1、280t/h燃煤锅炉湿式石灰石/石膏烟气脱硫工程初步设计摘要：根据某火电厂280 t/h燃煤锅炉具体情况，进行了湿式石灰石/石膏法烟气脱硫工程的工艺初步设计。设计处理量为200000 Nm3/h，入口SO2浓度为5000 mg/Nm3的烟气，经过塔径为6.27 m，塔高为19.0 m，3层喷淋的湿式石灰石/石膏法烟气脱硫塔净化，净化后烟气中SO2浓度200 mg/Nm3，脱硫效率96%。关键词：烟气脱硫；湿法石灰石/石膏法；方案设计Preliminary design of wet limestone gypsum flue gas desulfurization process for 2
2、x80t / h coal-fired boilerAbstract: According to actual conditions of the 280 t/h coal-fired boiler, wet limestone/gypsum flue gas desulfurization process is proposed. The flue gas flow is 200000 Nm3/h and the inlet SO2 concentration of flue gas is 5000 mg/Nm3. SO2 is removed in a three-spray desulf
3、urization tower, the tower diameter 6.27 m and the tower height 19.0 m. SO2 outlet concentration is less than 200 mg/Nm3 and desulfurization efficiency is more than 96% after treatment.Keywords: FGD; wet limestone/gypsum method; design program正文目录1引言- 1 -1.1设计背景和意义- 1 -1.2技术现状和分析- 1 -1.2.1国内技术现状与分析-
4、 1 -1.2.2国外技术状况与分析- 2 -1.3设计目标和基本思路- 2 -1.3.1设计目标- 2 -1.3.2设计思路- 2 -1.3.3设计内容- 3 -2工程概况- 4 -2.1设计依据- 4 -2.2设计原则- 5 -2.3自然环境条件- 5 -2.4设计条件和设计参数- 6 -2.4.1锅炉设计参数- 6 -2.4.2设计目标- 6 -3处理工艺流程- 7 -3.1湿法脱硫工艺简介- 7 -3.1.1石灰石石膏湿法烟气脱硫技术- 7 -3.1.2氧化镁法- 7 -3.1.3海水脱硫法- 7 -3.1.4氨液吸收脱硫法- 8 -3.1.5双碱法- 8 -3.2脱硫技术方案技术比选
5、- 8 -3.3工艺流程- 9 -3.3.1石灰石-石膏湿法烟气脱硫原理- 10 -3.3.2空塔喷淋脱硫工艺- 11 -3.4预期处理效果- 11 -4各构筑物及设备- 12 -4.1物料平衡计算- 12 -4.1.1设计参数- 12 -4.1.2吸收剂的消耗量- 12 -4.2烟气系统- 12 -4.2.1烟道设计- 12 -4.2.3烟气换热器- 13 -4.3 SO2吸收系统- 13 -4.4石灰石浆液制备系统- 18 -4.5石膏脱水系统- 19 -4.5.1石膏浆液缓冲箱- 20 -4.5.2石膏浆液排放泵- 20 -4.5.3石膏旋流器- 20 -4.5.4石膏储仓- 20 -4
