FGD设计物料衡算的基本方程和方法课件

1、3设计步骤 FGD工程设计一般分为三个阶段进行，包括可行性研究、初步设计、施工图设计。（1）可行性研究 在项目建议书的基础上对建设项目在技术上、经济上是否 合理进行科学分析和论证，在可行性研究通过的基础上，选 择综合效益最好的FGD工艺方案，编制可行性研究报告。 可行性研究报告是项目最终决策立项，并据此进行初步设 计的重要文件。 在提交可行性研究报告的同时，还要提交投资估算书。 （2）初步设计和施工图设计4. FGD设计物料衡算的基本方程和方法 物料衡算是大气污染控制设计计算中最基础的内容。物料平衡计算包括：烟气平衡、脱硫剂（脱硫产物）平衡、水平衡等。物料衡算的理论依据是质量守恒定律。对某一个

2、体系，输入体系的物料量应该等于输出物料量与体系内积累量之和，即： 输入的物料量=输出的物料量+积累的物料量 如果体系为稳定状态，则“积累的物料量”一项应等于零。 物料衡算的基本步骤为：a.确定衡算体系；b.收集计算数据；c.画出物料流程简图，标示所有物料线，注明所有已知和未知变量；d.写出化学反应方程式（无化学反应可省去）；e.选择合适的计算标准；f.列出物料衡算式，进行数学求解。 5. FGD能量消耗计算(1)热量消耗的测量与计算 为维持脱硫工艺所要求的设计运行工况，需要为脱硫装置提供热量，热量的来源包括热空气、热水、蒸汽、热流体和燃料等，提供给脱硫装置的热量的用途包括：烟气再热，密封风或吹

3、扫空气等。(2)机械能消耗量的测量与计算 机械能的消耗通常表现为流经烟气脱硫装置的烟气、液体及蒸汽产生的压力损失，最主要的是烟气侧压力损失，其次还有水、浆液及蒸汽系统的压力损失。(3)水消耗量计算 2556.石灰石（石灰）-石膏法设计 (1).工艺流程 石灰石石膏湿法FGD工艺流程典型石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统原则上由下列系统构成： .石灰石浆液制备系统； .烟气系统； .SO2吸收系统； .石膏脱水和处理系统； . FGD公用系统； .控制系统； .电气系统。（2）主要性能设计参数及影响因素a. 空塔气速和停留时间 填料塔的空塔气速一般在2m/s左右；板式塔和空塔的空塔 气速可以达到2m/

4、s以上，有些空塔设计气速超过4m/s。 塔径尺寸一定，空塔气速越高，塔的处理能力越大。但空 塔气速越高，塔高也必须越高，主要是考虑保证气液接触时 间，这一时间决定了SO2的去除率，增加停留时间可提高 SO2的去除率。 使用空塔脱硫时，空塔气速控制在24 m/s左右，烟气在 塔内的停留时间1.54.5s。停留时间的长短，要根据烟气中 的含硫量确定，一般来说，SO2浓度越高，停留时间应设计 得长一些。 高的空塔气速会造成严重的雾沫夹带 b 液气比 液气比是指处理1m3体积的烟气所需要的吸收剂浆液的体积（以L计），是保证脱硫效率的重要指标。增大液气比的主要作用是增大气液传质速率，从而增大SO2去除率

5、。 在实际工程中，允许最小的液气比（L/G）由吸收剂浆液特性、控制结垢和堵塞决定。 L/G（L/V）与脱硫效率有直接的正比关系，而与浓度无关。 液气比直接影响设备尺寸和操作费用。 要提高脱硫效率，提高液气比是一个重要的技术手段。 一般空塔的液气比不超过2，但石灰石石膏法烟气脱硫液气比在1015之间，有的甚至超过20。 在实际工程中，提高液气比将使浆液循环泵的流量增大，从而增加设备的投资和能耗。同时，高液气比还会使吸收塔内压力损失增大，增加风机能耗。c. 脱硫效率 FGD系统长期经济运行工程实践证明，脱硫效率 是由许多因素决定的。归纳起来有以下几个方面： (a) 烟气量增大时，脱硫效率下降。 (

