度计算
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-=)/(3.2)/(1)/(3.21005011,,l kg l kg l kg underflow ne hydrocyclo s ρ )/(395.1,,l kg underflow ne hydrocyclo s =ρ
17.3旋流器顶流密度计算
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-=)/(3.2)/(1)/(3.2100311
,,l kg l kg l kg overflow ne hydrocyclo s ρ
)/(017.1,,l kg overflow ne hydrocyclo s =ρ
17.4脱水石膏产量
)/(13309
.01200,h kg C m m beltfilter gypsum gypsum
beltfilter === )/(24005.01200,,,h kg C m m underflow
ne hydrocyclo gypsum gypsum underflow ne hydrocyclo === )/(72.1395
.124003,,,,h m m V underflow ne hydrocyclo s underflow ne hydrocyclo underflow ne hydrocyclo ===ρ 17.5吸收塔来石膏浆液计算
overflow ne hydrocyclo underflow ne hydrocyclo absorbor from m m m ,,,+=
overflow
gypsum overflow ne hydrocyclo underflow gypsum underflow ne hydrocyclo gypsum absorbor from C m C m C m ,,,,,⋅+⋅=⋅ 联立以上方程组解得
)/(11280,h kg m absorbor from =
gypsum absorber from gypsum C m m ⋅=,
)/(1466h kg m gypsum =
)/(9814)/(1466)/(11280,h kg h kg h kg m m m gypsum absorber from water =-=-= )/(45.10)
/(079.1)/(112803,,h m l kg h kg m V s absorber
from absorber from ===ρ 18.石灰石浆液供给
石灰石耗量)/(7.03h t m CaCO =
假定石灰石浆液浓度%303=CaCO C
石灰石固体密度)/(8.23l kg CaCO =ρ
18.1石灰石浆液质量流量
)/(33.23
.0)/(7.033
h t h t C m m CaCO CaCO suspension === 18.2石灰石浆液密度
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=3331001CaCO water CaCO CaCO water suspension C ρρρρρ )/(24.18.218.2100301)/(1l kg l kg suspension =⎪⎭
⎫ ⎝⎛-⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ρ 18.3石灰石浆液体积流量
)/(88.1)
/(24.1)/(33.23h m l kg h t m V suspension suspension
suspension ===ρ 19.浆液池尺寸设计
假定浆液停留时间h t 2=∆
浆液灌体积
t V V suspension k ∆⋅=tan
3tan 76.3288.1m V k =⨯=
m V D k 5.1)89.0(3/1tan =⋅=
m D H 25.25.1=⨯=
20.滤池箱尺寸设计
假定滤布冲洗水量)/(5,h t m beltfilter water =以50％的石膏质量流量作为
石膏冲洗水量
20.1滤液量
wash water beltfilter water filtrate water m m m ,,,+=
)/(6.56.05,h t m filtrate water =+=
)/(6.53,h m V filtrate water ≈
假定滤液箱停留时间h t 1=∆
20.2滤液箱容积
3,tan 6.516.5m t V V filtrate water k =⨯=∆⋅=
m V D k 7.1)89.0(3/1tan =⋅=
m D H 55.25.1=⨯=
21.吸收塔尺寸的设计
21.1循环浆液流量
烟气流量=wet V 690000)/(3h Nm
二氧化硫浓度)/(94232Nm mg C SO =
二氧化硫脱除率77％
假定液气比)/(12/3Nm l G L =
吸收塔出口净烟气温度T 2=48℃
wet cleangas actual wet V V ,,15
.2734815.273+= )/(234)/(84300071700015
.2734815.27333,s Nm h Nm V actual wet ==⨯+= 循环浆液流量
)/(101161000
128430001000/3,h Nm G L V Q actual wet =⨯=⨯=循 设计喷淋塔层数为3
每层循环浆液流量
)/(937.0)/(33723
1011633s Nm h Nm n Q Q ====循单循 21.2吸收塔直径
假定吸收塔烟气流速)/(7.3s m =ω
m V d actual
wet 0.97
.323444,=⨯⨯==ππω 21.3吸收塔循环区体积
假定循环浆液停留时间min 3.4=t
372560
3.41011660m t Q V mp absorbersu =⨯=⨯=
循 21.4吸收塔总高
浆液池位高度
m d V H mp absorbersu 4.110
.972544221=⨯⨯==ππ 另外考虑到因注入氧化空气引起的吸收塔浆液液位波动，浆液液位高度
增加0.5m ，取H 1=12m
浆液液面距入口烟道高度H 2
考虑到浆液鼓入氧化空气和搅拌时液位有所波动；入口烟气温度较高、
浆液温度较低可对进口管底部有些降温影响，加之该区间需接近料管，H 2一般定位800mm~1300mm 范围为宜。

