燃煤电厂烟气净化工程工艺设计指导书

1、燃煤电厂烟气净化工程工艺设计毕业设计指导书我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一。燃煤造成的大气污染十分突出，大气污染物浓度在许多城市居高不下。燃煤设施烟尘控制一直是大气污染控制的主要任务。我国长江以南广大地区已经发展成为世界第三大酸雨区，其形成和燃煤引起大气污染关系十分明显。为了控制酸雨和二氧化硫污染，国家制定了双控区行动计划，重点是控制二氧化硫的排放。燃煤电厂烟气净化系统设计，把烟尘和二氧化硫净化过程放在一起考虑，是本专业常设毕业设计题目之一。由于设计手册和参考资料缺乏，教师实践经验缺乏，也是难度较大的毕业设计课题之一。指导教师需要合理考虑设计要求和设计深度，以便能够在规定时间内完

2、成设计任务。第一部分: 燃煤电厂烟气净化系统设计概论1、    燃煤电厂烟气净化工艺设计特点和深度要求燃煤电厂烟气净化工程设计，是环境工程专业工程师主要业务活动，也是环境工程技术近期开发的热点领域。我国发电厂几年来装备大型化速度明显加快，30万千瓦和60万千瓦超临界机组已经成为我国的主力机组，大批中小机组被淘汰。另一方面，我国城市集中供热和残次燃料综合利用电厂发展速度也很快，各地出现了大批以中小锅炉为核心的城市热电厂和坑口综合利用电厂。针对大型电厂和中小型燃煤电厂的烟气净化技术近年发展速度很快，并基本上走了两条不同的技术开发路线。对于大型电厂和大型机组，我国通过引

3、进吸收消化为主的发展路线。从90年代初至今，已经引起20多套大型烟气脱硫系统。通过近20年的努力，一些大型环保工程公司通过同国外公司合作和购买专利技术方式，已经基本掌握了部分大型电厂烟气净化工艺和技术。但由于大型电厂烟气脱硫系统和装置的复杂性，还有许多技术仍然掌握在国外公司手中，其中包括大量的专利技术。从总体上说，我国大型电厂烟气脱硫仍处于引进技术消化和装备国产化阶段，在一些大型环保工程公司，初步形成烟气脱硫项目总体设计和总体承包能力。但是，这项技术还远没有普及，还没有成为一般环境工程师的日常业务领域。对于中小锅炉，我国采取了自主开发和引进结合的方式推动技术进步。由于国外引进技术复杂和投资过高

4、，该领域主要采用的是自主开发的技术，并且处于较低的技术水平，目前只能基本满足环境保护的较低要求。因此，我国环境工程界面临的艰巨任务是：(1) 尽快通过科学研究和工程实践，消化和掌握大型烟气脱硫工艺技术和脱硫装备设计技术，并着手研究更适合我国的烟气脱硫技术和装备，包括新建企业和老企业两种类型；(2) 尽快通过技术改造和研究开发提升中小型电厂烟气脱硫系统的技术水平，满足更严格的烟气污染物排放要求。作为今后环境污染治理的新鲜力量，不仅需要掌握烟气净化成熟工艺的处理设施系统设计方法，而且要掌握新工艺新装备开发研制方法，因为烟气净化技术的发展离不开污染治理工艺过程开发。因此，常见的烟气净化系统设计课题也

5、有两种类型：针对实际电厂的模拟实际设计题目和满足研究开发需要设计实验研究装置系统。实际工程模拟设计类型，要满足建设单位要求，达到最佳社会污染控制水平，满足排放浓度和总量控制标准要求，而且经济实用。对于实验装置，设计的目标是满足研究的需要。因此，需要通过调查研究掌握目前欲研究工艺和装备的技术现状，存在问题，研究方法和测试方法等，在此基础上进行实验研究装置设计。还需要注意小试、中试和工业性试验的区别。无论是污染治理还是化工生产，新工艺过程和装备开发都是从新设想开始，从实验室规模小型实验、到中试、工业性试验，再过渡到工业装置系统的全部过程，其过程开发是一个不断重复优化的复杂过程。实验室规模烟气脱硫小

6、试成功，接着进行中间规模实验台或工业旁线实验装置试验，目的不是验证工艺，而是收集涉及工业装置需要的设计参数，或者建立过程数学模型，为系统放大设计做准备。在中间试验成果基础上，设计工业装置进行工业性试验。只有工业性试验成功并通过一定时间运行，充分暴露系统和工艺存在问题，并进行改进设计，该种工艺和装置才能够大范围推广。在工业性生产装置上进行的工业性试验，主要目的是：（1）验证新的烟气净化或其它污染净化工艺的可行性和可靠性，长期运行可以达到的烟气净化效率和达标率；（2）收集同类工艺系统系列工程设计需要的工艺参数和装置结构参数；（3）暴露和分析工艺系统和装置可能存在的问题，提出改进设计方案；（4）研究

7、对污染治理过程进行控制和调节的方法；（5）考核系统连续运行可能存在问题，包括脱硫液循环利用可能存在有害物质积累，选择材料防腐性能能否满足要求，系统结垢和积灰情况和解决方法等；（6）为进行脱硫废液处理工艺方法研究和脱硫废渣综合利用研究创造条件。适应烟气净化技术发展阶段，毕业设计设立本课题的主要目的是为了训练学生设计、开发和研究烟气讲话系统和技术的基本能力训练，可以针对一个具体电厂进行实际系统和装置设计，也可以针对开发和完善某烟气净化工艺，设计相应的实验室或工业性试验研究系统和装置。对于大型电厂复杂的烟气脱硫工艺系统，针对实际电厂进行模拟设计有相当难度，合理的题目是针对需要掌握或改进工艺，设计小规

8、模实验装置。对于中小型电厂，则可以进行模拟设计，或完成烟气净化系统一部分的设计工作。对于实验室试验装置或工业试验装置系统，由于装置比较小，要求整体达到初步设计深度，部分达到施工图阶段设计深度。对于中小电厂模拟设计，设计部分内容要达到初步设计深度。2、    设计前资料收集和现场调查工作首先需要了解设计任务，根据设计任务进行资料收集和现场调研。实际烟气净化系统设计最重要的是：根据燃烧计算或实测数据得到的烟气污染物浓度，企业和当地环保部门要求的排放浓度限值，确定需要的净化效率。通过资料调研和类似工程调研确定能够满足净化效率要求的烟气净化工艺，通过比较确定选用工艺和装置

