（热能工程专业论文）湿法烟气脱硫系统烟气再热问题的研究.pdf

摘要 本文结合某电厂3 0 0 m w 机组的湿法烟气脱硫工程实例，针对脱硫后净烟气的加 热问题，选取了几种具有代表性的净烟气再热方案( 回转蓄热式g g h 、热管式g g h 、 蒸汽净烟气加热器、冷却塔排放烟气) 。基于对数平均温差法建立了换热器热力计 算模型，对换热器进行了选型设计。根据设计的参数，对几种换热器进行了技术比 较；基于费用一效益分析原理对换热器进行经济评价，运用动态的计算方法进行了 经济比较。经过技术经济分析发现，热管式g g t l 不仅在技术上可靠，在投资与运行 成本上都有比较大的经济优势，特别是分离式热管g g h 可以根据场地灵活布置，解 决了整体式热管g g h 占地面积过大，热管加工、制造困难的问题。对本工程而言， 是一种合理的净烟气加热方式。 关键词：湿法烟气脱硫，烟气再热，气一气换热器，技术经济分析 a b s t r a c t a c c o r d i n g t oap o w e r p l a n tu n i t so f3 0 0 m w w e tf l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o ne n g i n e a r i n g ， t h i sp a p e rp r o p o s e ds e v e r a lr e p r e s e n t a t i v eh e a tr e c o v e r ym e t h o d sf o rt h ec l e a ng a st h a ta f t e r d e s u l p h u r i z a t i o n ( r o t a t i n gt y p eg g h 、h e a tp i p et y p eg g h 、s t e a mr e h e a t e r 、c o o l i n gt o w e rw i t h f l u eg a si n j e c t i o n ) t h et h e r m a lc a l c u l a t i o nm o d e lo fe x c h a n g e rb a s e do nl m t dm e t h o di s e s t a b l i s h e da n dt h em o d e ls e l e c t i o nd e s i g ni sc a r r i e do n a c c o r d i n gt ot h ed e s i g np a r a m e t e r , a t e c h n i c a lc o m p a r i s o nf o re x c h a n g e r si sc a r r i e do n ；b a s e do l lp r i n c i p | e so fc o s t - b e n e f i ta n a l y s i s a n dd y n a m i cc a l c u l a t i o nm e t h o d , t h ee c o n o m i ce v a l u a t i o na n dc o m p a r i s o nf o rt h ee x c h a n g e r s i sp u tu p a f t e rt e c h n o - e c o n o m i ca n a l y s i s ，i ti sf o u n dt h a th e a tp i p et y p eg g hi sn o to n l y t e c h n i c a l l ys o u n db u ta l s ot h ei n v e s t m e n ta n do p e r a t i o n a lc o s t sa x er e l a t i v e l yl a r g ee c o n o m i c a d v a n t a g e s ，e s p e c i a l l y , s e p a r a t et y p eh e a tp i p eg g h c a nb ca r r a n g e df l e x i b l ya c c o r d i n gt ot h e g r o u n d ，t h eq u e s t i o n st h a tt h ea r c ai st o ol a r g ea n dt h em a n u f a c t u r ei st o od i f f i c u l to ft h e i n t e g e rt y p eh e a tp i p eg g h a r er e s o l v e d i ti sar e a s o n a b l eh e a tr e c o v e r ym e t h o df o rt h ec l e a n g a st ot h i se n g i n e