石灰石-石膏湿法脱硫系统的设计计算

1、石灰石-石膏湿法脱硫系统设计（内部资料）编制:xxxxx环境保护有限公司2014年8月1. 石灰石-石膏法主要特点(1) 脱硫效率咼，脱硫后烟气中二氧化硫、烟尘大大减少，脱硫效率咼达95%以上。(2) 技术成熟，运行可靠性高。国外火电厂湿法脱硫装置的投资效率一般可达98%以上,特别是新建的大机组采用湿法脱硫工艺，使用寿命长，可取得良好的投资效益。(3) 对燃料变化的适应范围宽，煤种适应性强。无论是含硫量大于3%的高硫燃料，还是含硫量小于1 %的低硫燃料，湿法脱硫工艺都能适应。(4) 吸收剂资源丰富，价格便宜。石灰石资源丰富，分布很广，价格也比其它吸收剂便宜。(5) 脱硫副产物便于综合利用。副产

2、物石膏的纯度可达到90%，是很好的建材原料。(6) 技术进步快。近年来国外对石灰石-石膏湿法工艺进行了深入的研究与不断改进，可望 使该工艺占地面积较大、造价较高的问题逐步得到妥善解决。(7)占地面积大，一次性建设投资相对较大。2. 反应原理(1) 吸收剂的反应购买回来石灰石粉(CaCO3)由石灰石粉仓投加到制浆池，石灰石粉与水结合生成脱硫浆液。(2) 吸收反应烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触，循环浆液吸收大部分SO2,反应如下:SO2（气）+H2Ot H2SO3（吸收）H2SO3T H+ +HSO3H+ +CaC6T Ca2+ +HCO3-（溶解）Ca2+ +HSO3- +2H2OT

3、 CaSQ2H2O+H+ （结晶）H+ +HCO3-7 H2CO3（中和）H2COACO 2+H2O总反应式：SO2 + CaCO3+2H2OCaSO3 2H2O+CO2(3)氧化反应一部分HSO3-在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的 HSO3-在反应池中被氧化空气 完全氧化并结晶，反应如下：CaSO3 + 1/2O27 CaSC4（氧化）CaSC4+2H2OTCaSO4 2H2O（结晶）(4)其他污染物烟气中的其他污染物如S03、C、L和尘都被循环浆液吸收和捕集。SO3、HCI和HF 与悬浮液中的石灰石，按以下反应式发生反应：SO2+ H2O_2H * + SO32-Ca C03 +2

4、HCIv=>CaCl2 + H2O+ C02Ca CO3 +2HF <=>CaF2 +H2O+ CO23. 工艺流程工业水*石灰石浆池事故水池石灰石浆液CaCO3经除尘器除尘后的烟气A引风机脱硫液经炉内脱硫将SO2浓度降至3000mg/m3旁路阀门+脱硫塔P 脱硫循环池 I脱硫液池出气阀门r*烟囱1P塔内氧化系统滤液循环利用工艺水池脱水系统脱硫废弃物3.1工艺说明经过除尘器处理后的烟气由引风机接入脱硫吸收塔，在主烟道上设置旁路挡板门，当锅炉 启动、进入FGD勺烟气超温和FGD装置故障停运时，烟气由旁路挡板经烟囱排放。烟气经吸 收塔进气口进入塔内，折转向上运动（入口处装有紧急喷

5、淋装置），烟气进入首层喷淋层与吸 收浆液进行传质吸收，随之进入多层喷淋层进行烟气脱硫洗涤，发生复杂的化学反应，利用 脱硫塔底部循环池储存脱硫液进行循环使用。脱硫渣浆液经曝气氧化后送入脱水系统进行处 理，经脱水后的滤液返回至循环池。脱硫后的净烟气通过除雾装置除去烟气中的水分，然后 通过脱硫塔顶部排出口排至烟道，在经烟道排至烟囱排入大气。4. 脱硫系统的设计4.1脱硫系统设计的初始条件在进行脱硫系统设计时，所需要的初始条件一般有以下几个:(1)处理烟气量，单位：m3/h或Nm3/h;(2)(2)燃料的含S率及消耗量，单位：% t/h进气温度，单位：C；SO2初始浓度，单位：mg/m3或mg/Nm3