6、b) 气液接触时间长，可以获得高的脱硫效率。 (c) 当进口SO2浓度增大，脱硫效率成直线下降。 (d) 当浆液的pH值在5.45.7之间时，可以获得高 的脱硫效率。 260d. 浆液pH值 湿法FGD系统中浆液对SO2的吸收程度受气液两相SO2浓度差的控制。要使烟气中ppm级的SO2在较短的时间内达到排放标准，必须提高SO2的溶解速度，而调整和控制浆液的pH值是很重要的手段。 浆液的pH值对运行可靠性有显著的影响。低pH运行会加剧设备腐蚀。pH值太高，会使脱硫设备内结垢、堵塞，不能保证设备安全运行。 另外，亚硫酸氢根和亚硫酸根的氧化过程受pH值的影响较大，所以浆液的pH值对石膏的结晶也将产生

7、影响。 因此，在实际工程中，pH最佳值在56之间。e.浆液浓度 浆液pH值的严格控制是靠浆液浓度来实现的。当pH值下降时，要及时补充新鲜浆液。 在系统运行过程中，随着烟气与吸收剂反应的进行，由于石膏的生成，浆液密度不断升高。当密度大于1150kg/m3时，混合浆液中石膏的浓度已趋于饱和，此时脱硫率会有所下降。需要将一部分浆液排往石膏制备系统。 石膏旋流站运行的压力、旋流子磨损程度均受脱水之前石膏浆液密度的影响。因此运行中应严格控制石膏浆液密度在一合适的范围内（1050 kg/m31150 kg/m3），这样有利于FGD系统的高效经济运行。 在系统运行过程中，若浆液密度测量装置不正常，控制回路就

8、不能可靠工作。 这样浆液密度需要人工测量，若浆液密度大于1150kg/m3，应将塔内石膏排至石膏脱水系统，同时密度计须尽快修复，校准后尽快投入使用。f. 钙硫比及脱硫剂利用率 对于石灰石石膏法烟气脱硫，Ca/S增大，注入吸收塔内吸收剂的量增大，引起浆液pH值上升，可增大中和反应的速率，使SO2吸收量增加，提高了脱硫效率。但由于吸收剂（CaCO3）的溶解度较低，其供给量的增加将导致浆液浓度的提高，会引起吸收剂的过饱和凝聚，使反应的表面积相对减少，最终导致吸收剂利用率下降，增加FGD系统的运行费用。运行实践也证明了这一点，一般认为吸收塔的浆液浓度在20%30%，Ca/S在1.021.05之间时，吸

9、收剂的利用率最高。 有关钙硫比的计算，请参见P740例3-2-9g.系统中的防垢 FGD系统内的结垢和沉积将引起管道的阻塞、磨损、腐蚀和系统阻力的增加，应尽量减少。典型湿法FGD系统中有三种结垢形式：灰垢、石膏垢、CSS垢（亚硫酸钙和硫酸钙的混合结晶）。 系统中易结垢的部位包括除雾器、浆液循环槽、吸收塔入口干/湿交界处和管路系统。除雾器的防垢方法主要是定期用不含石膏的新水冲洗。 浆液循环槽中主要是防止CaSO3和CaSO4的结垢。过低的温度（如40）和较高的pH值（6），CaSO3容易产生结晶。当温度高于66时，二水石膏将成为无水石膏CaSO4 析出而成为结构紧密的石膏垢，一般应控制浆液温度在

10、60以下。 脱硫系统运行时的防垢措施见P741。h. 石膏的质量控制 影响脱硫石膏的因素有：结晶速度、过饱和度、浆液的pH值、结晶温度、氧化空气用量、浆液搅拌强度、 粉尘含量等。 石膏结晶过程中有晶种生成和晶体生长两种速度决定的。晶种生成速度过快，会生成细颗粒的石膏而不易脱水。如果晶体生长速度过快，会生成针状或层状结构同样不利于脱水。过饱和度过低或过高，都可能造成针状或层状结构。因此，石膏在浆液中的过饱和度是影响石膏质量的首要因素。在工艺上一般维持浆液中石膏的过饱和度在1.251.30的范围内。 浆液循环槽的温度，设计上要保证在4060之间，这样才能保证生成的石膏为二水石膏。 氧化空气量，先计