e r i n g h u a n gw e i ( p o w e rp l a n tt h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f c h e n gj i nm i n g k e yw o r d s ：w e tf g d ，c l e a ng a sh e a tr e c o v e r y , g g h ，t e c l m o e c o n o m i ca n a l y s i s 摘要 本文结合某电厂3 0 0 m w 机组的湿法烟气脱硫工程实例，针对脱硫后净烟气的加 热问题，选取了几种具有代表性的净烟气再热方案( 回转蓄热式g g h 、热管式g g h 、 蒸汽净烟气加热器、冷却塔排放烟气) 。基于对数平均温差法建立了换热器热力计 算模型，对换热器进行了选型设计。根据设计的参数，对几种换热器进行了技术比 较；基于费用一效益分析原理对换热器进行经济评价，运用动态的计算方法进行了 经济比较。经过技术经济分析发现，热管式g g h 不仅在技术上可靠，在投资与运行 成本上都有比较大的经济优势，特别是分离式热管g g h 可以根据场地灵活布置，解 决了整体式热管g g h 占地面积过大，热管加工、制造困难的问题。对本工程而言， 是一种合理的净烟气加热方式。 关键词：湿法烟气脱硫，烟气再热，气一气换热器，技术经济分析 a b s t r a c t a c c o r d i n gt oap o w e rp l a n tu n i t so f3 0 0 m ww e tf l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o ne n g i n e e r i n g ， t h i sp a p e rp r o p o s e ds e v e r a lr e p r e s e n t a t i v eh e a tr e c o v e r ym e t h o d sf o rt h ec l e a ng a st h a ta f t e r d e s u l p h u r i z a t i o n ( r o t a t i n gt y p eg g h 、h e a tp i p et y p eg g h 、s t e a mr e h e a t e r 、c o o l i n gt o w e rw i t h f l u eg a si n j e c t i o n ) t h et h e r m a lc a l c u l m i o nm o d e lo fe x c h a n g e rb a s e do nl m t dm e t h o di s e s t a b l i s h e da n dt h em o d e ls e l e c t i o nd e s i g ni sc a r r i e do n a c c o r d i n gt ot h ed e s i g np a r a m e t e r , a t e c h n i c a lc o m p a r i s o nf o re x c h a n g e r si sc a r r i e do n ；b a s e do np r i n c i p l e so fc o s t b e n e f i ta n a l y s i s a n dd y n a m i cc a l c u l m i o nm e t h o d , t h ee c o n o m i ce v a l u a t i o na n dc o m p a r i s o nf o rt h ee x c h a n g e r s i sp u tu p a f t e rt e c h n o - e c o n o m i ca n a l y s i s ，i ti sf o u n dt h a th e a tp j p et y p eg g hi sn o to n l y t e c h n i c a l l ys o u n db u ta l s ot h ei n v e s t m e n ta n do p e r a t i o n a lc o s t sa r er e l a t i v e l yl a r g ee c o n o m i c a d v a n t a g e s ，e s p e c i a l l y , s e p a r a t et y p eh e a tp i p eg g h c a nb ea r r a n g e df l e x i b l ya c c o r d i n gt ot h e g r o u n d ，t h eq u e s t i o n st h a tt h ea r e ai st o ol a r g ea n dt h em a n u f a c t u r ei st o