6、(5)S02排放浓度，单位：mg/m3或mg/Nm3 锅炉蒸汽量，单位：t/h ;4.2初始条件参数的确定421处理风量的确定处理烟气量的大小是设计脱硫系统的关键，一般处理烟气量由业主方给出或从除尘器尾部 引风机风量大小去确定。若只知道锅炉蒸汽量，可由以下经验系数去计算：(1) 针对循环流化床锅炉，煤粉锅炉等烧煤锅炉，可按1t蒸汽对应2500m3风量计算；(2) 针对蔗渣锅炉、生物质锅炉等烧生物质燃料锅炉，可按1t蒸汽对应3333m3风量计算;所计算出来的处理风量最终圆整数， 例如：75X 2500=187500m3/h,圆整后取值188000m3/h(3)处理风量还存在标况状态(mg/m3和

7、工况状态(mg/Nm3的换算，换算采用理想气体状态方程：PV = nRT( P、n、R均为定值)V1/T1=V2/T2V2: mg/m3，T2： t+273K(t 为进气温度)；V1: mg/Nm3 ，T1： 273K;4.2.2燃料的含S率及消耗量当没有SO初始浓度设计值时，可用燃料中的含 S率及消耗量去计算SO初始浓度。4.2.3进气温度的确定进气温度为经过除尘后进入脱硫塔的烟气温度值，进气温度大小关系到脱硫系统烟气量的 换算和初始SO浓度换算。4.2.4 SO 2初始浓度的确定SO2初始浓度一般由业主方给出，并且由此计算脱硫系统中各项设备参数，也是系统选择液气比的重要依据。SO初始量计算

8、公式如下：S+O32649C SO2-SOb初始量,mg； B-SO=2X BX Sar/100 Xn SO2/100 X 10锅炉BMC负荷时的燃煤量，t/h ;Sar-燃料的含S率，%n so2-煤中S变成SO的转化率，般取0.85 ;424 SO 2排放浓度的确定一般根据所在地区环保标准确定。4.3脱硫系统的设计计算4.3.1参数定义（1）液气比（L/G）:即单位时间内浆液喷淋量和单位时间内流经吸收塔的烟气量之比.单位为 L/m3;单位时间内浆液喷淋量（L/h）液气比单位时间内吸收塔入口 的湿烟气体积流量（m3/h）（2）钙硫比（Ca/S）:理论上脱除1mol的S需要1mol的Ca,但在

9、实际反应设备中，反应条件并不处于理想状态，一般需要增加脱硫剂的量来保证一定的脱硫效率，因此引入了 Ca/S的概念。用来表示达到一定脱硫效率时所需要钙基吸收剂的过量程度，也说明在用钙基吸收剂脱硫时钙的有效利用率。液气比、钙硫比选择依据根据工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范HJ462-2009(3)比。(4)4,2.4税硫装迓的主妾技术fS畅应负荷表的要求=序号弦S效率脫畫方法藏气比仙站储耳液pH值>90%石灰S>5<1405授化铸>2<1.053石能石法>11)4>2<1.10S1说砖蛊置主要技本持圻脱硫效率：单位时间内烟气脱硫系统脱除 SO的

10、量与进入脱硫系统时烟气中的 SO量之脱硫效率 C2 C1 100%C2C1脱硫后烟气中SO的折算浓度（mg/m或mg/Nm）C2-脱硫前烟气中SO的折算浓度（mg/m或mg/Nrli）系统可利用率：指脱硫装置每年正常运行时间与发电机组每年总运行时间的百分比。可用率=(A - B)/ A X 100%A:发电机组每年的总运行时间，hB:脱硫装置每年因脱硫系统故障导致的停运时间,h 432脱硫系统的组成及主要设备选型石灰石-石膏湿法脱硫系统主要由以下几部分组成:4.3.2.1 SO 2吸收系统该系统包含：脱硫塔（喷淋层）、浆液循环泵（卧式单吸离心泵）、氧化风机（罗茨风机）、除雾器、浆液搅拌装置、监