9、，初步估算工程造价和运行费用，编写该电厂烟气净化工程设计方案，方案通过后进行工程设计。因此，实际电厂烟气净化系统（模拟）设计，需要向电厂技术部门了解锅炉型号，煤质资料（设计煤种或实际使用煤种），锅炉尾部空间布置和周围可利用空间情况，以及电厂和当地环保部门对烟气净化要求。对于改造设计，需要通过现场调查，还要了解目前电厂烟气净化设施及运行情况，实际烟气排放监测资料和除尘器验收鉴定资料，粉煤灰利用情况，湿法系统还要了解灰水处理设施和处理效果资料。实验装置系统设计，目的是设计满足新工艺或装备技术开发研究需要的系统。因此，需要通过向委托单位调查，掌握试验者的试验研究目的，和对实验装置系统的具体要求。例如

10、，需要开发和研究的烟气净化工艺或装置名称，研究重点内容，准备采用的研究路线和研究方法等。此外，要通过资料调研和类似研究装置调查，了解目前该类工艺和装置开发研究现状，存在问题，开发研究过程厂采用的测试方法和测试仪器装置等。需要更详尽和细致的调查，并写出调查综述报告，在此基础上形成实验系统研制方案，批准后进行试验系统设计。3、    烟气净化工艺选择烟气净化工艺正确选择是烟气净化工艺设计的前提和关键。根据燃煤性质和建设单位要求，烟气净化工艺分成单纯除尘工艺，除尘脱硫工艺，和除尘脱硫脱硝工艺三种。目前经常遇到的是前两种工艺的选择与设计。（1）   锅

11、炉烟气除尘设备的选择锅炉烟尘控制工艺选择比较简单，主要是除尘设备的选择和除尘系统的设计。除尘设备的选择，和一般除尘器的选择程序一样，首先了解尘源即电厂锅炉类型，根据同类型锅炉实测资料或统计资料确定烟尘初始浓度和分散度（燃烧计算验证该浓度）等烟尘特性，以及电厂所在地区大气环境功能区类别和相应锅炉烟尘排放标准，确定需要的总除尘效率和细颗粒分级除尘效率。然后选择能满足排放要求性能的除尘器。实际选择电厂锅炉除尘器时，还需要考虑以下因素：（1）锅炉尾部可以布置除尘器空间大小。对一些改造工程，往往可以利用的空间很小，这对安装某些除尘器和配套脱硫装置造成困难；（2）建设单位能够提供的资金数量。达到一般除尘效

12、率，不同类型除尘器的造价有很大差别，达到高的除尘效率，能够选择的除尘器种类相对有限；（3）周围居民和当地政府对企业的环境保护要求。例如，城市密集地区，湿式除尘设备产生的白色烟气造成景观污染和“灰雨”污染，可能引起当地群众不满；（4）考虑除尘器用于电厂锅炉除尘的成熟程度和与脱硫设施配套情况。目前总的趋势，大型锅炉需要配备电除尘器，以便满足烟尘净化的要求和利用干灰的要求，然后在电除尘器后进行烟气脱硫设施的布置。电除尘器净化效率远高于电厂曾经用过的旋风除尘器和文丘里水膜除尘器，是燃煤电厂首选除尘设备。但是，电除尘器对烟尘比电阻特性比较敏感，设计时要注意燃用低硫煤的锅炉，或者采用炉内喷钙的锅炉采用电除

13、尘器可能存在的困难，需要准确估计烟尘比电阻值和趋进速度值，提高实际除尘效率和设计除尘效率的吻合程度。此外，电除尘器+烟气脱硫装置占地面积较大也是一个缺点。发达国家开始用布袋除尘器代替电除尘器，出口烟尘可以达到相当低的水平，不受烟尘比电阻的影响。我国经过20余年的努力和引进国外锅炉用布袋除尘器制造技术，成功进行了示范工程建设，具备了为电厂锅炉配备布袋除尘器的能力，但目前还不普及。如果采用布袋除尘器，需要进行比较细致的调研。对于中小型电厂和热电厂（锅炉容量小于400t/h），文丘里水膜除尘器还在使用并占有相当高的比例。通过对该除尘器结构改造或采用新型结构湿式除尘设备，总除尘效率可以达到98%以上，

14、5微米以上粉尘基本上都可以去除。通过添加脱硫剂，可以达到一定的脱硫效率，同时起到烟气除尘和脱硫的作用。对于各类链条炉等烟尘初始浓度低，粒度较粗的锅炉，该类除尘器可以满足严格的烟尘排放标准。对于初始烟尘浓度高的循环流化床炉和煤粉炉等锅炉，需要采取特殊的结构设计或者在湿式除尘器前设置预除尘设施，降低初始浓度，也可以达到目前的环境保护要求。湿式除尘脱硫一体化设备最大的优点是除尘器占地面积小，造价低，管理简单。但也存在比较明显的缺点：（1）该类除尘器除尘效率的影响因素比较复杂，目前仍处于经验设计阶段，除尘效率和设计运行水平密切相关。通过优化设计和运行，该类除尘器达到的最高除尘总效率达到99.6%，多数

15、在98.5%以上，但也存在除尘效率较低、不能满足环保要求的实例；（2）该类除尘器用水量较大，液气比较高，水在除尘器内形成大量细雾，比一般湿式除尘器更容易出现烟气带水现象，可能造成下游烟道腐蚀，风机和烟道积灰振动，危及安全生产。可以采取设计和运行措施降低和控制这种危害，但无法根除；（3）同样由于用水量大，烟囱出口白色烟雾浓度大，景观污染严重，一般都存在下“灰雨”现象；（4）如果采用钙系脱硫剂，还存在结垢的危险，需要在设计中采取控制结垢措施；（5）为了节省投资，该类除尘器往往采用的调节设施很少，调节能力有限。因为工作机理限制，要提高除尘效率就需要提高水的用量，烟气带水就可能严重，反之则除尘效率下降