od i f f i c u l to ft h e i n t e g e rt y p eh e a tp i p eg g h a r er e s o l v e d i ti sar e a s o n a b l eh e a tr e c o v e r ym e t h o df o rt h ec l e a n g a st ot h i se n g i n e e r i n g h u a n gw e i ( p o w e rp l a n tt h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f c h e n gj i nm i n g k e yw o r d s ：w e tf g d ，c l e a ng a sh e a tr e c o v e r y , g g h ，t e c h n o e c o n o m i ca n a l y s i s 声明 y 8 6 8 0 5 熏 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文湿法烟气脱硫系统烟气再热问题的研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文惜；韩：曼：牝日 期： 牵村日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日 期：也； 日期：卫塑：三 华北电力大学硕士学位论文 第一章引言 烟气再热系统作为烟气脱硫系统不可或缺一部分，初投资高，尤其是日常运行、 维护费用大。因此，对于烟气再加热方式进行研究，通过具体工程实例的技术、经 济分析、对比和优化，对整个烟气脱硫系统投资、建设、运行、维护有着十分重要 的意义。 1 1 净烟气再热的必要性 1 1 1 湿法脱硫烟气排放对环境的影响 湿法脱硫系统在吸收塔脱硫反应完成后，烟温降至4 5 0 c 5 5 0 c ，呈饱和状态， 主要成分为水蒸气、c 0 2 、未脱除的s 0 。、s o 。等酸性气体。低温下饱和的净烟气很 容易产生冷凝酸( 在净烟道或烟囱中的凝结物p h 值约为1 2 之间，硫酸浓度可达 6 0 ) 具有很强的腐蚀性。 脱硫后的饱和湿烟气若直接排放除带来很严重的腐蚀外，在环境保护上会带来 三个问题：湿烟气的温度比较低，烟羽抬升高度低，在某些不利于烟气扩散的 无风、低气压气候条件下，将导致电厂周边污染集中：会因水蒸气的凝结而使烟 羽呈白色，影响人们的视觉，破坏城市景观；凝结水可能造成烟囱下风向的降水， 影响局部地区的气候。 湿烟气中的水汽凝结会导致烟羽呈白色，即所谓的“白烟”问题。白烟的长度 随环境温度、相对湿度以及烟气温度等参数而变，可从数十米到数百米。白烟长度 对环境的温度、湿度相当敏感，环境湿度越大，白烟长度越长，且随环境温度的升 高而缩短。在低温的冬天，若环境湿度较大，白烟长度可超过数百米甚至1 k m 。为 了尽可能避免出现白烟，减轻自烟对环境视觉的影响，需要对湿烟气进行加热。 还有一个可能出现的环境问题就是凝结水的问题。根据计算，湿烟气的最大凝 结水量发生在烟囱下风向2 m 左右，最大值在1 l o g k g ，取决于环境条件和排放条 件，凝结水的影响范围一般限于烟囱下风向1 0 0 m 左右，只有当环境湿度接近于饱 和状态时，影响范围才可能扩展到2 0 0 m 以上。但由于湿烟气中水汽凝结成水的量 不大，形成雾的几率也很小，一般不会对当地气候造成什么影响1 1 l 。 1 1 2 湿法脱硫系统低温烟气的腐蚀 湿法烟气脱硫技术是利用喷淋的浆液洗涤烟气，大部分污染物和腐蚀物质在吸 收塔内就被除去，一般出口烟气中含有极少量的s o 。、s o 。、氯化物、氟化物和硫酸 雾等。吸收塔出口低温饱和状态的净烟气携带水量大，少量的硫氧化物提高了烟气 的酸露点温度，从而使吸收塔出口净烟气温度低于酸露点。虽然吸收塔使用了高效 除雾器，饱和烟气所携带的水滴也会在烟气出口设备上凝结，水凝结后吸收烟气中 的腐蚀物质，从而严重腐蚀排烟管路和设备。 华北电力大学硕士学位论文 按照金属腐蚀破坏形态可把金属腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀。在富酸环境下 的塔体和管路的腐蚀属于全面腐蚀。全面腐蚀既可能是腐蚀程度相同的均匀腐蚀， 也可以是腐蚀程度不同的非均匀腐蚀。也可按照腐蚀发生的温度把金属腐蚀分为高 温和低温腐蚀。脱硫塔体和出口管路的腐蚀都属于低温腐蚀。当水滴在塔体和管路 上凝结时，形成很薄的液膜，吸收了烟气中的硫化物形成酸液，从而产生腐蚀。 阳极反应过程：f e f e ”+ n e 阴极反应过程：2 h + + 2 e h 。t 局部腐蚀的形态很多，可以发生点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等，虽 然发生面积较小，但其危害更大。在一些狭小的细缝存在与腐蚀有关的物质，由于缝 隙限制了物质的扩散，从而建立了以缝隙为阳极的浓差电池，造成了缝隙内的局部 腐蚀，在应力的共同作用下易发生应力腐蚀开裂，后果极其严重。