某电厂湿法钙基烟气脱硫工艺流程中吸收塔的设计-课程设计

一、钙基湿法烟气脱硫工艺1.概述能源和环境是当今社会发展的两大主题。中国的资源特点和经济发展水平决定了以煤为主的能源结构将长期存在,国内每年都会消费数亿吨煤。煤所含的杂质硫在燃烧时会排放酸性气体SO2,这种气体在高空为雨雪所溶解而形成酸雨,可导致动植物大量死亡,给生态系统造成很大的破坏,还会严重侵蚀桥梁楼屋、船舶车辆、机电设备等,给经济的发展带来严重影响,并对人类的健康造成危害。自上世纪80年代以来,由于我国经济的飞速发展,SO2排放量也日益增多,据统计,2005年全国SO2排放量为2549万吨。大量SO2的排放,使中国酸雨区迅速扩大,目前已覆盖四川盆地和长江以南、青藏高原以东的广大地区,占国土总面积的1/3,而且每年还以10万km2的速度在递增。因此,控制和减少SO2排放量已是刻不容缓、迫在眉睫了,国家环保总局和国家发改委将采用多项措施加强SO2污染的防治。专家认为消减SO2排放总量是今后中国环保工作的重点,对烟气脱硫是控制SO2污染的主要措施之一。但到目前为止,我国还仅限于燃煤电厂的脱硫(仅有12%装机容量的火电厂建有烟气脱硫装置)。因此开发新型高效、脱硫产物可循环再利用的脱硫技术已是当务之急。目前,二氧化硫污染控制技术颇多,诸如改善能源结构、采用清洁燃料等,而烟气脱硫技术则是控制二氧化硫最有效的手段之一。国内外已开发和研究的脱硫方法有近200种,但真正工业化应用的不过10余种。根据脱硫产物的状态可分为干法和湿法,干法是指无论加入锅炉尾部烟道中的脱硫剂是干态或湿态的,脱硫的最终产物是干态的。干法的优点是烟气中水汽含量少,对风机及其它设备不易造成腐蚀;缺点是设备庞大,投资大,对操作技术要求高,且脱硫效率低。湿法是以水溶液或浆液作脱硫剂,生成的脱硫产物存在于水溶液或浆液中。湿法烟气脱硫工艺是目前世界上应用最广的FGD脱硫效率高等特点。湿法烟气脱硫过程是气液反应,脱硫反应速度快,脱硫效率高,钙利用率高,在钙硫比等于1时,可达到90%以上的脱硫效率。当前已开发的湿法烟气脱硫技术,主要是石灰石/石膏洗涤法,它占整个湿法烟气脱硫技术的36.7%,因此本文拟对其工作原理、化学反应机理、工程流程、主要设备及其在实际应用中易出现的问题进行探讨。2.湿法烟气脱硫的工作原理湿法石灰石/石膏烟气脱硫工艺是以价廉易得的石灰石粉作为吸收剂,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及通入的空气进行化学反应,最终产品为石膏。由于吸收浆液是循环利用,脱硫吸收剂的利用率很高。湿法烟气脱硫装置的核心是吸收塔,它是一个单级的开放式喷淋、一体化吸收二氧化硫的装置。吸收塔分为洗涤区、再循环区和气流区三部分。在洗涤区中二氧化硫和三氧化硫溶解生成亚硫酸和硫酸,此区由四层喷淋层组成,浆液从再循环区通过四个循环泵打至各喷淋层,在喷嘴的作用下浆液被雾化,与逆流而上的原烟气充分接触并吸收烟气中的二氧化硫和三氧化硫,同时溶解并洗涤烟气中的大部分烟尘。吸收塔底部为石灰石浆液的储存底槽,储存浓度为20%的石灰石浆液。底槽四周安装有贴边搅拌器,以保持对底槽浆液的不停搅拌,使新鲜石灰石浆与因吸收了SO2而酸化的洗涤液能良好地混合和反应。同时底槽还布置有很多大口径空气管,空气管出口加在搅拌器叶片加压面上,以产生非常小的气泡,有利于物质交换。因空气泡还能带出液体中的CO2,改善了石灰石粉的溶解条件。在加了空气管的底槽中,进行石灰石溶解、中和、氧化和石膏结晶等过程。该工艺的脱硫效率可达90%,其脱硫系统见图1。3.脱硫机理石灰石/石膏湿法洗涤的化学反应较为复杂,所表现出的反应主要是SO2与CaO或CaCO3作用,生成亚硫酸钙及硫酸钙。石灰石/石膏洗涤脱硫的反应为:SO2的吸收;SO2与水化合成H2SO3;电离出的氧与洗涤液中的CaSO3反应。