11、测控制仪表等设备。（1）脱硫塔的设计计算脱硫塔分为循环氧化区和喷淋除雾区两部分。a.喷淋除雾区直径设计：首先设定喷淋区烟气流速V，则喷淋区直径D1D1 23600 v 3.14G-进脱硫塔的烟气流量，m3/h；v-喷淋区烟气流速，m/s, 般设定为3-3.5m/s注意：D1计算出来后取整数（保留前2位数字）后，再反算出最终流速值 VI。b.喷淋除雾区高度设计:喷淋除雾区总高度 H仁h1+(n-1 ) X h2+h3+h4+h5+h6+h7 mmh1:第一层喷淋层中心到脱硫塔进气口顶面距离，一般为2000-2500mmh2:每一层喷淋层的中心高度，一般为 1700mm n-喷淋层数量;h3:最上

12、层喷淋层中心到除雾器第一层冲洗层中心高度，一般为 2500-3000mmh4:除雾器第一层冲洗层到最上层除雾板顶面高度，由除雾器厂家确定。h5:除雾器最上层除雾板顶面到喷淋除雾区直筒段顶端高度，一般为1500mmh6:喷淋除雾区收口段高度，一般为 1000mm脱硫塔出口烟道衔接直筒段高度，直筒段直径D3=D4+0.2m（D4兑硫出气口直径）;c.循环氧化区有效容积设计：主要由循环浆液在该区的停留时间所确定，首先必须先确定脱硫浆液循环总量G=GX液气比（m3十1000循环氧化区有效容积 V循="60 X T停m3T停-循环浆液在该区的停留时间，石膏颗粒在循环浆池中足够长的停留时间对于晶

13、体化和晶体的生长是非常有必要的。只有这样，FGD的副产物石膏才能得到更好的利用。一般设计4min（最低不小于2.5min）,浆液浓度维持在20-25wt%。得出循环氧化区有效容积 V循后，则需确定循环氧化区直径 D2和高度。直径D2略大于喷淋除雾区直径D1 (一般大2m D2=D1+2需具体考虑。取定循环氧化区直径 D2后可计算出循环氧化区有效高度 H2=V盾一3.14 -( D2) 2X 4 (m)循环氧化区总高度H3=H2+h8+h9 mmh8:循环氧化区有效高度(即循环液液面)到脱硫塔进气口底面距离，一般为 1000mmh9:脱硫塔进气口底面到进气口顶面距离。(2) 浆液循环泵(卧式单吸

14、离心泵)选型单台循环泵流量 G泵=QX液气比(m3 - 1000- n (m3/h)单台循环泵扬程HM=H 喷淋层+ H喷嘴 (m)单台循环泵轴功率 Ne=GcX H泵X 9.81 xp浆* 3600*n泵* n机=2.7256X G泵X H泵xp浆* n泵* n机宁10 (KW)H喷淋层：每一层喷淋层的总高度；H喷嘴：每一层喷淋层喷嘴出口压力；我公司所通用的大流量碳化硅蜗口型喷嘴所需出口压力为0.1MPa(相当于10m扬程)P浆：石膏浆液比重，1130kg/m3(含固量20%)n泵：循环泵效率，一般为80%n 机:机械传动效率，取值98%单台循环泵额定轴功率 P=KX Ne (KW)K :泵

15、的裕量系数 NE <22 K=1.25 ;22<NE < 55 K=1.15;55<NE K=1.00(3) 脱硫塔氧化区搅拌和氧化系统吸收塔反应池装有多台侧入式搅拌机。氧化风机将氧化空气鼓入反应池。氧化空气分布系 统采用喷管式，氧化空气被分布管注入到搅拌机桨叶的压力侧，被搅拌机产生的压力和剪切 力分散为细小的气泡并均布于浆液中。 一部分HSO在吸收塔喷淋区被烟气中的氧气氧化， 其余部分的HS©在反应池中被氧化空气完全氧化。降低CaSO浓度，减少CaS© I/2H20反应的发生，可缓解系统管道结垢。同时也增加了二水石膏 CaSO2HO结晶沉淀析出，提