钢结构的脱硫塔、 出口烟气管道在高温、潮湿、酸性环境下腐蚀很快，尤其是在闲置情况下，腐蚀加剧。 与此同时，烟气带水量多，不但会造成风机叶片带水，而且由于叶片的腐蚀，使叶轮 失去动平衡，风机振动加剧1 2 1 。 考虑到暴露在饱和富酸环境下的管路、设备安全运行和环保的要求，目前国内 的大部分脱硫系统采取了烟气再热方法来提高净烟气温度。 1 2 脱硫烟气的排放方式 1 2 1 有加热系统的烟气排放方式 1 2 1 1 直接混合加热法 ( 1 ) 高温燃烧燃气与低温湿烟气混合法。此法采用含硫量低的燃料，一般燃用 天然气或低硫油( 石化、化工生产的氢气、甲烷等清洁可燃气体也可燃用) ，燃烧产 生的高温烟气与低温湿烟气混合。这种方法在工业锅炉和石化工业烟气脱硫系统中 可以采用，但在电站烟气脱硫系统，其要消耗大量燃料。 ( 2 ) 未脱硫的部分烟气与低温湿烟气混合法。利用烟气旁路，将部分未脱硫的 烟气与脱硫后的净烟气混合升温后排放。 ( 3 ) 热空气与低温湿烟气混合法。从空气预热器抽取一部分热空气，与净烟气 混合后排放。 1 2 1 2 利用换热器加热 ( 1 ) 脱硫前高温烟气通过热交换器加热净烟气，与此同时，其自身温度也得以 降低，这有利于脱硫效率的提高。热交换器有蓄热式和管式。 1 ) 蓄热式的工作原理与电站锅炉回转式空气预热器相同，热侧是温度高、含硫 量高的原烟气，低温侧是温度低、湿度大的净烟气 2 ) 管式热交换器有两种形式：一种是利用水作加热热媒，水在高温烟气侧吸热， 在低温湿烟气侧放热。水的流动动力靠循环泵提供；另一种是热管热交换器，热管 内的水在原烟气侧吸热蒸发，在净烟气侧冷凝加热脱硫后的低温烟气，该类型热交 2 华北电力大学硕士学位论文 换器已在日本y o k o s u k a 电厂使用1 3 1 。 ( 2 ) 蒸汽加热法。加热蒸汽主要来源于汽机的三段抽汽和高压缸排汽，有加热 全部烟气和加热部分烟气两种工艺。广东省连州电厂采用这种方式。 1 2 2 无加热系统的烟气排放方式 1 2 2 1 通过烟囱排放 简易烟囱排放适用于工业锅炉脱硫系统。锅炉空气预热器出来的烟气经水膜除 尘器由风机送入吸收塔，脱硫之后的烟气经除雾器直接从安装在塔顶的烟囱排放， 烟囱不做特殊处理。对于电站锅炉系统，湿烟气通过烟囱排放，烟囱要用特殊材料 ( 如镍合金或玻璃钢) 防腐。 1 2 2 2 通过冷却塔排放 该烟气排放方式有两种工艺系统：( 1 ) 把脱硫装置安装在冷却塔外，脱硫后的 烟气引入冷却塔内排放；( 2 ) 把脱硫装置安装在冷却塔内，脱硫之后的烟气直接从 冷却塔顶部排放。这两种形式都已在德国成功应用。 ( 1 ) 脱硫装置安装在冷却塔外，净烟气引到冷却塔配水装置上方。通过安装在 塔内的除雾器除雾后均匀排放，与冷却水不接触。由于烟温约5 0 ，高于塔内温度， 会发生混合换热现象，混合的结果改变了塔内气体流动工况。塔内气体向上流动的 原动力是湿空气( 或是空气与烟气的混合物) 产生的热浮力，热浮力克服流动阻力 而使气体流动。当脱硫系统出现故障停运时，由于烟气含硫量高，不适于通过冷却塔 排放，需经干式烟囱排放。 ( 2 ) 脱硫装置安装在冷却塔内，脱硫塔与冷却塔合一，脱硫之后的烟气直接从 冷却塔排放。其省去了烟囱、烟气热交换器，减少了用地，可大大降低初投资，节约 运行和维护费用。德国s h u 公司在湿法脱硫系统的用户中，都采用了这种二塔含一的 形式【4 1 。 1 3 国内外设置g g h 情况 1 3 1 国外情况 1 3 1 1 德国 德国大规模建设f g d 设施的时间是在上世纪8 0 9 0 年代。由于当时该国法规的 要求，烟气的排放温度不得低于7 2 ，因此，在此期间建设的f g d 装置全部安装了 g g h ，而且主要是回转式g g h 。经过多年的运行，发现g g h 是整个f g d 系统的故障点， 极大地影响了f g d 的可用率。据德国有关公司介绍，几乎所有的g g h 在运行过程中都 出现了故障。德国加入欧盟以后，由于大部分欧盟成员国对烟气排放温度没有法规 上的限制，所以从2 0 0 2 年开始，德国取消了对烟气排放温度的限制。因此，在原东 德地区近期建设的f g d 装置已有部分不再安装g g h 。德国脱硫公司认为，不安装g g h 是今后f g d 系统发展的趋势。德国已有越来越多的电厂将脱硫后的烟气通过冷却塔 排放，这样既可以不安装g g h ，省去湿烟囱的投资，而且又可通过冷却塔湿热空气 3 华l t 电力大学硕士学位论文 的抬升作用，增强了烟气的扩散能力。 1 3 1 2 美国 由于美国环保标准对烟囱出口的排烟温度并无要求，美国自8 0 年代中期以来建 设的脱硫系统基本都不设置g g h ，设置g g h 的仅占2 5 。美国一些电厂考虑到f g d 系 统不安装g g h 后由于排放的烟温过低，可能对电厂周边环境产生不利影响，因此在 烟囱底部安装了燃烧洁净燃料的燃烧器，在气象条件不利于扩散时，对脱硫后的烟 气临时加热。该方法的投资和运行费用都较低，又起到了保护环境的作用，是一种 经济的解决方案，值得我们借鉴。 