以CaO为例,主要的反应为:①SO2(g)+H2OH2SO3②Ca(OH)2(aq)+H2SO3(aq)CaSO3(aq)+2H2O③CaSO3(aq)CaSO3(s)④CaSO3(aq)+1/2O2(aq)CaSO4(aq)⑤CaSO4(aq)CaSO4(s)⑥Ca(OH)2(s)Ca(OH)2(aq)Ca(OH)2石灰浆滴与SO2的反应过程较为复杂,许多科研工作者先后进行了这方面的研究工作,Brogren和Kanlesson认为,石灰浆滴与SO2的反应存在2个受控区域:在烟道内SO2浓度低的区域SO2向浆滴的传质主要受气膜控制,而在高浓度区,传质受浆滴内部液相控制。有学者认为,SO2向浆滴表面的扩散过程受气膜控制,而液相一侧并非由液膜来控制,而是由参与反应的离子扩散速度来决定。从反应动力学来看,SO2是溶解度大小为中等的气体,在烟道内温度较高,SO2溶解度很低,气相推动力最大,SO2在气相的扩散不再是整个反应过程的控制速率,液相参与反应的离子扩散成为主导因素。随着反应温度与SO2浓度的逐渐降低,气相推动力减弱,SO2向浆滴表面的扩散速率与液相参与反应离子的扩散速率等共同成为控制反应的因素。当反应温度接近于湿球温度时,SO2浓度达到最小,此时气相推动力也最小。SO2向液相的扩散所受阻力相对于参与反应的离子扩散过程来说处于主导地位,传质阻力为气相传质所控制。在Ca(OH)2石灰浆滴与SO2吸附反应的过程中,O2也参与了反应,其反应过程可描述为:。4.石灰石湿法烟气脱硫装置典型的石灰石湿法脱硫系统从功能上可以分为烟气系统、石灰石浆液制备系统、吸收塔系统、石膏脱水系统、废水处理系统、公用系统和事故浆液排放系统。4.1烟气系统烟气系统通常包括一台单独的增压风机、一台气气换热器和电厂现有烟囱。在增压风机上游和气气换热器再热侧系统出口下游都设有双百叶窗隔离挡板。在现有旁路烟道上亦安装有两个双百叶窗旁路挡板，这些挡板的开度可以随烟气流量的变化进行调节。每个烟气挡板可以配置两台密封风机，以防止烟气泄漏。GGH利用未脱硫的热烟气（一般130℃~150℃）加热已脱硫的洁净烟气（一般46℃~55℃），一般加热到80℃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。在烟气离开吸收塔前，会通过一个两级除雾器，以除去烟囱中携带的细小液滴。沉淀在除雾器上的颗粒不利于烟气流经吸收塔，会影响塔内压降和烟气流向分布。为了防止固体颗粒积聚在除雾器上，需定期对除雾器进行冲洗。除雾器设有冲洗水系统，工艺水从喷嘴喷出冲洗除雾器。4.2石灰石浆液制备系统石灰石料应密切主要其水分含量，进入石灰石粉制备系统磨粉机地入磨物料的表面水分一般小于1%，否则就会严重恶化操作，甚至造成糊磨、堵塞。同时应主要氯化物、氟化物和煤灰等杂质不要混入石灰石料中，以免影响脱硫系统的正常运行和脱硫石膏的品质。石灰石浆液制备时，成品分经仓底的两套叶轮给料机输送到石灰石浆液池，工业水通过水泵和调节阀门注入石灰石浆液池，调节石灰石浆液的密度至1230kg/m3（含固量30%）。在石灰石浆液泵的出口管道设有密度监测点，从而保证30%的石灰石浆液的制备和供应。配置合格的石灰石浆液通过石灰石浆液泵输送到吸收塔下部浆液槽，根据烟气负荷、脱硫塔烟气入口的SO2浓度和PH值来控制喷入吸收塔的浆液量，剩余部分返回浆液池。为了防止结块和堵塞，要使浆液不断流动循环。4.3吸收塔系统吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，要求气液接触面积大，其他的吸收反应良好，压力损失小，并且适用于大容量烟气处理。进入吸收塔的热烟气经过逆向喷淋浆液的冷却、洗涤，烟气中的SO2与浆液进行吸收反应生成亚硫酸氢根（HSO3-）。