6、.6工艺水系统- 20 -4.7排放系统- 21 -4.8烟囱尺寸- 22 -4.9废水处理系统- 22 -4.10电气系统- 23 -4.11监测系统- 23 -4.12主要设备清单- 24 -5总图- 24 -5.1工艺流程图- 25 -5.2平面布置图- 25 -5.3高程图- 25 -5.4吸收塔总图- 25 -5.5石灰石浆液制备系统图- 25 -5.6烟气系统工艺流程图- 25 -5.7喷嘴布置图- 25 -5.8吸收塔外形图- 25 -6公用工程- 26 -6.1控制系统- 26 -6.2给水排水- 26 -6.3环保安全- 27 -7工程投资和运行费用- 29 -7.1工程投资
7、- 29 -7.2运行费用- 29 -8主要经济指标- 30 -8.1环境效益及社会效益- 30 -8.2主要技术经济指标- 30 -致谢- 31 -参考文献- 32 -附录1 毕业设计计算说明书- 32 -附录2工艺流程图- 57 -附录3平面布置图- 57 -附录4高程图- 57 -附录5吸收塔总图- 57 -附录6石灰石浆液制备系统流程图- 57 -附录7烟气系统工艺流程图- 57 -附录8喷嘴布置图- 57 -附录9吸收塔外形图- 57 -1. 引言1.1设计背景和意义随着现代工业的发展，大气污染问题越来越严重。温室效应、酸雨、臭氧层空洞等全球气候问题不仅对人类的生产生活造成了阻碍，而
8、且对人体健康危害极大。温室效应主要是由于二氧化碳过量排放到大气中形成的，臭氧层空洞是由于氟代烃和氯代烃排放到大气层中不断消耗大气层中的臭氧所造成的，酸雨则是由于二氧化硫排放到大气中，与雨水反应生成硫酸所造成的。酸雨问题造成的生命和财产损失很严重，而酸雨形成的罪魁祸首便是煤燃烧所产生的大气污染物。我国是一个能源大国，每年煤炭消耗量具世界首位，达到11亿吨以上1。中国煤炭资源储量大，煤炭资源约占全国一次性能源总产量的74%2，在今后一定的时期内，燃煤发电的现状难以发生根本性转变，火力发电仍然是我国发电行业的主导方式。煤炭燃烧不可避免的会产生烟尘、硫化物、NOx等大气污染物，它们会产生光化学烟雾，酸
9、沉降，对环境造成严重污染。其中，SO2 主要产生于电力、冶金、化工等工业部门排放的废气，是酸雨的重要形成原因之一，酸雨使土壤和水体酸化，威胁水生生物和陆生动植物生存，严重破坏生态环境，腐蚀建筑物，危害人类健康。 国家已采取相应措施控制燃煤电厂烟气排放。从20世纪90年代开始，国家陆续颁布了法律制度以控制SO2的排放。我国“十二五”规定的SO2排放浓度由“十一五”规定的排放浓度200mg/m3下降到100mg/m3。并且规定对使用煤炭含硫率大于1%的新建、改建火力发电厂强制要求建立脱硫设施，已建立的电厂也要分批次建立脱硫设施或采取相同效果的脱硫设施。目前，随着人们环保意识的增强和国家排污总量收费
10、政策实施，火电厂大气污染物排放标准等环保政策的强制执行，燃煤电厂SO2排放的治理已势在必行3。本设计主要以燃煤发电厂所提供的参数和国家对大气污染物排放限制的规定为依据，对某燃煤电厂的烟气脱硫设备进行改造，旨在使电厂排放烟气中的SO2达到国家排放标准，有效地控制当地空气中的污染物，改善空气质量，提高居民生活质量，具有实际意义和一定的必要性。1.2技术现状和分析1.2.1国内技术现状与分析我国政府十分重视二氧化硫污染治理及技术研究开发工作，自20世纪70年代开始，曾先后进行了亚纳循环法、活性炭吸附法、石灰石法等半工业性试验或现场中间试验4。“八五”期间，不同工艺的脱硫示范项目相继开展，如：山东黄岛