i 3 1 3 日本 日本为了减轻环境污染，一直采用较高烟温排放，以增强烟气的扩散能力，因 此，日本绝大部分的f g d 装置均安装了g g h 。 1 3 2 国内情况 国内初期建设的目前已投运的火电厂烟气脱硫装置均安装了g g h 。如利用日本 三菱技术的珞磺一期、二期工程烟气脱硫系统，采用了水媒管式烟气再加热器；重 庆电厂、浙江半山电厂、北京第一热电厂一期工程烟气脱硫系统，引进德国 s t e i n m u 1 e r 公司的技术，采用了气一气回转式烟气再加热器，后期建设的石景山 热电厂、北京第一热电厂二期工程、山东黄台电厂、江阴夏港电厂、浙江钱清电厂 烟气脱硫装置也都安装了g g h 。 国内目前正在实施的脱硫工程中，通常都设置了g g h ，但也有部分工程没有g g h 。 如6 0 万千瓦机组的常熟电厂、江苏利港电厂、黄骅电厂、台山电厂、王滩电厂、托 克托电厂、潮州电厂、乌沙山电厂、后石电厂等烟气湿法脱硫系统均没有安装g g h 5 1 。 1 4 本论文的任务和目的 烟气加热器( g g h ) 是湿法脱硫系统( f g d ) 的一个重要组成部分，用来加热经 脱硫系统处理过的烟气，使其在进入烟囱前得到再热处理，达到排放温度要求。本 文针对某电厂3 0 0 m w 机组的湿法烟气脱硫系统，选取了几种具有代表性的净烟气再 热方案( 回转蓄热式g g h 、热管式g g h 、蒸汽净烟气加热器、冷却塔排放烟气) 建立换热器热力计算模型，对换热器进行了选型设计；对上述几种净烟气再加热排 放方案进行技术、经济分析与对比，选择最佳的设计方案；着重对热管式6 g h 进行 了探讨。 4 华北电力人学硕士学位论文 第二章三河电厂湿法烟气脱硫工程实例 2 1 项目概述 三河电厂规划总容量为1 3 0 0 1 4 0 0 m w ，一期工程已安装2 台3 5 0 m w 日本进口凝 汽式汽轮发电机组，1 、2 号机组分别于1 9 9 9 年1 2 月、2 0 0 0 年4 月投产。三河电 厂二期建设规模为2 3 0 0 m w 国产供热机组，计划将于2 0 0 7 年4 月、9 月分别投产 发电。每台机组配备1 台最大连续出力1 0 2 5 t h 的锅炉，锅炉为东方锅炉厂生产的 亚临界参数自然循环汽包炉、一次中间再热、单炉膛、前后墙对冲火焰燃烧方式、 平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢架结构燃煤锅炉，锅炉燃用设计煤种为神华 活鸡兔煤，校核煤种为活鸡兔煤与准格尔煤按7 ：3 比例混煤。 三河电厂地处燕郊经济技术开发区东侧边缘。燕郊经济技术开发区与北京的通 州隔潮白河相望，根据当地环保要求，对三河发电厂二期2 台机组即3 # 、4 # 机组均 同步建设1 0 0 烟气脱硫装置。采用石灰石石膏湿式脱硫工艺，一炉一塔，副产物 为二水硫酸钙。下面介绍该烟气脱硫系统的设计参数与工艺流程。 2 2 设计参数 2 2 1 烟气特性 三河发电厂湿法烟气脱硫系统的原煤成分见表2 - 1 ，锅炉电除尘器出口( f g d 入 出口1 的烟气参数见表2 2 。 表2 - 1f g d 系统设计的原煤成分 项目 m e m , a 叫h i _ ，o 。一n 。一l l 设计煤种 5 9 30 8 16 0 4 92 6 73 8 70 9 3 l 校核煤种4 5o 8 75 3 7 4 2 5 74 9 90 9 2 项目s - _ a i l v “， q 0 ，a i m ，k g 1q n 叭。m j k g “ l 设计煤种 1 3 42 4 7 7 1 2 4 1 2 3 5 32 2 8 4 l 校核煤种 i - 7 73 1 5 i1 7 2 72 0 9 22 0 2 9 表2 - 2f g d 出入口烟气参数 序号项目名称单位数据 1 f g d 入口烟气数据 烟气量( 标态，干基，6 0 z ) n m 3 h9 3 9 0 0 0 f g d 工艺设计烟温 1 2 5 2f g d 入口处烟气成份 v o l 一，干7 4 1 3 6 c 0 zv o l 一。干 1 2 5 7 8 5 华北电力大学硕士学位论文 序号项目名称单位数据 0 2v o l 一。干 5 0 6 s 吼 v o l 一，干 0 0 8 3 h z ov o l 一，湿8 1 4 2 3 f g d 入口处污染物浓度( 6 o 。，标态，千基) s o z m g n m s 1 1 2 3 s 0 ， m g n m 3 6 0 h c la sc 1 m g n m 3 2 8 h f8 sf m g n m 3 1 4 1 最大烟尘浓度 m g n m 3 9 5 4 f g d 出口烟气数据 烟气量( 标态，干基，6 0 z ) n m 3 h9 1 6 3 8 5 f g d 出口烟温 4 8 f g d 出口污染物浓度( 6 0 。，标态，干基) - - s o x 以s o z 表示m g n m 3 5 6 一s 0 3 m g 7 n m 3 4 3 - - h c l 以c l 表示m g n m 3 1 4 - - h f 以f 表示m g i 7 n m 3 o 7 烟尘 m 9 1 7 n 3 2 4 2 2 2 设计指标及性能保证值 主要设计指标及性能保证值见表3 3 。 