16、高了石膏 T品质。in 企 ¥侧式搅拌器布置图氧化空气管路布置图)0 0和7氧化空吒气泡形战(4) 氧化区氧化风机(罗茨风机)选型根据经验，当烟气中含氧量为 6%以上时，在脱硫塔喷淋区域的氧化率为50- 60%。采用氧枪式氧化分布技术，在浆池中氧化空气利用率n02=25 30%,因此，脱硫塔氧化区浆池内所需要的理论氧气量为:2SQ+QT 2SQ自然氧化率即烟气中含有的氧对 SQ的氧化率。(5) 喷淋层的设计每层喷淋层外部浆液循环管采用一周环形布置，材质钢衬塑。内部喷淋管采用不锈钢316L材质。喷淋系统采用单元制设计，每层喷淋层配一台与之相连接的浆液循环泵。每台脱硫塔 配多台浆液循环泵

17、。运行的浆液循环泵数量根据锅炉负荷的变化和对吸收浆液流量的要求来 确定，在达到要求的吸收效率前提下，可选择最经济的泵运行模式以节省能耗。喷嘴采用涡口型碳化硅大流量喷嘴，喷淋角度 90。喷嘴为环绕塔内部环形布置，保证浆液的重叠覆盖率至少达到200%300%。每层喷淋层相对交错15°,保证完全覆盖。喷淋覆盖率是指喷淋层覆盖的重叠度，它由喷淋覆盖高度、喷淋角度来确定。覆盖高度是指 液膜离开喷嘴后至破碎前的垂直高度，一般根据喷嘴特性及喷淋层之间距离来确定。喷淋覆盖率的计算公式如下：a 二nA* AX 100%式中a为覆盖率,%;n为单层喷嘴数量;A0为单个喷嘴的覆盖面积,m2;A为脱硫塔喷淋

18、区的截 面积,m2喷淋层进浆支管管径d大小由喷嘴接口大小确定，进浆主管管径由以下公式计算:D 2 #2 3600 V 3.14(m)Q浆-每层喷淋层浆液流量，m3/hV-进浆主管流速，m/s，般为2-3m/s主管压力降计算：A P=A PmA Pj + A PhA P管道总压降，KPa；A Pm-管道摩擦阻力，KPa；A Pj 管道局部阻力，KPaA Ph-浆液水平高差阻力降，KPa其中A Pm A Pj和A Ph的计算公式如下： Pmn Lp u2/ (2di )A Pj= 2Ep u2/2000A Ph= p gh/1000入一管道摩擦系数，无量纲;L直管长度，mp浆液密度，Kg/m3;2

19、E局部阻力系数（包括弯头、h 浆液水平咼差，m三通、阀门、孔板、膨胀节及设备进出口等）之和,无量纲；g重力加速度，9.8m/s2 ；如计算所得的管道压力降A P太大，超过了工艺系统所能承受的范围，则必须增大管径或缩小抬升高度以降低阻力（有些场合，管道浆液落差是作为势能处理的，则落差越高越有利）。（6）监测控制仪表在脱硫塔上需要安装以下监测及控制仪表:液位计：监测塔内液位，当到达低液位时控制循环泵停止，一般采用压力变送器。密度计：监测塔内石膏浆液浓度，当石膏浆液浓度超过设定的值时启动渣浆泵浆石膏浆液输送至脱水系统进行处理。PH计：监测塔内PH值，控制保持PH值在5.5-6之间，防止塔内及管路结垢

20、。温度计：监测脱硫塔进口、出口烟气温度。当进口烟气温度超过设定值时，启动事故紧急 喷淋系统，保护塔内防腐设施。压差变送器：监测脱硫塔运行阻力，超过设定值时启动报警装置，阻力一般设定在120 OPQ 4.322烟气系统该系统包含脱硫进口烟道、出口烟道、旁路烟道、烟道阀门、烟道膨胀节、烟道支撑及事 故紧急喷淋装置。(1) 进口烟道的设计脱硫塔入口烟气的均匀性直接影响到脱硫塔内烟气分布的均匀性。烟气入口气液接触处为 干湿交界面，浆液在此干燥结垢将影响塔运行的安全性和气流流向。设计时应在烟道入口上 方及两侧安设挡水板，防止喷嘴喷出的浆液进入烟道内。运行时，上方挡水板形成的水帘有 利于脱硫和气流均布，两