11、发电厂一台210MW 旋转喷雾干燥法烟气脱硫、山西太原第一热电厂高速水平流简易石灰石湿法烟气脱硫、南京下关电厂2台125MW机组的炉内喷钙尾部烟气增湿活化脱硫、四川成都热电厂一台200MW电子束脱硫、深圳西部发电厂300MW机组海水脱硫等。90年代，大型火电机组脱硫工作有了进一步发展，如国家电力公司在利用德国政府贷款引进具有90年代国际先进水平的德国斯坦米勒石灰石湿法脱硫技术，对北京第一热电厂、浙江半山发电厂和重庆发电厂进行烟气脱硫技术改造等。现今我国已拥有大型火电厂烟气脱硫自主知识产权的技术，并经过30万千瓦以上机组配套脱硫工程商业化运行的检验。脱硫设备国产化水平大大提高。从设备采购费用看，
12、脱硫设备、材料的国产化率已可以达到90%以上，部分工程达到95%以上。脱硫设施造价及运行成本大幅度降低，新建30万千瓦机组的单位千瓦烟气脱硫价格从保障质量的角度看可降到平均200元人民币左右。在我国燃煤电厂脱硫市场中，湿法脱硫工艺所占的份额高达75%左右，且其中主要是采用传统的石灰石石膏湿法脱硫工艺。 1.2.2国外技术状况与分析近年来，世界各发达国家在烟气脱硫方面均取得了很大的进展，美国、日本和德国是世界上FGD 技术开发和大规模应用的国家，在火电厂FGD领域处于领先地位。日本是世界上控制SO2最有成效的国家，也是最早实行大规模FGD 的国家。所用技术以湿式石灰石-石膏法为主，占75%以上5
13、。日本湿式石灰石-石膏法大多回收脱硫石膏，以弥补国内石膏资源的不足，年利用脱硫250万吨以上。近年来由于燃料结构的改变，如进口原油中含硫量的减少，液化天然气的增加，原子能发电、太阳能等无污染能源的发展，故烟气脱硫设施有减少的趋势。美国自20世纪50年代开始研究电站烟气脱硫技术，到2010年美国电站己运行的烟气脱硫(FGD)占燃煤电站总容量的20%以上6。德国电厂为了达到国家限定的排放标准，主要采用脱硫效率高的湿法脱硫工艺。1.3设计目标和基本思路1.3.1设计目标280t/h燃煤锅炉湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺初步设计。1.3.2设计思路首先，干法工艺虽然防腐性能好，具有不产生废水等优点，但
14、是脱硫效率基本上都在85%以下；而根据本工程的设计要求，效率要达到96%以上，干法工艺脱硫效率达不到设计要求，因此原则上不予考虑。其次，半干法烟气脱硫普遍存在脱硫率较低，设备磨损严重，反应速度较慢等缺点。而作为当今世界起步最早，发展最为成熟的湿法烟气脱硫技术具有脱硫反应速度快、脱硫效率高等优点，达标处理是可行的，故本方案考虑采用湿法烟气脱硫技术。湿法烟气脱硫使用脱硫剂与水混合制成吸收剂，从吸收塔顶部向下喷洒吸收剂，与逆向上升的气流接触反应，SO2与吸收塔反应的产物与鼓入的氧化空气反应形成晶体，最终达到脱硫的目的。该工艺的特点为：吸收剂和脱硫产物均为湿态，工作硫容量高；工艺操作弹性大；处理硫负荷
15、性能强；使用范围广；脱硫剂来源广泛且经济成本低；脱硫率高；脱硫产物在建筑方面具有很大的运用潜力。而且石灰石石膏法烟气脱硫技术是目前世界上应用最多，技术最为成熟的脱硫方式，该工艺在日本、德国（大型电厂中占90%）和美国（大型电厂占87%）燃煤电厂脱硫工程中已经得到了有效的验证。综上所述，本方案决定采用石灰石-石膏法烟气脱硫技术。1.3.3设计内容（1）根据设计任务进行资料收集和调研；（2）通过比选，确定合适的脱硫工艺，包括石灰石粉制备方式的选择、GGH设置的选择、增压风机设置的选择、石膏储运方式的选择；（3）烟气净化系统工艺设计计算，包括脱硫系统、吸收剂制备系统、烟道系统及副产品处理处置系统；（4）主要烟气脱硫装置选择和工艺设计，包括气固输送管道和泵、风机等；（5）脱硫系统的设计优化(石膏处理系统、废水排放系统、工艺水系统、压缩空气系统)；（6）考虑管道腐蚀堵塞问题，并提出合理的解决办法；（7）脱硫设施总平面布置的合理性；（8）工程概算、技术经济分析；2工程概况某燃煤电厂两台80 t/h煤粉锅炉，总烟气量200000 Nm