表3 - 3 主要设计指标及性能保证值 主要设计指标性能保证值主要设计指标性能保证值 脱硫效率 9 5 液气比 1 6 0 0 出口烟温8 0钙硫比1 0 2 4 2 1 5 ( 设计煤种)烟气流速( m s “) 3 9 4 出口s o z 浓度( r a g m - 3 ) 4 3 1 8 ( 校核煤种)烟气停留时间s 4 0 0 出口烟尘浓度( m g d 3 ) 5 0 石灰石耗量( t h 。) 5 6 7 出口烟气含水量( m g m - 3 ) 7 5工艺耗水量( t h 。)1 1 5 0 0 s 0 3 脱除率 3 0 设计耗电量( k w h ) 9 1 0 8 0 0 h f 脱除率 9 8 蒸汽耗量( t h 。) h c l 脱除率 9 9 石膏水分 4 1 0 注：以上均在标准状态下数据。 6 华北电力大学硕士学位论文 2 3 湿法烟气脱硫系统 该系统主要包括吸收塔系统、烟气系统、脱硫剂制备系统、石膏脱水系统和废 水处理系统。 其具体流程为：烟气自混凝土烟道引入，经过f g d 入口挡板进入烟气换热器。通 过烟气换热器降温后进入吸收塔内，自下而上流动与喷淋层喷射向下的硒灰石浆液 滴发生反应，洗涤s 0 。、s o 。、h f 、h c l 等有害气体。脱硫后的烟气经过烟气换热器后， 升温至8 0 以上，再经过出口烟气挡板，进入烟囱。f g d 系统设有旁路烟道，并配有 旁路挡板。为保证烟道挡板的气密性，包括f g d 进口烟气挡板、出口烟气挡板和旁路 挡板在内的所有挡板都设计为双挡板门，并设有密封风机。f g d 入口温度超过1 6 0 。c 或机组运行发生其他故障时，烟气走旁路，直接排到烟囱。系统在正常运行时，旁路 挡板都是关闭的，每个旁路挡板门的压力差可通过升压风机的调节控制。f g d 系统工 艺流程简图如图2 1 所示。 曩f e f 帆t 眭嘴肇蠹捧藏囊 圈2 1f g d 系统流程示意图 2 3 1 吸收塔系统 吸收塔采用先进可靠的空塔喷淋，系统阻力小，塔内气液接触区无任何填料部 件，有效地杜绝了塔内堵塞结垢现象。吸收塔配有3 台浆液循环泵，采用单元制运行 方式，每台循环泵对应一层喷淋装置。石灰石浆液制备系统制成的新石灰石浆液通 过吸收塔循环泵吸入管送入浆液池内，与浆液池中已经生成的石膏浆液混合，由吸 收塔浆液循环泵将浆液向上输送到喷淋层。从高效螺旋雾化喷嘴喷出的浆液在喷淋 作用下形成很细的雾状液滴，在塔内产生高效充分的气一液一固接触。吸收塔浆液 池中的p h 值通过石灰石浆液的投量控制在5 6 6 2 ，p h 值为5 7 为最佳。在吸收塔 底部区域，氧化风机供给的空气通过布置在浆液池内的曝气管道与洗涤产物在搅拌 器的协助下进一步反应生成( c a s 0 4 2 h ：o ) 。 a 烟气中的s 0 2 和s 0 3 与浆液液滴中的水发生如下反应： s 0 2 + h ：o - h s 0 。一+ h + s 0 3 + h 。0 一h ：s o 。 7 华北【u 力大学硕士学位论文 s o 。与水生成的h ：s o 。可以在短时间内与石灰石浆液发生反应。 b 1 - 1 c 1 遇到液滴中的水即可迅速被水吸收而形成盐酸，生成的盐酸又可迅速与 石灰石浆液发生中和反应。 c 浆液中的石灰石首先发生溶解： c a c o 。+ h 2 0 c a 2 + + h c 吼一+ o h d s o ：、s o 。、h c l 等与石灰石浆液发生以下离子反应： c a p + h c o 。一+ o h + h s 0 3 一+ 2 h + - c a 2 + + h s 0 3 一十c o ：f + 2 h 2 0 c a 2 + 十h c 0 3 一十o h 一十s 0 4 2 一十2 h + - - c a y + + s 0 ；2 一+ c 0 2f + 2 h z 0 c a ”+ h c 0 3 ”+ o h 一+ 2 h + + 2 c l 一一c a 2 + + 2 c 1 一十c 0 2f + 2 h 2 0 e 通入吸收塔浆液池内的0 。将亚硫酸钙氧化成硫酸钙，形成石膏： 2 h s 0 3 一+ 0 2 - - 2 s o l 2 一+ 2 h + c a 2 + + s 0 2 一+ 2 h 2 0 一c a s 0 4 2 h 2 0 经过净化处理的烟气流经两级卧式除雾器，在此处将烟气携带的浆液微滴除 去。从烟气中分离出来的小液滴慢慢凝聚成比较大的液滴，然后沿除雾器叶片的下 部往下滑落出吸收塔，最终通过烟气换热器和净烟道排入烟囱。 2 3 2 烟气系统 烟气系统包括烟道、烟气挡板、密封风机和气气加热器( g g h ) 等关键设备。吸 收塔入口烟道及出口至挡板的烟道，烟气温度较低，烟气含湿量较大，容易对烟道产生 腐蚀，需进行防腐处理。 经湿法脱硫后的烟气从吸收塔出来一般在4 6 “5 5 ( 2 左右，含有饱和水汽、残余的s o ：、 s 0 3 、h c l 、h f 、n o 。