11、算出理论量，再乘上一个系数，这个系数一般在1.82.5之间。 浆液的pH值直接影响CaSO3的氧化速率。 机械力对石膏结晶的影响是双向的，因此，搅拌强度是工艺设计和运行方式控制的难点。 265(3) 总平面布置 吸收塔宜布置在烟囱附近，浆液循环泵（房）、吸收剂制备及脱硫副产品处理场地应紧邻吸收塔布置，或结合工艺流程和场地条件因地制宜布置。 事故浆池或事故浆液箱的位置选择，应考虑多套装置共用的需要。 石膏贮存间宜与石膏脱水车间紧邻布置，并应设顺畅的运输通道。 脱硫废水处理间宜紧邻石膏脱水车间布置，并有利于废水处理达标后与主体工程统一复用或排放。 脱硫装置主要设施宜与锅炉尾部烟道及烟囱零米高程相同

12、并与其它相邻区域的场地高程相协调。 湿式石灰石石膏法烟气脱硫系统设计参见“火电厂烟气脱硫工程技术规范 石灰石/石灰-石膏法“（HJ/T 179-2005）中的有关规定。(4)主要系统设备设计（参见P743-753） .吸收剂制备系统 .SO2吸收及氧化系统设计 .烟气系统及烟道 .脱硫副产物处理系统 .废水处理系统 .补充工艺水系统 .事故排放系统 .控制系统 7.其他脱硫技术（1）旋转喷雾干燥法 旋转喷雾干燥法烟气脱硫工艺流程示意图（2）炉内喷钙尾部增湿（LIFAC）脱硫 炉内喷钙尾部增湿脱硫（LIFAC）工艺流程示意图（3）电子束法烟气脱硫（EBA） 电子束法烟气脱硫（EBA）工艺流程示意

13、图 270（4）海水脱硫 海水脱硫工艺流程示意图（5）其他湿法脱硫技术a.双碱法烟气脱硫技术 双碱法 脱硫是为克服石灰石湿法易结垢而开发的。它先用碱或碱金属盐类如NaOH、Na2CO3等的水溶液吸收SO2，然后在另一石灰反应器中用石灰将吸收液再生。b.氨法烟气脱硫技术 用氨吸收烟气中的SO2反应速率快，吸收剂利用率高，吸收 设备体积可大 大减小，其脱硫副产品硫酸铵可作为农用肥料。但一次性投 资费用和运行费用较高，受氨源限制；氨的泄露也会造成环境问题。c.氧化镁法脱硫 采用MgO浆液吸收SO2，生成MgSO3，在分解成MgO和SO2；SO2用于制硫酸，MgO循环利用；或制成MgSO4。 8.烟气

14、循环流化床脱硫技术(1) 技术特点及适用范围 适用于容量为65t/h1 025t/h（机组容量为15MW 300MW） 燃煤、燃气、燃油火电厂锅炉或供热锅炉机组的烟气脱硫， 具有以下技术特点： 脱硫效率：在钙硫比为1.11.3时，脱硫效率可8090%； 工艺流程简单，系统设备少，投资和运行费用为湿法工艺 的50%60%，能消为湿法的30%50%； 占地面积小，为湿法工艺的30%40%； 省略烟气再热器，对现有的烟囱可不进行防腐处理； 可以同时脱除SO3、HCl、HF等污染气体； 无脱硫废水排放，且脱硫副产品呈干态，不会造成二次污 染，对综合利用和处置堆放有利。(2)工艺流程及反应机理工艺流程反

15、应机理 烟气循环流化床脱硫技术是固体流态化技术在烟气脱硫中的应用。脱硫塔是烟气脱硫系统的主体设备，在脱硫塔内，脱硫剂、脱硫产物、烟气之间互相混合、传热、传质十分强烈，使脱硫剂充分反应，研究表明：脱硫塔内有98%的床料参与循环。通过脱硫剂的多次再循环，使脱硫剂与烟气接触时间增加，提高了脱硫剂的利用率。 反应后的脱硫产物、飞灰和未完全反应的脱硫剂，通过高效分离装置，再返回反应器内循环利用。 脱硫塔内生成产物主要有亚硫酸钙、硫酸钙。 275(3)主要性能设计参数及性能影响因素.进料Ca/S摩尔比 实践表明，钙硫比是影响脱硫效率的主要因素。兼顾经济 性，钙硫比推荐取值为1.21.3。 .近绝热饱和温度