16、，不容易根据实际烟气情况进行调整。（6）需要一定面积的灰水处理设施。除尘器选择需要综合考虑各种因素，特别是除尘器性能和价格因素，权衡利弊，最后决定权在建设单位。（2）   锅炉烟气脱硫工艺及净化工艺系统的选择烟气脱硫工艺选择比较复杂，因为不同工艺的投资、运行费用和净化效果、运行可靠性有很大差异，对资源要求和管理水平要求也不相同。选择合适的脱硫工艺，主要考虑国家相关技术政策，脱硫技术发展情况和建设单位的要求。通过引进技术和自主开发技术示范工程运行情况比较和总结，2002年由国家环保总局、经贸委和科技部联合制定的燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策中对烟气脱硫技术选择做出以下规定：

17、燃煤含硫量>2%或者大容量机组（>200MW）宜优先采用湿式石灰石/石膏法工艺，脱硫率和投运率要分别高于90%，95%；燃煤含硫量<2%或者中小容量机组（<200MW），以及老机组改造，在满足排放标准前提下，可以采用干法、半干法、以及其他费用较低的脱硫技术，脱硫效率要高于75%，投运率要高于95%；对于中小型工业锅炉（产热量<14MW），提倡采用低硫煤、固硫型煤、洗选煤等，原来采用湿式除尘设备的宜优先采用除尘脱硫一体化设备。技术政策提出比较高的投运率要求，是考虑电力生产对安全运行的特殊要求。在选择脱硫工艺和设备时，要特别注意技术的成熟程度，采取措施消除可能影响设备

18、安全运行的因素。由于初学者缺乏经验，毕业设计可以适当放松该方面要求。技术政策对烟气脱硫设备提出以下要求：使用寿命要超过15年；脱硫设备主要工艺参数（PH、液气比、SO2出口浓度）要有自控装置；脱硫产物应稳定化，没有再次释放二氧化硫危险；脱硫产物和外排废水要安全处置，不发生二次污染；烟气脱硫设施上应安装连续监测仪器。技术政策针对目前燃煤烟气净化技术现状，鼓励研究开发新型烟气脱硫工艺和装备，鼓励开发脱硫产品综合利用技术和装备，鼓励开发回收硫资源的技术。根据上述政策规定和对已经采用脱硫工艺电厂调查情况，选择设计电厂合适的脱硫工艺和装备。目前大型电厂和大型锅炉，除尘设备都选择电除尘器，对脱硫工艺选择都

19、持非常慎重的态度，基本上都是通过多次调查研究后才决定。海边企业选择海水脱硫工艺，其他地点电厂多数选择湿法石灰石/石膏工艺，或其他推荐工艺。中小型电厂对除尘和脱硫工艺选择比较多样化，设计者的自由度比较大一些。400t/h及其以上锅炉一般采用电除尘器，75t/h以下锅炉多数采用湿式除尘器。脱硫工艺的选择和除尘装置选择有一定关系，采用电除尘器的电厂，可以考虑的脱硫工艺有：湿式石灰/石膏法工艺、烟气循环流化床工艺、炉内喷钙炉后活化工艺等，75t/h及以下锅炉采用除尘脱硫一体化工艺的比较多。当存在多个可能选择的工艺时，需要进行多方案比较，选择经济技术指标较好的工艺。确定选用工艺后，需要进行工艺流程和工艺

20、系统设计，全面考虑脱硫主系统和辅助系统的组成，选择和设计系统需要的所有设备装置，然后进行系统平面布置和高程布置，最终完成设计。有关工艺系统设计方法和装备选择设计方法随后介绍。工艺和装备开发试验装置设计，没有工艺选择环节，但研究者需要考虑进行研究的工艺市场应用前景，目前主要存在的问题或不太成熟的地方，以便决定烟气脱硫工艺和装置开发研究方向。4、    燃烧量计算、烟气中污染物浓度和性质估计根据燃煤元素分析资料和工业分析资料，计算燃煤烟气量和需要空气量，以及烟气中二氧化硫浓度和烟尘浓度。烟尘密度、分散度和烟尘趋进速度等烟尘性质数据则根据相同型号锅炉的实测资料统计结果进

21、行估计。为了留有余地，燃料中硫均认为是可燃硫，全部转化为二氧化硫进入烟气。如果是改造工程，实测资料可以作为参考资料，核对计算结果，设计依然依据计算结果进行。一般中小型电厂锅炉负荷经常在一定范围内波动，特别是热电厂冬季经常超负荷运行，要掌握锅炉负荷波动范围，计算烟气量相应波动范围。锅炉产生烟气量和二氧化硫浓度是最重要的设计依据，对除尘器和脱硫设备结构设计有很大影响，需要准确确定。对于中小电厂，煤的来源可能不固定，可能使用几个煤矿的煤。要调查各煤矿的煤制机器平均比例，计算各煤矿煤质和混合煤质条件下的烟气量和烟气中污染物浓度。5、    烟气净化系统设计方案和技术经济分

22、析放方法 在方案设计计算，一般要挑选两种可行工艺，进行技术经济比较和分析后从中选择一种较好的工艺。烟气净化设备技术经济分析方法见燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例第七章，或者参考其他资料。6、    烟气净化系统工程概算编制（略）和其他课题类似。7、    工程图纸绘制（略）和其他课题类似。第二部分：烟气脱硫系统工艺设计方法1、    烟气净化工艺系统设计主要任务和主要内容确定了烟气净化的工艺，通过调查分析掌握了烟气净化系统布置的现场条件，接着进行的是所选择工艺的系统设计。除了烟气除尘系统比较简单外，燃煤锅炉

23、烟气净化工艺系统都比较复杂，由烟气脱硫及其辅助系统组成，有时候对锅炉燃烧系统或锅炉供煤、发电系统也有改造要求。进行烟气净化工艺系统，主要任务是确定烟气净化工程的组成和对相关系统的要求，各子系统的组成，单元设备的选择和设计，以及在提供场址内布置和安排所有系统和装置，并通过烟道、管路和控制元器件把各子系统和单元设备联系成一个整体。工艺系统设计是进行单个子系统和装置设计的基础和前提，它针对的是烟气净化整个过程，而不仅是脱硫或除尘单个过程，因此设计内容更贴近实际，更有利于将所学知识融会贯通，并进一步拓宽知识面，有利于综合能力的培养。需要进行设计计算工作：分析选用工艺主要组成子系统和主要设备装置，包括烟