其携带的s 仉、s 嘎盐等会结露，如不经过处理直接排放，易形成 酸雾，且将影响烟气的抬升高度和扩散。为此湿法f g d 系统通常配有一套气一气换热器 ( g g h ) 烟气再热装置，加热已脱硫的烟气，一般加热n 8 0 左右，然后排放，以避免 低温湿烟气腐蚀烟道、烟囱内壁，并可提高烟气抬升高度。烟气再热器是湿法脱硫工艺 的一项重要设备，由于热端烟气含硫最高、温度高，而冷端烟气温度低、含水率大，故 气一气换热器的烟气进出口均需用耐腐蚀材料。 另外，从电除尘器出来的烟气温度高达1 3 0 1 5 0 c ，因此进入f g d 前要经过g g h 降温 器降温，避免烟气温度过高，损坏吸收塔的防腐材料和除雾器。 2 3 3 脱硫剂制备系统 一定粒径的石灰石粉自卡车卸入筒仓，筒仓包括除尘系统、风机和管道。石灰 石粉由旋转给料阀排出，经螺旋输送器直接进入化浆池，池中可加入工艺水，并配有 立式搅拌机，使水与石灰石粉充分混合，然后泵入吸收塔中。 2 3 4 石膏脱水系统 石膏在吸收塔底部的浆液池内不断氧化生成，为保持塔内恒定的浆液密度，吸收 塔浆液排出泵将塔内浆液抽出经过滤器后泵入石膏水力旋流站。进入水力旋流器的 8 华北电力大学硕士学位论文 石膏悬浮切向流产生离心运动，重的固体颗粒被抛向旋流器壁，向下流动，细小的微粒 从旋流器的中心向上流动，使石膏浆液通过水力旋流器后浓缩到一定的含固浓度。从 石膏水力旋流器溢流出的浆液，一部分重新返回吸收塔进行循环利用，另一部分由废 水旋流站进料泵送入废水旋流站处理，石膏水力旋流器的底流将直接进入石膏浆液 缓冲罐，进入第二级脱水系统。经过连续两级脱水浓缩的石膏产品是含水量小于1 0 的优质脱硫石膏，皮带输送机将石膏运送至石膏库房进行存储，定期将其运出。 2 3 5 废水处理系统 在脱硫过程中，f g d 各系统产生的废水必须通过废水处理装置进行净化处理， 才能将脱硫废水中所含各项污染物指标( 主要是p h ，c o d ，重金属等) 降低至规定的 排放标准，实现达标排放。从各管路中流出的废水首先汇集到废水缓冲罐内，此后废 水依次经过中和箱、反应箱、絮凝箱、澄清罐、净水箱进行处理后出水。在每个罐 ( 箱) 体内，废水停留时间都经过专门的优化设计，液体需要充分混合的罐( 箱) 体 内配备不同转速的搅拌装置以保证良好的处理效果，废水和所投加的各种药剂在相 应的罐( 箱) 内充分反应混合。在中和箱中，投加一定量的石灰浆液，使废水的p h 适 应大多数重金属沉淀的要求：调节好p h 的废水进入反应箱中，大部分重金属以细小 的氢氧化物和络合物形式从废水中析出，有机硫的加入可使汞等难于沉淀的重金属 形成不溶的氢氧化物：废水进入絮凝箱后，加入的混凝( f e c l s o 。) 和凝聚剂可使生成 的絮凝物逐渐增大、成形，便于沉淀。在澄清罐内，废水中的悬浮固体形成充分沉淀。 出水最终在净水箱中进行最后的澄清，然后加入适量h c l 处理，将p h 调节合适，用水 泵提升排放【6 】【7 】。 9 华北电力大学硕士学位论文 第三章常规型g 6 1 4 的设计计算 3 1 换热器计算模型 在工程应用上，对换热器的计算可分为两种类型：一类是设计计算，即根据生 产要求的传热速率和工艺条件，确定其所需换热器的传热面积及其他有关尺寸，进 而设计或选用换热器；另一类是校核计算，即根据给定换热器的结构参数及冷、热 流体进入换热器的初始条件，通过计算判断一个换热器是否能满足生产要求或预测 生产过程中某些参数( 如流体的流量、初温等) 的变化对换热器传热能力的影响。 两类计算所依据的基本方程都是热量衡算方程和传热速率方程，计算方法有对数平 均温差( l m t d ) 法和传热效率一传热单元数( e n t u ) 法两种。 3 1 1 设计计算 设计计算一般是指根据给定的换热任务，通常已知冷、热流体的流量以及冷、 热流体进出口端四个温度中的任意三个。当选定换热表面几何情况及流体的流动排 布型式后计算传热面积，并进一步作结构设计，或者合理地选择换热器的型号。 对于设计计算，采用对数平均温差法的计算步骤为：1 ) 根据已知的三个端部 温度，由热量平衡计算方程计算另一个端部温度；2 ) 计算平均温差at 。这就要选 定换熟器的结构形式和流型，并利用相应的平均温差计算公式计算出t 。；3 ) 利 用热平衡式计算出传热量中；4 ) 初步布置换热面，计算出相应的传热系数k 作为概 算值( 或查阅有关资料，选用参考概算值) ：5 ) 利用传熟方程式计算出换热面积； 6 ) 校核冷、热流体的流体阻力。如果流动阻力过大，则应该改变前面确定的方案， 重复步骤4 ) 6 ) 的计算，直到设计合理时为止。 采用传热效率一传热单元数法的计算步骤为1 ) 根据已知的三个端部温度，由热 量平衡计算方程计算另一个端部温度：2 ) 由选定的换热器型式计算传热系数k ：3 ) 由端部温度，计算出换热器效能e ；4 ) 计算出两流体的热容比c 。c 。，并根据求 得的热容比和值，在相应的一n t u 线图上查得传热单元数n t u 的值；5 ) 利用热 平衡方程式求得换热面积a ；6 ) 核算换热器冷、热流体的流动阻力( 压降) 是否适 宜；否则，应改变方案，重复以上诸步骤的计算，壹到符合要求为止。 