16、（T） T是指出口烟温与烟气的绝热 饱和温度之差。 T对脱硫装置的脱硫效率和稳定运行起着重要作用，一 方面为取得较高的脱硫效率，T越小越好 ；另一方面， 为防止系统粘壁阻塞和结露，这要求T越大越好。为了保 证系统的稳定运行，推荐T大于15。脱硫塔径、塔高及烟气流速。其他设计参数见P759-762(4)总平面布置及(5) 主要系统设备设计见P762-7659、烟气脱硫辅助设施的配置要求（教材中无此内容） 烟气脱硫辅助设施的配置要求应按照国家发布的两个脱硫 技术规范的要求执行： 火电厂烟气脱硫工程技术规范-石灰石/石灰-石膏湿法 （HJ/T179 2005） 火电厂烟气脱硫工程技术规范- 烟气循环

17、流化床法 （HJ/T178 2005 ） 两个规范中详细规定了脱硫装置辅助系统的内容，包括： 电气系统 热工自动化系统 建筑及结构 暖通及消防系统 烟气排放连续监测系统（CEMS）。2.4.5 氮氧化物污染控制技术氮氧化物污染控制技术主要包括：1 低NOx燃烧技术；2 选择性催化还原技术（SCR）；3 选择性非催化还原（SNCR）；4 湿法烟气脱硝 ；5电子束照射法 。重点介绍选择性催化还原烟气脱硝技术（SCR）：(1)技术特点 选择性催化还原法脱硝是燃煤烟气脱硝的主要方法。利用还原剂在催化剂作用下有选择性地与烟气中的氮氧化物发生化学反应，生成无害的氮气和水蒸气。(2)布置方式与工艺流程 SC

18、R按催化剂的安装位置有3种布置方式：高温高尘布置、高温低尘布置和低温低尘布置。SCR的3种布置方式见下图SCR工艺流程（高温高尘布置）(3)主要性能设计参数.工艺设计参数的确定 脱硝装置工艺参数的确定原则与脱硫系统基本类似。 烟气脱硝系统设计中，脱硝效率一般应不小于80%，氨逃逸一般不大于3ppm，SO2/SO3转化率一般小于1，烟气脱硝系统主体设备设计使用寿命应不低于主机的剩余寿命，装置的可用率应保证在95%以上。性能参数 脱硝效率；反应温度（一般控制在320400范围内）氨氮摩尔比（一般控制在1.2以下）；接触时间；入口烟气含尘量（堵塞、中毒、磨损）；氨逃逸率（3ppm）； SO2/SO3

19、转化率（越低越好）。（4）脱硝反应系统 脱硝反应系统主要包括： 喷氨混合系统 （包括喷氨栅格、烟气静态混合器、整 流器及导流叶片等） SCR反应器（包括塔体、烟气进出口、催化剂放置层、 人孔门、检查门、法兰、催化剂安装门孔、 导流叶片及必要的连接件等） 吹灰器 催化剂 （4）催化剂SCR法所用的催化剂按结构形式分主要有3类： 平板式：采用钢板作为骨架，表面涂敷活性催化剂层，比表 面 积小。和波纹催化剂、蜂窝催化剂相比所处理相 同烟气量，体积较大。 波纹板式：相对重量轻，因其便于布置施工，在国外还用于 垃圾焚烧炉后尾气脱硝之用。 均质蜂窝式：是将催化剂粉料和陶瓷物料均匀混合后烧结成 型，催化剂与

20、整体结构混合均匀，孔高，强度高， 磨损不易导致催化剂剥离、散失，催化剂很难失效。 因此应用广泛。（5） SCR催化剂设计选型催化剂设计选型原则： a 有较高的NOX选择性； b 在较低的温度下和较宽的温度范围内，具有 较高的催化活性； c 具有较好的化学稳定性、热稳定性、机械 稳定 性；隔热、抗尘、耐腐、耐磨； d 低SO3转化率； e 费用较低。 285（6）催化剂的选择依据催化剂的选择应根据： 烟气具体工况、飞灰特性、反应器形状、脱硝效 率、NH3逃逸率、SO2转化率、系统压降、使用寿命以及业主要求等条件来考虑。 当煤质含硫量高时，可选择二氧化硫转化率低的催化剂；粉尘含量高时，可选择具有高