此处H 2取1.2m
进口烟道高度H 3=4m
进口烟道顶部距底层喷淋层高度H 4=2.5m
喷淋层区域高度H 5
设计喷淋层之间的间隔2m ，喷淋层数3层
H 5=2×2=4m
除雾区高度H 6
H 6=4m
出口烟道高度：H 7=3m
吸收塔总高H= H 1+ H 2+ H 3+ H 4+ H 5+ H 6 +H 7=30.7m
22.喷淋层设计
单层喷淋层浆液流量)/(937/33723s L h Nm Q ==）（单循
假定喷嘴流量为5)/(s L
1884.1875937/5取整为）（单循
===s L Q n 假定单管可选最大直径m D 06.0max =，喷淋管内最大流速s m V /15max = 单喷管最大流量
)/(4.421506.044
2max max 2max,s L V D Q s =⨯⨯==ππ
单喷淋层主喷管数
2314.42937int 1int max,=+⎪⎭⎫ ⎝⎛=+⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=s Q Q N 单循 23.除雾器冲洗覆盖率
设计喷嘴数量n 为90，喷射扩散角α为90，除雾器有效流通面积A 为
1002m ，冲洗喷嘴距除雾器表面垂直距离0.8m
冲洗覆盖率=%181%100100
18.090%100222=⨯⨯⨯⨯=⨯παπA tg h n 24.烟道尺寸设计
24.1净烟气烟道直径
假定烟气出口流速)/(18s m =ω
m V d actual
wet 1.418
23444,=⨯⨯==ππω 24.2原烟气烟道直径
)/(28669000015
.27313515.2733s Nm V actual =⨯+= m V d actual
5.418
28644=⨯⨯==ππω 25.增压风机烟气设计流量计算
假定风机入口烟气温度℃135,=in fan T ，100%BMCR 工况下风机入口处
湿烟气流量
=in fan Q ,690000)/(3h Nm
15
.27315.2731036001.1,,,,++⋅=in fan in fan act in fan T Q Q =act in fan Q ,,323)/(3s Nm
26.增压风机总压损
假定吸收塔压损10（mbar ），GGH 压损12（mbar ）,烟道压损7（mbar ）
考虑20%的裕量8.34=∆d P ，取35（mbar ）=3500Pa
27.电机功率d f P ,
假定风机效率%851=η，电动机效率%80=d η
增压风机所需功率KW P Q P d
in fan f 130485
.010235003231021,=⨯⨯=∆⨯=η KW P P d f
d f 16308
.01304,===η 28.三台循环泵轴功率计算
28.1有效功率
三台浆液循环泵的扬程分别为m H pump 201,=，
m H pump 222,=，m H pump 243,= ==10001
,1,pump suspension e H gQ P 单循ρKW 2281000
20937.08.91240=⨯⨯⨯ ==10002,2,pump suspension e H gQ P 单循ρKW 2501000
22937.08.91240=⨯⨯⨯ =
=10003
,3,pump suspension e H gQ P 单循ρKW 274100024937.08.91240=⨯⨯⨯ 28.2循环泵的轴功率P
假定循环泵的总效率%80=η
==η
1,1e P P KW 2858.0228= =
=η2,2e P P KW 3138.0250=
==η3
,3e P P KW 3438
.0274= 29.电机参数λ
选用循环泵电机额定功率需考虑标准值10%以上裕量
==111.1P λKW 314
==221.1P λKW 344
==331.1P λKW 377
30.氧化风机
空气流量
假定吸收塔喷淋区域的氧化率为60%
浆池内氧化量()4.226.01106,%6,2,,%6,2,22-⨯
⨯⋅-⋅=-out O out dry in O in dry SO V SO V S ()4.226.01102196330009426330006-⨯
⨯⨯-⨯=-S )/(17.8h mol kg S ⋅=
假定通氧效率%302=O η 所需空气流量)/(14533
.021.0241.2217.83h Nm O rep =⨯⨯⨯= 根据经验，考虑溶解盐12.1%，则空气流量为1453)/(29820526.23h Nm =⨯ 此处设计选用一台风机，因此风机空气流量2982)/(3h Nm
课程设计心得
本次设计是关于石灰石/石膏湿法脱硫工艺参数工艺设计，在这里首先感谢两位老师的悉心指导与大力帮助！
火电厂采用烟气脱硫技术无疑是减少SO2排放的一个有效措施。

然而，电厂脱硫系统的投资和运行费用十分高昂，一是内因，即目前引进的脱硫技术及设备费很高，这可通过国产化来降低；二是外因，即在脱硫技术的选用、设计及运行上存在着许多不合理之处，使得脱硫系统投资、运行费用增高，这需要对选定的脱硫系统进行认真、仔细的优化。

我国应加快对已有技术的消化吸收，实现脱硫技术和设备的国产化，并开发出具有自主知识产权的脱硫技术，这是我国推广应用脱硫技术控制SO2 排放的必由之路。

进行脱硫系统的设计和运行优化，将使脱硫系统投资运行费用大大减低，并增强机组和脱硫系统本身的安全可靠性。

通过这次设计，使我对脱硫系统工业的发展前景有了更深的认识，而且对其整个流程有了更加全面的了解。

最重要的是，我更深刻的认识到我还有很多需要学习的地方，在各方面还有很多可以改进的空间。

参考文献
（1）郝吉明，马广大主编．大气污染控制工程．北京：高等教育出版社，2002
（2）钟秦，王娟等编．化工原理．北京：国防工业出版社，2001
（3）吴忠标主编．实用环境工程手册—大气污染控制工程．北京：化学工业出版社，2001
（4）熊振湖，费学宁等编．大气污染防治技术及工程应用．北京：机械工业出版社，2003
（5）GBl3271－2001
（6）何争光主编．大气污染控制工程及应用实例．北京：化学工业出版社，2004
（7）风机样本．各类风机生产厂家。