3 1 2 校核计算 对于换热器的校核计算，其特点是换热器给定，计算类型主要有以下两种：一， 对指定的换热任务，校核给定的换热器是否适用。一般给定换热器的传热面积和结 构尺寸、冷热流体的流动捧布型式、冷热流体的流量和进出口温度，需校核计算传 热速率或流体出口温度是否能满足生产工艺要求。二，对一个给定的换热器，当某 一操作条件改变时，考察传热速率及冷、热流体出口温度的变化情况；或者为了达 到指定的工艺条件所需采取的调节措施。例如，对于一个给定的换热器，当冷、热 1 0 华北电力大学硕士学位论文 流体的流量和冷流体进口温度不变时，热流体的进口温度升高，分析传热速率和流 体出 1 温度的变化；或者当热流体的流量和冷流体进口温度不变时，提高热流体的 进口温度，则为了维持热流体的出口温度不变，需计算冷流体的流量调节策略。 在前述设计计算中，由于已知冷、热流体的进出口温度，因而采用对数平均温 差法计算传热平均温差比较方便。而在校核计算中则不然，由于流体的出口温度是 未知的，为了计算对数平均温差就必须先假设流体出口温度，然后根据该温度需同 时满足热量衡算方程和传热速率方程进行逐步试算。因此，采用对数平均温差法进 行操作型计算比较繁杂，而应用传热效率一传热单元数法则比较方便。 对于校核计算，采用传热效率一传热单元数法计算的一般步骤为：1 ) 假定一个 流体出口温度，利用热平衡方程式求出另一个出口温度；2 ) 根据被校核换热器结 构，计算传热系数k ；3 ) 计算传热单元数n t u 和热容比c - ；。c “4 ) 根据换热器的 结构和流型，在相应的e n t u 线图上查得e 的值；5 ) 计算出传热最中；6 ) 由热 平衡方程式求得冷、热量流体的出口温度，并与步骤1 ) 的出口温度相比较。若出 口温度的计算值与假定值十分接近( 偏差在5 以内) ，则计算中止，否则，重新假 定一个流的出口温度，重复步骤1 ) 6 ) 的计算，直到符合要求为止。 采用对数平均温差法的计算步骤为：1 ) 假设出口温度，根据热量衡算方程计 算另一个出口温度；2 ) 由己知换热器型式计算传热系数k ；3 ) 计算逆流平均温差 a t 。；4 ) 将已知的换热面积a 和求得的k 及t 。，一并代入传热方程式，求出中； 5 ) 将求得的传热量中和给定的进口温度，一并代入热平衡方程式，计算出出口温 度；6 ) 将求得的出口温度与步骤1 ) 的出口温度相比较。若出口温度的计算值与假 定值十分接近( 偏差在5 以内) ，则计算中止，否则，重新假定一个流的出口温度， 重复步骤1 ) 6 ) 的计算，直到符合要求为止。 3 1 3 两种计算方法的比较 e n t u 方法在校核计算时也需假定温度以获得k ，但流体温度假定的正确偏 差大小对k 的影响不大( 因为该温度仅影响到计算表面传热系数时确定流体物性的 平均温度) ，而在l m t d 法中温度的假定直接影响到换热量的大小，而换热量中对温 度显然要敏感得多。从这个意义上说，一n t u 方法有一定优越性。但l m t d 法中可 以清楚地知道温差修正系数。- 值的大小，因而可以方便地评价换热器流体流动型 式的优劣。实际应用对采用哪种方法则是行业习惯。一般制冷低温行业采用e n t u 法较多，而电厂锅炉行业则较多采用l m t d 法【8 1 1 9 】【1 0 】。本文的换热计算均采用l m t d 法。 3 2 回转式g g h 的设计 3 2 1 回转式蓄热换热器的结构与工作原理 回转式蓄热换热器主要由圆筒形蓄热体t 常称转子) 及风罩两部分组成。它又 分为转子回转型和外壳回转型两种。转子就是个蓄热体。在转予回转型中，转子 】1 华北电力大学硕士学位论文 转动，而风罩不动，转子回转时，交替通过冷、热流体通道。转子在通过热流体通 道时转子上的蓄热体吸收并积蓄了热能，当到达冷流体通道时，将所积蓄的热能释 放给冷流体。对于外壳回转型，转子不动，而外壳( 亦即风罩) 在转动，同样达到 了热交换的目的。图3 2 所示是一种转子回转型的蓄热式热交换器。 回转式气一气换热器与电厂用的回转式空气预热器的工作原理相同，由受热面 转子和固定的外壳组成，外壳的顶部和底部把转子的通流部分分隔为两部分，使转 子的一边通过未处理原烟气，另一侧以逆流通过脱硫后的净烟气，每当转子转过一 圈就完成一个热交换循环。回转型热交换器中，转子的中心轴支撑在上下轴承上， 转子周界上装有环形长齿条，电机带动主齿轮并通过齿条使转子以每分钟l 转左右 的转速绕中心轴转动。圆形转予自上而下被1 2 块径向隔板隔成互不连通的1 2 个大 扇形格，每个3 0 0 的大扇形格又被许多块横向和径向短隔板规则地分为许多小格仓， 小格仓中放满预先叠扎好的蓄热板。蓄热板由波纹板和定位板两种组件相间排列而 成，定位板除起到传热面作用外，还起到固定波纹板相对位置的作用。波纹板由厚 度0 5 1 2 5 r a m 的钢板制成，并在表面镀搪瓷以防止腐蚀。由于回转式g g h 的转 动部分与固定部分之间总是存在着一定的间隙，两侧烟气之间有压差，未处理烟气 就会