24、气净化子系统，净化后物料脱水或其它加工过程子系统，回收物料综合利用或安全处置过程子系统，选用原料（脱硫剂等）制备和供应系统子系统，公用工程子系统等；工艺过程物料、用水和热量衡算，包括燃烧计算、物料和水量平衡表编制，要考虑波动范围和不均衡系数，以便确定各子系统规模；设备布置和总图设计；管道、烟道和仪表流程图设计；系统保温和防腐蚀设计；系统物料储存和运输设计等。系统运行可能出现非正常状态，如开车或停车，高负荷运行和低负荷运行，出现事故紧急停车等，系统设计时要分析可能出现的异常情况，考虑系统设计中要采取的安全措施和相应设施。对于烟气脱硫系统，建立旁路烟道是必要的。钙系脱硫剂的加工、运输和使用。需要特

25、别注意烟道和管路结垢预防问题。2、    常见烟气净化系统的组成设计者必须根据建设单位要求和现场条件，确定选择工艺系统组成，然后再进行物料衡算和设备选择设计。下面介绍几种主要的烟气净化工艺系统的组成，设计者根据具体情况可以简化或增加，毕业设计可以根据时间情况和指导教师要求，进行部分系统设计。确定设计内容后，需要了解这些系统的设计计算方法和目前可以从市场上购置的设备，需要自己设计的非标准设备等，为装置设计做好准备。干法除尘系统的组成：除尘器本体（一般外购成品，但需要工艺人员提出规格和技术条件要求）；灰斗和出灰装置；进风和出风封头，以及锅炉、除尘器、风机、烟囱之间联结

26、烟道；除尘器的附属系统（电除尘器的供电系统，布袋除尘器的反吹风系统等）；风机和辅助风机；除尘器监测、操作和检修用平台；除尘灰的输送和储存系统等。有一些电厂，对收集干灰进行适当加工，以适应市场和用户的要求，可能增加系统设计的内容，设计者在接受设计任务时要搞清楚建设单位的意图。湿法除尘系统的组成：除尘器本体（一般自己设计和制作）；灰水汇集和输送系统；灰水处理系统；除尘水循环供应和新鲜水补充系统；湿灰脱水和运输系统等。大型电厂可能采用飞灰干收湿排工艺，采用灰浆泵把湿灰排到厂外灰厂，还可能把灰场回收水送回电厂使用。在使用过程中还需要考虑灰水管道防结垢系统设计。 湿法石灰石/石膏法脱硫工艺系统的组成：脱

27、硫塔及其内部各种构件（喷嘴系统，除雾系统、氧化槽系统、搅拌设施）；烟气再热系统；烟道和附件系统；脱硫风机和氧化风机；石灰石粉制备和输送、供应系统；石膏脱水系统或脱硫废渣抛弃系统；脱硫系统外排污水处理系统，脱硫系统监测、控制和操作用平台等。炉内喷钙炉后活化脱硫工艺系统的组成：石灰石粉仓和喷射系统；活化塔；烟气再热器；脱硫灰渣回用和排除系统设计；石灰石粉制备、输送和储存系统等。烟气循环流化床脱硫工艺（干法工艺）系统：吸收塔（反应器）；吸收塔底仓；预除尘器和电除尘器；旁路烟道和连接除尘器-风机烟道；风机；返料气化斜槽与流化风机；石灰消化和脱硫液制备系统；雾化喷嘴和雾化风机等。湿法除尘脱硫一体化烟气净

28、化系统的组成：除尘脱硫塔；文丘里管和进口烟道；烟气再热器；脱硫剂选择和制备系统；脱硫液供应系统；灰水处理和循环利用系统；灰渣脱水系统等。对于实验系统，无论是实验室内模拟烟气实验系统或者现场旁路烟气实验系统，其组成都和真实系统不同。为了达到中间试验和工业性试验目的，实验室试验台和工业装置设计，需要更多考虑测试装置和调控装置选择，满足试验和测试要求。装置烟气处理规模不一定很大，以便降低实验研究费用，但要满足相似放大对试验设施的尺寸要求。根据试验研究目的，实验装置不一定是完整系统，可以采用部分流程，局部过程，甚至关键设备作为设计实验系统内容，以便用最小的代价获得最有用而又可靠的数据。3、 

29、   湿法烟气净化系统工艺设计方法湿法烟气脱硫工艺是当今大型电厂首选工艺，变化也比较多。各类工艺之间的主要区别是脱硫剂不同和对脱硫产物利用途径不同。湿法工艺首先要慎重选择合适脱硫剂，不同脱硫技对反应过程和对反应器（脱硫塔）结构和系统组成要求不同。脱硫产物的利用途径不同，对系统组成确定也有很大影响。大型电厂多数采用石灰石，少数采用石灰。两者反应机理基本相同，但是石灰的反应活性比石灰石高得多，需要的反应器容积小而比较好控制，需要的液气比也要小许多。一般石灰石的液气比要大于20L/m3，而石灰的液气比一般小于10（5）L/m3。但是，石灰脱硫的药剂费用是石灰石的3-5倍，石灰石系

30、统亚硫酸钙氧化速率高于石灰系统。此外，石灰石的植被要比石灰简单的多，所以目前多数采用石灰石作脱硫剂。对于小型电厂，考虑反应活性问题，仍采用石灰作最终脱硫剂。或者为了控制系统结垢而采用双碱法工艺，最终消耗的是石灰。目前我国一些单位在开发氧化镁工艺，以及其他脱硫剂工艺。设计前需要掌握这些工艺并进行细致比较，并根据实际情况确定选用的具体湿法工艺。烟气脱硫工艺系统设计最常用的是参考类似电厂实际应用系统进行设计。电力环境保护2001年第4期，2002年第4期分别介绍了重庆发电厂2X200MW机组和广东廉州发电厂湿法脱硫工艺系统。我国首台引进的珞璜电厂石灰石湿法工艺，在许多书籍和期刊上都有介绍。至于是辉/