21、侧挡水板可防止喷嘴喷雾产生的背压将浆液抽进烟道内(当烟道档 板未关，且无气体进入塔内时)。同时，靠近烟道侧的喷嘴应调整安装角度，防止喷入烟道。烟气入口区域的流体流动受入口烟道与塔的几何尺寸、内部构件、托盘下部的喷淋层以及浆 液从托盘流出的方式影响。尽管脱硫塔入口设计扁平，但入口射流上下左右及端部都必然有死 滞区、回流区，可通过下述方法改善之:将水平进气方式改为斜向下进气，此种结构有利于削弱塔内回流旋涡，降低压损，延长气液接触时间，防止浆液倒流。倾斜角度一般为15-20 °。如下图所示。进口烟道流速按15m/s设计，截面成长方形，尽量采用较大的长宽比(一般为(2) 出口烟道的设计烟气出

22、口烟道设计成轴向对称型式，截面成圆形，烟道流速按15m/s设计。1.5-2 ）。(3) 旁路烟道的设计烟道流速按15m/s设计，截面成长方形与进口烟道相同。注意：如遇特殊情况，烟道流速最大不得超过18m/s，烟道弯头按R/D=1-1.5设计，R/D值最小 不得小于0.8.4.323石灰石浆液制备系统此系统包含：石灰石粉储存仓、浆池搅拌器、计量给料装置、供浆泵以及监测控制仪表等。(1) 石灰石粉消耗量的计算SO2 + CaCO3+2H2O7 CaSO3 2H2O+CO264 1006m3/hM石灰石 =(Ca/S) X Qx CSozXn s x 100* 64宁 W石灰石宁 10 (kg/h

23、)Q-进脱硫塔的烟气流量，CSO2-入口 SQ初始浓度,mg/m3n s-脱硫效率，%W石灰石-石灰石粉的纯度,%取值90%Ca/S-钙硫比，取值1.03注：石灰石粉品质要求：纯度90%颗粒细度：325目。石灰石中MgC不宜太高，MgO含量 最好W 2%。(2) 石灰石粉仓的体积计算V石灰石粉仓=M石灰石X 24 X T*p石灰石宁(m3)M石灰石-石灰石粉消耗量，kg/hT-石灰石粉储存时间，一般按锅炉 BMCR工况运行储存5天的石灰石粉消耗量。P石灰石-堆积密度，一般为1600kg/m3;-充满系数，一般为0.9注：石灰石粉仓锥斗锥角角度60°。(3) 石灰石浆液池的计算石灰石浆

24、液浓度要求控制在 20-30%,其有效容积按不小于锅炉BMCR工况的3小时所需脱硫剂量设计。浆池有效容积计算如下:V制浆池=3 X M石灰石宁C石灰石浆X 100* P石灰石浆（m3C石灰石浆- 石灰石浆液浓度，%，取 20%P石灰石浆- 石灰石浆液密度，1140kg/m3（20%浓度时）配制20%度的石灰石浆液所需工艺水流量计算如下:Q工艺水1= M石灰石宁C石灰石浆 X 100 十 1000X（ 1- C 石灰石浆 -100） （m3/h）(4)供浆泵（卧式单吸离心泵）选型供浆泵流量按石灰石浆液消耗量的 110%S计，扬程按20%余量选型。数量2台（一备一用），采用变频器调节泵流量，泵功率

25、计算参照循环泵。(5)石灰石粉计量螺旋给料机选型计量螺旋给料机的最大给料量按石灰石粉消耗量的 200%S计选型。(6)监测控制仪表在石灰石制浆系统上需要安装以下监测及控制仪表:液位计：监测浆池内液位，当到达低液位时控制供浆泵停止，一般采用压力变送器。密度计：监测浆池内石灰石浆液浓度，通过密度计的显示调节石灰石粉给料量和工艺水量, 浆石灰石浆液浓度在20-30%设计范围内，有利于系统运行。料位计：采用射频导纳料位计，监测石灰石粉仓料位情况。电磁流量计：监测供浆泵输送流量，通过变频器调节脱硫系统不同运行工况下所需石灰石 浆液量的大小。监测工艺水供给量，通过电动调节阀调节工艺水流量大小平，配合计量螺