21、耐磨损性的催化剂；含有SO2或者SO3 的烟气中，应避免使用多孔质氧化铝（矾土）作为催化剂载体，此时，催化剂载体可选用钛或硅的氧化物作为催化剂载体。（7）催化剂的布置 在SCR反应器里催化剂分层布置，一般为24层。当催化剂活性降低后，依次逐层更换催化剂。催化剂各层模块一般具有规格统一、互换性的特点，且应采用钢结构框架，并便于运输、安装和起吊。 催化剂模块必须设计有效防止烟气短路的密封系统，密封装置的寿命不低于催化剂的寿命， 催化剂层数一般应留有1-2层备用层，基本安装层数应当由承包商和厂家协商决定， 每一层催化剂一般应设计有至少一个可拆卸的催化剂测试部件，并设有吹灰设施和防积灰措施。2.4.6

22、 其它典型有毒有害气态污染物的净化1.含氟废气（参见P789-792） 含氟废气治理可以采用干法和湿法。干法是指采用氧化铝粉吸附的方法。湿法是指用水或碱吸收的方法。湿法工艺除可净化含氟废 气之外，还可以获得氟硅酸盐、冰晶石等有用的副产品。2.含氯、氯化氢废气的净化 一般采用吸收法净化。 （参见P792-793）3. 硝酸尾气 硝酸尾气主要含NO和NO2，可采用吸收法（氧化-吸收法） 或吸附法进行治理。（参见P793-797） 4、挥发性有机化合物 有数百种有机化合物的蒸气可对空气造成污染，称作挥发 性有机废气（VOCs）。 (1) 冷凝法治理挥发性有机化合物（参见P797-798） (2) 吸

23、收法治理挥发性有机化合物（参见P798） (3) 吸附法治理挥发性有机化合物（参见P798-803） 对于低浓度的有回收价值的有机废气，多采用吸附法；吸 附法分为变温吸附和变压吸附。 在常压下，采用较低温度完成吸附，而采用较高的温度完 成脱附的操作方法称为变 温吸附； 在一定温度下，采用较高压力（高压或常压）完成吸附， 而采用较低的压力（常压或负压）完成脱附的操作方法称 为变压吸附。 .变温吸附法净化有机废气的工艺流程目前工业上回收净化有机废气大多数还是采用固定床吸附流程。P800 图3-2-82所示为活性炭吸附有机蒸气的流程。 图3-2-82 活性炭吸附有机蒸气的流程 290变温吸附法净化有

24、机废气的工艺流程 回收气体 （废气排放） 变 压 吸 附 塔 废气排放 工业废气 （溶剂回收）(4) 燃烧法治理挥发性有机化合物 燃烧法净化主要应用的有直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧、吸附浓缩-催化燃烧和蓄热燃烧等工艺。a. 直接燃烧： 废气中可燃组分浓度较高或热值较高，燃烧时放出的热量能维持燃烧，可采用直接燃烧法。b. 热力燃烧： 废气中可燃组分的含量较低，本身不能维持燃烧，需要加入 辅助燃料维持燃烧，称为热力燃烧。c. 蓄热燃烧： 将燃烧时产生的热量蓄积起来，用于加热后续气体，使之达 到燃烧温度，从而达到节能的目的。燃烧装置参见P807。d. 催化燃烧 借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度

25、（250400）条件下，发生无焰燃烧。 催化燃烧的工艺组成 废气预处理 预热装置 预热装置包括废气预热和催化剂燃烧器预热。 催化燃烧装置e. 吸附浓缩-催化燃烧 用于大风量低浓度VOC的处理。先采用吸附工艺将废气中的 VOC吸附浓缩在吸附剂上，再将其脱附下来成为较高浓度的气体，在进行催化燃烧。 (5) 生物法净化有机废气 生物法处理废气是利用微生物的作用，微生物在生长过 程中，以废气中的有机物和无机物作碳源、氮源、硫磷等 ，在完成微生物本身的生长、繁殖的同时，使废气 中的有害成分得到了降解，从而达到废气净化的目的。5、 机动车尾气机动车尾气中的气态污染物都是由于燃料油 （主要是汽油和柴油）蒸发和燃烧过程中产生的，燃烧过程 产生的尾气污染占总污染量的65%80%，其它是曲轴箱、 油箱、化油器等排放的污染物。这些气态污染物包含很多成 分，主要是CO、NOx和碳氢化合物（HC）。 对机