31、石膏工艺，在工业脱硫技术一书中介绍了不少日本工艺（290，294，298，304页），设计这些系统可以参考上述资料。4、    烟气循环流化床脱硫工艺设计方法由于独特的优点，燃煤烟气脱硫技术政策特别推荐本工艺，认为是老厂改造和中小电厂首选烟气脱硫工艺。我国2001年引进的丹麦技术，安装在云南小龙潭电厂100MW机组上，电力环境保护2003年1期，4期介绍了该工艺设计和运行情况。燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例介绍了德国Solvay自备电厂实例，还有自主开发的两个应用实例。清华紫光同兴组织编写的工业脱硫技术介绍了循环流化床烟气脱硫技术中试实验装置设计情况。5、

32、0;   烟气净化实验系统工艺设计方法6、    脱硫剂制备、输送和储存系统工艺设计方法石灰石是最便宜，因而也是应用最广的脱硫剂，它的选择和加工方法是烟气脱硫技术的有机组成部分。石灰石第二中广泛使用的脱硫剂，它的加工系统和输送储存系统设计也是烟气脱硫系统设计的组成部分。（1）      用作脱硫剂的石灰石矿的选择烟气脱硫对用作脱硫剂的石灰石质量要求很高，国外有一些先进脱硫技术引进到我国，脱硫效果不理想，主要原因是使用的石灰石纯度不够，活性不高。所以，石灰石活性判定方法和影响因素的研究一直十分活跃

33、，以便帮助设计者挑选优质石灰石提高脱硫系统净化效率。另一个热门研究课题是石灰石脱硫添加剂，通过添加一些盐类或氧化物可以提高一般质量石灰石的反应活性，这样可以扩大可以利用的石灰石资源，降低烟气脱硫成本。我国石灰石矿藏资源丰富，但优质石灰石矿少。所谓优质石灰石矿，主要是碳酸钙含量高，杂质少，而且整个矿床成分均匀，发生变质的矿床比例小。我国水泥行业把石灰石分成特优矿，I级品矿和II级品矿，其碳酸钙含量分别大于96%，86%和80%。我国多数石灰石矿碳酸钙含量在75%左右，还达不到II级品。我国还没有对用于烟气脱硫的石灰石矿进行质量分级，一些引进脱硫示范工程，一般要求石灰石纯度达到90%以上，国外要求

34、碳酸钙含量在97%以上。（2）      不同脱硫工艺示范工程对石灰石质量和加工要求l        循环流化床锅炉脱硫用石灰石要求在0-2mm，中位径为100-500微米；l        石灰石/石膏湿法工艺脱硫用石灰石要求碳酸钙含量>90%,-325#占95%；l        炉内喷钙炉后活化LIFAC工艺脱硫用石灰石要求纯

35、度92-96%，粒度-30微米占80%；l        喷雾干燥法脱硫工艺要求脱硫用石灰石，碳酸钙含量要求大于92%，粒度-30微米要求大于80%；（3）      石灰石脱硫剂加工系统工艺设计方法对于石灰石/石膏工艺，国外的经验是石灰石脱硫剂加工系统的投资占脱硫系统总投资的1/5，而且是脱硫系统最容易出故障的系统之一。对于循环流化床锅炉脱硫用石灰石粉和路内喷钙用石灰石粉，粒度要求低得多，所以加工方法也不相同。循环流化床锅炉用石灰石粉，可以采用烧结厂溶剂（石灰石）破碎系统设

36、计方法，因为二者对加工的力度要求是一致的。从矿山来的石灰石粒度为80（100）-0mm获40-0mm，只经过颚式破碎机粗加工。石灰石进一步破碎采用锤式或反击式破碎机+检查筛的闭路循环流程，详见烧结设计手册p34-38。破碎机和筛分机分别设置储存仓，这样不知可以保证生产的连续性。破碎机和筛分机要安装粉尘控制装置（集气罩和除尘器，集体设计方法见除尘工程设计手册）。其他工艺对石灰石脱硫剂的力度要求都非常严格，必须采用以各类球磨机为核心的磨矿系统，根据是否采用水作为磨矿的介质，分为干式制浆系统和湿式制浆系统。湿式制浆系统的能耗是干式系统的1/3，对于干法脱硫工艺，不能用湿式制浆系统。对于石灰石/石膏湿

37、法工艺，用石灰石粉调制成浓度为15-25%的浆液进行脱硫。干式制浆系统和湿式制浆系统工艺流程见郭东明编著硫氮污染防治工程技术及其应用p32-35。该书对两个方案进行了比较。脱硫剂制备过程，还需要洗涤去除石灰石中杂质，特别是泥土和氯离子，所以干式制浆系统也要对石料进行冲洗，然后烘干。石灰石磨矿技术广泛用于水泥生产，磨矿流程和设备的选择与设计可以借鉴水泥设计手册，实际上破碎设备选择也可以借鉴该手册。（4）      石灰石干粉储存系统和输送系统工艺设计方法石灰石粉磨细后容易吸湿，结团，在仓库内不容易起拱，影响下料。在管道内输送有可能发生堵塞。（5）

38、      石灰粉磨消化和直接消化系统设计方法石灰乳的制备是石灰/石膏湿法烟气脱硫工艺的关键子系统之一。大型电厂厂采用石灰干法粉磨活破碎后再消化的工艺，而小型电厂常采用直接消化的工艺。硫氮污染防治工程技术及其应用P67介绍石灰乳制备工艺流程，为了保证石灰乳供应系统运行可靠，需要通过水利旋流器等设备进行去渣。如果采用干法闭路磨矿系统，可以省去这一环节。在现代纯碱生产过程需要用大量石灰乳，积累不少经验，设计中可以借鉴。（6）      石灰石湿浆储存系统和输送系统工艺设计方法（略）7、 &