26、旋 给料机调节石灰石浆液浓度。4.324石膏脱水系统机组FGD所产生的20-25wt %浓度的石膏浆液由脱硫塔下部布置的石膏浆液排放泵（每塔两台石膏浆液排放泵，一用一备）送至石膏浆液旋流器。系统设置1套石膏旋流站，1套石膏旋流站底流自流进入1台真空皮带脱水机。每台真空皮带脱水机的设计过滤能力为脱硫系 统石膏总量的200%。石膏脱水系统包括：石膏浆液排放泵、石膏旋流站、真空皮带过滤机、滤布冲洗水箱、滤 布冲洗水泵、滤液水箱及搅拌器、滤液水泵、石膏饼冲洗水泵、石膏库等。（1）石膏（CaSO4 2H2O）产量计算脱硫系统最终的副产品-石膏的品质为纯度90%，含水量 < 10%。计算如下:SO2

27、7CaSO4 2H2O641726G石膏=Qx Cso2Xn s x 172宁64宁W石膏宁10(kg/h)Q-进脱硫塔的烟气流量，m3/hCso2-入口 SQ初始浓度，mg/m3n s-脱硫效率，%W石膏-石膏的纯度，%取值90%（2）石膏浆液排放泵（卧式单吸离心泵）选型在未进行脱水前，石膏以 20-25wt %浓度沉积在脱硫塔底部。则石膏浆液排放泵流量计算如下:6Q石膏浆 =2X QX gXn sX 172-64- C 石膏浆宁 106 -P石膏浆 (m3/h)C石膏浆-石膏浆的浓度，%取值20%p石膏浆-石膏浆的密度，1130kg/m3（浓度20%寸）石膏浆液排放泵流量按20%石膏浆液量

28、的200%设计，扬程按20%量选型。数量2台（备一用），泵功率计算参照循环泵。（3）石膏旋流站石膏旋流站作为第一级脱水装置，将石膏浆液排放泵输送过来的20-25 wt %石膏浆液浓缩到浓度50-55wt %。旋流站的底流浆液自流到第二级脱水装置-真空皮带脱水机，旋流站的溢流水自流到滤液水箱收集。石膏旋流站容量按石膏浆液排放泵流量选择。每套旋流器组均至少配1个备用旋流子。（4）真空皮带脱水机选型石膏旋流站底流浆液由真空皮带脱水机脱水到含 90%固形物和10%水分，脱水石膏经冲洗降低其中的C浓度。滤液进入滤液水回收箱。脱水后的石膏经由石膏输送皮带送入石膏库房堆放。真空皮带脱水机的总出力满足锅炉燃用

29、设计煤种BMCR工况运行时产生的石膏处理量配置（真空皮带机每天按12小时工作时间制，选型按200%B力选型）。真空皮带脱水机皮带单位处理能力800kg/h（干态）/m2，则过滤面积，按以下计算；S皮带机=2 X G 石膏-800( m2（5）滤液水量计算在整个脱水系统中滤液水包含石膏旋流站滤液水和真空皮带脱水机滤液水，即石膏浆液从20-25wt %被脱水浓缩成90wt%石膏副产物所去除的水分。滤液水量计算如下:Q滤液水=（G 石膏-Q石膏浆xp石膏浆）* 1000（m3/h）滤液水箱有效容积V滤液水箱=1.5 X Q滤液水 （m3滤液水泵流量Q滤液泵=1.1 X Q滤液水（m3/h）,扬程按20%量选型。数量2台（一备一用），泵功率计算参照循环泵。注：滤液水一部分回送至脱硫塔，一部分送至石灰石浆液池。4.325供水和排放收集系统（1）供水系统从电厂供水系统引接至脱硫岛的水源，提供脱硫岛工艺水的需要。工业水主要用户为:(a)除雾器冲洗水（水量大小由厂家提供）(b)(C)石灰石浆液制备用水（由石灰石浆液用量计算）脱水机皮带冲洗水（水量大小由厂家提供，无数据可按0.5 X G石膏-1000m3/h）;真空泵密封水（水量大小由厂家提供）(e)泵和氧