39、#160;  干灰输送和储存系统组成和工艺设计方法采用干式除尘设备和进行干灰利用的电厂，都需要考虑干灰的输送和储存问题，该系统是烟气除尘系统的必要组成部分。例如，电除尘器的输灰系统由卸灰阀、刮板输送机和斗式提升机等输灰设备，储灰罐和输灰车辆构成。输灰方式多种多样，除了上述机械输灰方式外，还有气力输灰方式，应用也很广泛。气力输灰设施包括卸灰阀、气力输送管道、储灰罐、气固分离装置、高压引风机等。输排灰装置的选择主要根据粉尘特性、粉尘最大粒径、输送量和输送距离、可以布置的空间等因素综合决定。具体设计方法见除尘工程设计手册第五章p247，也可以参阅粉煤灰利用手册P31-38和除尘装置系统及设

40、备设计选用手册-排灰装置p128-165。电力环境保护1986年第4期介绍国外设计干灰仓的方法；VOL19NO4介绍徐州电厂正压农浓相气力输灰系统；第三部分：典型烟气净化装置选择和工艺设计方法一、       电除尘器选择和工艺结构设计方法电厂烟气净化系统总体方案决定采用电除尘器，则工艺设计需要进行的是电除尘器选型设计。经过多年努力，我国电除尘器行业自主开发和引进专利技术制造的电除尘器完全可以满足各种除尘场合需要，尤其是类似电厂锅炉这样电除尘器重点用户的需要。由于电除尘器是一种价格昂贵的大型设备，需要通过现场设计者和电除尘器厂家技术人

41、员合作，设计和制造出最适合现场使用条件的电除尘器。除非一些特殊烟气和特殊现场条件、特殊要求，而且电除尘器尺寸很小，目前已经很少有现场设计人员设计和组织制造电除尘器。现场设计者需要做的工作是：（1）通过调查和试验、测试等方法，确定待处理烟尘和烟气的性质，明确可以布置电除尘器的空间范围并确定电除尘器大致尺寸（通过绘制布置工艺图纸确定）。此外，还要收集与电除尘器选型有关的一些资料，如当地气候、安装地点工程地质情况等。把这些信息整理成电除尘器设计条件书，和电除尘器厂家协商（有可能修改部分条件），定做符合要求的电除尘器；（2）厂家完成电除尘器设计后，对设计方案和图纸进行审查，认定是否满足用户要求，确定后

42、进行制造；（3）厂家制造和安装电除尘器后，配合制造厂家进行试运行并进行验收，出现问题和厂家共同解决；（4）制定电除尘器操作规程，培训操作人员，提出管理制度等，最后进行移交。在收集资料中，最重要的是根据燃煤煤质和采用锅炉类别估计待处理工况烟气量、烟尘的比电阻和趋进速度。毕业设计可以利用统计资料，实际设计时最好要通过小型试验实测烟尘的比电阻和计算趋进速度，以便根据烟尘特性和需要的除尘效率准确确定需要的电除尘器收尘极板面积。现场设计者还需要根据处理烟气量和选择的电厂风速，计算电除尘器断面积，以及宽度和高度；根据粉尘特性选择通道宽度（同极距）和收尘板形式，计算需要的通道数；根据要求的除尘效率、粉尘趋进

43、速度和选择的电场风速，确定需要的电除尘器电场数，确定电除尘器本体长度。设计计算方法见除尘工程设计手册p205,除尘装置系统及设备选用手册p540。电除尘器厂家一般还需要了解烟尘的分散度，化学成分，真密度、堆积密度和安息角，以便正确选择极板和电晕线形式、灰斗角度等结构参数。除尘器中烟气正常运行温度，最高运行温度，对选择电除尘器极板和壳体材料至关重要，烟气的露点温度是另外一个重要参数，必须保证电除尘器内，特别是绝缘室内气体温度高于露点一定度数，防止腐蚀和绝缘失效，造成事故。运行中烟气在电除尘器内的正常负压也是一个重要数据，以便电除尘器厂家合理确定电除尘器壳体结构和钢板厚度。需要指出，烟气量、烟气温

44、度和烟尘浓度一般都存在波动，在进行上述选型设计计算时要考虑波动因素，以便要求制造的电除尘器在处理不同工况的烟气都能够达到排放标准。现场设计者需要了解当地气象条件，并提供给除尘器厂家。包括当地最高气温，最低气温、风荷载和雪荷载，风向和风速，降雨和降雪情况等。根据气候情况，是否对灰斗采取加热措施，需要采取何种措施（电加热或蒸汽加热）。现场设计者最重要的任务是根据可利用空间，初步进行电除尘器布置，分析前面设计计算得到的电除尘器宽度和长度布置是否有困难，留给进口封头和出口风头的空间有多大，根 据锅炉出口和风机接口标高，适宜采取的进出口封头形式。灰斗设计要考虑灰的利用方式和储存方式，以及设施的布置，以便

45、选择合适的灰斗形式。现场设计者还可以提出其它要求，这些要求和提供的设计条件是电除尘器厂家进行设计的主要依据，但电除尘器最终结构图和安装图都由厂家提供。毕业设计无法做到利用最终图纸进行系统布置。电力环境保护VOL17NO1讨论了炉内喷钙活化对电除尘器影响，以及电除尘器的主要设计参数。VOL15NO4讨论了电除尘器的分级除尘特性。1988年第4期介绍比电阻和趋进速度关系，1990年第3期介绍趋进速度与粒径关系。2003年第2期介绍淮北厂电除尘器设计情况。二、       预除尘器选择与工艺结构设计方法  对于小型循环流化床锅炉，

46、当锅炉出口浓度高于选用的最终除尘器对进口浓度限制要求，或者一级除尘器由于进口烟尘浓度过高而无法达到要求的出口烟尘排放标准，就需要在最终除尘器前加一级预除尘器。选用预除尘器的另外两种情况是：（1）选用湿式除尘器但又有干灰利用要求；（2）选用布袋除尘器但燃烧设备不断有热碳粒等飞出，可能损坏布袋，需要设置预除尘器保证布袋安全。预除尘器常采用惯性除尘器、旋风除尘器或多管旋风除尘器。惯性除尘器需要自己设计，其他两种除尘器在市场上有很多种产品可以选择，现场设计者主要是选型设计。选择市场提供的除尘器作为预除尘器，除了要满足处理能力要求和回收有用物料要求外，最主要的是尽可能降低系统阻力。实际考察表明，一些二级

47、除尘系统，选择的预除尘器除尘效率过高，对 改进系统总除尘效率没有多少帮助，但增加的系统阻力却不少，这样做不经济的。烟气量比较大时，往往需要选用多个预除尘器并联使用，需要注意对称布置，并采取措施保证风量分布均匀。一般来说，已经开发的旋风除尘器种类繁多，可以满足于除尘器选型需要。但多数旋风除尘器开发时期的目标是作最终除尘设备，追求的是高除尘效率。满足预除尘要求的产品比较少，特别是满足现场除尘效率要求而阻力低的除尘器不一定能够在市场中找到，这就需要自己设计满足要求的除尘器，具体设计方法见通风除尘设备设计手册p91-95，除尘设备设计p41-65，除尘工程设计手册p104-135。三、 &#

48、160;     烟气脱硫塔选择与工艺结构设计方法随着脱硫技术发展，脱硫塔结构也不断进步。目前，最流行的石灰石/石膏工艺脱硫塔，同时起预洗涤塔、洗涤塔和氧化槽的作用。在日本，还有的石灰石/石膏工艺，采用待遇洗涤塔的脱硫塔结构，目的是减轻残余飞灰、氯化物和氟化物对石膏品质的影响。脱硫塔要起以下作用：（1）通过喷洒脱硫液吸收去除二氧化硫和其他酸性气体；（2）经化烟气和脱硫液分离（除雾）；（3）灰浆中和，达到控制pH，提供石灰石溶解和亚硫酸钙氧化的合适条件；（4）鼓入空气就地氧化生成硫酸钙；（5）硫酸钙在合适的饱和度条件下生成晶粒比较大，容易分离和脱水的石膏产

49、品。脱硫塔结构设计要考虑烟气和脱硫液形成水雾充分混合，保证烟气气流的均匀分布，脱硫雾滴在烟气中的均匀分布，并且烟气和脱硫液都有一定停留时间，保证吸收反应、氧化反应、结晶反应都能够完成。脱硫塔设计的结构设计应该尽可能使得塔体和各部件对硫酸钙结垢不敏感，或则不容易结垢，保证安全运行。所以，脱硫塔设计有相当难度。国际流行的脱硫塔有六种结构类型：喷淋塔、填料塔、液柱塔、鼓泡塔、气泡喷射反应器、双回路塔等，前四种塔通过引进在我国都有应用。目前最流行的脱硫塔为喷淋塔，其次是液柱塔和填料塔。喷淋脱硫吸收塔设计方法-钟秦书p75。示范工程表明，国外设计的喷淋塔采用主要工艺参数如下：喷淋吸收塔的空塔气速一般在3

50、m/s左右，液气比825L/m3；吸收区高度5-15m;，接触反应时间秒；一般布置3-6个喷淋层，喷雾覆盖率200-300，喷嘴设计见钟秦书p79-85。要求喷嘴出口速度10m/s左右，水压在0.05-0.2Mpa。电力环境保护VOL18NO.4介绍广东连州脱硫塔的一些参数，包括除雾器设计参数。VOL18NO.2介绍重庆珞璜电厂脱硫塔结构和防腐蚀设计。VOL15NO3介绍太原热电厂简易塔设计。重庆珞璜电厂一期采用栅格填料塔，二期采用液柱塔，也取得了比较好的脱硫效果。作为练习，设计脱硫塔可以采用化学工程中设计吸收塔的方法，具体设计方法可以查阅化学工程工艺设计手册，或其他设计手册。整个脱硫系统阻力

51、大约（德国）2940Pa，需要设置脱硫风机。四、       湿式除尘设备和脱硫设备除雾器选择和工艺结构设计方法除雾器湿式除尘设备、脱硫设备、以及化工塔设备的重要部件，在有关设计手册中都有选型和设计方法介绍。在湿式烟气除尘和脱硫设备中，除雾器的正确选型设计和使用十分关键。因为除雾器是最容易出现故障的湿式净化设备部件之一，尽管结构简单，实际设计中仍需要认真对待。烟气除雾后，要求残余水滴浓度<100mg/m3，如果超过200mg/m3系统就容易出现问题。常用除雾器有以下几种：折流板除雾器、旋流板除雾器、丝网除雾器、填料除雾器、以及其

52、它类型除雾器。实际上，所有除尘器都可以用作除雾器，只是雾滴一般粒度比较大，净化过程还会凝并，不需要对细颗粒有很高效率，但需要用水流定期冲洗，防止积灰，所以多数除雾器采用简单的结构形式。常用于化工生产中的丝网除雾器和填料除雾器不容易清洗，不适合烟气净化领域，实际应用的主要是折流板除雾器和旋流板除雾器，后者主要用在中小型设备中。除雾器设计涉及两个部分：除雾器本体设计和冲洗系统设计。对于折流板除雾器，除了选择合适的结构形式、叶片间距(30-50mm)、叶片高度、叶片材质和加工方法、除雾器的级数和布置形式等结构设计参数，还需要确定除尘器最优临界流速。所谓最优临界流速，是指不会引起二次带水的最高烟气流速

53、，和叶片结构，布置方式，烟气带水负荷和带水水滴分散度，气流方向等有关。常用来计算最优临界流速公式    v = K(PW-PG)/PG0.5，m/s式中，系数K=0.107-0.305，垂直烟流方向取小值，水平烟流方向取大值；PW-水的密度；PG-烟气密度。不同手册推荐值不同。郭东明便著书中，值为0.05-0.13，立式布置许用速度是水平布置的1.5-2.5倍。雾滴中有颗粒物，允许速度更高一些。一般尽可能接近最大烟气速度。实际选用值要小于计算值（3.5-5.5m/s），因为烟气流速并不是均匀的，有可能局部发生二次带水。但降低流速又不利于脱出微细雾滴，具体取值要根据

54、实验或者实际运行数据确定，手册也有推荐值。除雾器冲洗系统主要由冲洗喷嘴、冲洗泵、管路、阀门和压力仪表、以及控制装置组成。一般采取双面冲洗的方式，选择的喷嘴，要能够形成是新税务并有冲击力，喷嘴的扩散角要保证覆盖除雾器，一般在75-90º范围内。喷嘴距离除雾器距离小于1米。冲洗水压过高容易引起带水，过低不能起到清洗作用，一般在0.25Mpa（正面）和0.15Mpa（背面）以上。冲洗水量每小时每平方米1-4立方米水。冲洗覆盖率100-300%，2小时为一个冲洗周期。具体设计方法见电力环境保护2001NO.4和钟秦书p75-77。五、     

55、;  石灰石/石膏法脱硫塔氧化槽工艺结构设计方法回收脱硫副产物可以提高脱硫系统的经济性能，就地氧化是目前流行的回收石膏副产品的重要工艺环节。目前大型脱硫公司实际采用的就地氧化技术，因空气导入脱硫浆和空气在脱硫浆中分散方式不同而分成多种方式。应用较普遍的方式有两种：固定式空气喷射器式（Fixed air aparger FAS）和搅拌器和喷射枪组合式(agitater air lance assemilies ALS)。固定式空气喷射器是就地氧化槽有点类似污水处理中的曝气池，槽内布置很多喷气喷嘴，每一个喷嘴大约负责0.3平方米面积充氧，相当于3.5个喷嘴/平方米。在喷嘴上方布置搅拌器，

56、负责把已经充氧的脱硫液和没有得到充氧的脱硫液混合，也防止石灰石粉和石膏晶体沉淀。进行这种方式的氧化槽设计，主要要确定氧化槽容积、深度、氧化空气流量和布置喷嘴数量与方式、搅拌器类型、数量、和布置方式。该类技术对喷嘴浸没深度敏感，至少需要3米以上。该方式必须保证一定空气流量（30%），否则将堵塞喷嘴。搅拌器和喷射枪组合式（ALS）依靠强搅拌器形成的高速液流分散空气，对浸没深度要求较低，对低流量的限制也小得多。但该方式对搅拌器性能和搅拌浆叶的耐磨性能要求很高，否则磨损很快，不能保证系统正常运行。有关设计方法参考-钟秦书p75和电力环境保护VOL18NO.2 P52-54。一些参数目前只能借鉴示范工程

57、设计和运行情况有关数据，如脱硫液水力停留时间4-8分钟。氧化1摩尔石膏需要1摩尔氧气，氧化风机的压力需要0.05-0.086Mpa,六、       湿式脱硫系统烟气再热器选择与工艺结构设计方法湿式烟气脱硫系统出口烟气浓度一般很低，都接近烟气水露点。除了造成烟囱白色烟雾景观污染外，还造成烟道和烟囱腐蚀，风机积灰发生异常振动，成为安全生产的隐患。比较完整的湿式烟气脱硫系统，都配备烟气再热系统。湿式烟气脱硫系统的烟气再热可以采取多种方式，设计湿式脱硫系统是首先要选择合适的烟气再热方式。对于大型电厂，实际工程采用的烟气再热方式有：（1）利用

58、锅炉出口热烟气加热净化后的冷烟气，采用的热交换器有回转蓄热式换热器、管壳式换热器，以及热管换热器；（2）利用发电机用后的乏蒸汽进行加热冷烟气，采用的换热器有管壳式换热器，热管换热器等；（3）利用电除尘器排出还没有脱硫的热烟气直接参入冷烟气，或者洁净能源天然气或煤气燃烧产生的热烟气参入冷烟气，提高排放烟气温度。最后一种方式要牺牲脱硫效率，或者要额外消耗能源，增加企业运行费用。我国有一些电厂采用低硫煤，然后采用部分不脱硫烟气进行加热，二氧化硫排放浓度仍然可以达到排放标准。确定选用的烟气再热方式后，需要设计换热器或者冷热烟气混合设施。一般脱硫塔出口烟温45-55，德国明确规定烟囱入口要提高到72，从

59、再热器到烟囱入口还会降温5-10，所以需要加热到77-82。（1）      烟气换热器的设计或选用方法现场设计人员很难自己设计回转蓄热式换热器和热管换热器，主要是选型设计。管壳式换热器可以自己设计，也可以选择先由厂家生产产品。和电除尘器选型设计一样，现场设计人员的任务是选择换热器类型，并提供生产厂家设计和生产换热器必要的基础资料。在确定选用的换热器类型后，需要通过调查确定：l        冷烟气量和烟气温度、残余烟尘浓度、腐蚀特性，和确定需要通过换热提高冷烟气的温度值；l

60、        采用热烟气量的热量加热冷烟气，则需要提供热烟气数量、烟气温度和烟尘浓度、腐蚀特性等；l        采用乏蒸汽加热，则要确定可利用的乏蒸汽温度和压力，提高烟气温度需要的乏蒸汽量；l        粗略估计需要的换热面积，初步从现有产品中选择换热器；l        调查现场可以布置换热器的空间，并进行

61、换热器初步布置，确定连接烟道尺寸要求。如果布置有困难，更换或改变换热器部分尺寸，提出定制要求；l        向厂家提出订货或定制要求管壳式换热器设计计算方法见有关设计手册。电力环境保护VOL18NO2介绍连州电厂采用蒸汽加热冷烟气的设计。郭东明著刘旦污染物防治工程技术及其应用112页介绍再热器类型和选择方法。热管式换热器设计计算方法见设计手册。设计中要注意防止酸露点腐蚀问题，关键是避开发生低温酸腐蚀温度区域。（2）      冷热烟气混合设施及其设计方法一般烟气脱硫系统都

62、比较紧凑，从冷热烟气混合点到风机等对烟气中水滴比较敏感的设施距离不会很大。冷热烟气要尽快充分混合，以便水滴有充分时间蒸发，减轻水滴引起烟道积灰和腐蚀等不利影响。冷烟气和热烟气所走的路线阻力差别很大，混合过程还需要采取措施平衡两条支路的阻力，保证冷热烟气按设计流量运行。风机 混合装置 脱硫装置 电除尘器 锅炉烟气     混合装置结构类似喷射泵，热烟气从喷口高速流出，带动冷烟气流动，把压力能转换成动能，起到两个分支阻力的作用。计算方法见七、       石膏副产品回收和处理系统工艺设计方法石膏副产品能否占有市场，关键是它的质量。石膏副产品回收系统合理设计和运行是保证石膏质量和降低处置费用的主要措施之一。商业上对石膏质量的要求主要是：杂质含量少；颜色白；平均粒度在100微米左右；含水率