HSO3-被鼓入的空气氧化为硫酸根（SO42-），SO42-与浆液中的钙离子（Ca2+）反应生成硫酸钙（CaSO4），CaSO4进一步结晶为石膏（CaSO4·2H2O）。同时烟气中的Cl、F和灰尘等大多数杂质也在吸收塔中被去除。含有石膏、灰尘和杂质的吸收剂浆液的一部分被排入石膏脱水系统。吸收塔中装有水冲洗系统，将定期进行冲洗，以防止雾滴中的石膏、灰尘和其他物质堵塞元件。吸收塔主要有喷淋塔、填料塔、液柱塔和鼓泡塔四种类型，将在下一章详细讨论。4.4石膏脱水系统在吸收塔浆液槽中石膏不断产生，为了使浆液密度保持在设定的运行范围内，将石膏浆液（15%~20%固体含量）通过石膏浆液泵打入脱水站。该站包括一个水力旋流器及浆液分配器，在这里将石膏浆液中的水予以脱除，使底流石膏固体含量达到50%。在水力旋流器中，石膏浆液流进一个圆柱箱中，并由此流到敞开的各个旋流子中，在此处根据入口压力的大小，可将石膏输送至旋流器的底流，将滤液送入石膏水力旋流器上部的溢流箱内。底流的石膏被送至真空皮带过滤机进一步脱水至含水小于10%。溢流含3%~5%的细小固体微粒在重力作用下流入滤液箱，最终返回到吸收塔。旋流器的溢流被输送到废水旋流站进一步分离处理。4.5废水处理系统在湿式石灰石/石膏FGD工艺中，由于烟气中氯化物的溶解提高了脱硫吸收液中氯离子的浓度，不可避免地要产生一定量废水。氯离子浓度的增高会引起脱硫率的下降和CaSO4结垢倾向的增大，并对副产品石膏的品质产生影响。FGD装置的废水主要来自石膏脱水系统的旋流器溢流液、真空皮带机的滤液或冲洗水。废水处理的工艺大致分为中和、脱重金属、絮凝、浓缩、澄清、污泥处理几部分。中和是采用Ca(OH)2作为中和剂加入脱硫废水中，一方面可以中和水的酸性，另外还可以脱除F-，并使部分重金属沉淀下来。接下来向废液中加入有机硫化物，进一步脱除重金属离子。絮凝的作用是通过添加絮凝剂去除上工段中过剩的硫化物，加速废水中悬浮物的沉降。絮凝后的废水进入澄清池时进行浓缩分离。浓缩后的污泥一部分经脱水后抛弃，一部分返回中和池或絮凝池，以提高絮凝池的固体含量，加速絮凝过程。澄清池的溢流则进入后处理水箱，用稀盐酸调节PH后排放。4.6公用系统公用系统由工艺水系统、工业水系统、冷却水系统和压缩空气系统等子系统构成，为脱硫系统提供各类用水和控制用气。FGD的工艺水一般来自电厂循环水，并输送至工艺水箱中。工艺水由工艺水泵从工艺水箱输送到各用水点。FGD装置运行时，由于烟气携带、废水排放和石膏携带水而造成水损失。工艺水由除雾器冲洗水泵输送到除雾器，冲洗除雾器，同时为吸收塔提供补充用水，以维持吸收塔内的正常液位。此外，各设备的冲洗、灌注、密封和冷却等用水也采用工艺水。FGD冷却水主要用户有增压风机电机、氧化风机电机、循环浆液泵电机、磨机主轴承、减速器电机，此外，部分冷却水还用于氧化空气增湿冷却。FGD的工业水一般来自电厂补充水，并输送至工业水箱中。4.7事故浆液排放系统浆液排放系统包括事故浆液储罐系统和地坑系统。当FGD装置大修或发生故障需要排空FGD装置内浆液时，塔内浆液由浆液排放泵排至事故浆液箱直至泵入口低液位跳闸，其余浆液依靠重力自流至吸收塔的排放坑，再由地坑泵打入事故浆液储罐。事故浆液储罐用于临时储存吸收塔内的浆液。地坑系统有吸收塔区地坑、石灰石浆液制备系统地坑和石膏脱水地坑，用于储存FGD装置的各类浆液，同时还具有收集、输送或储存设备运行、运行故障、检验、取样、冲洗、清洗过程或渗漏而产生的浆液。主要设备包括搅拌器和浆液泵。二、烟气脱硫工艺主要设备吸收塔1.吸收塔的设计吸收塔是脱硫装置的核心，是利用石灰石和亚硫酸钙来脱去烟气中二氧化硫气体的主要设备，要保证较高的脱硫效率，必须对吸收塔系统进行详细的计算，包括吸收塔的尺寸设计，塔内喷嘴的配置，吸收塔底部搅拌装置的形式的选择、吸收塔材料的选择以及配套结构的选择（包括法兰、人孔等）。吸收塔的选型吸收塔是燃煤烟气湿法脱离装置的核心设备。目前，世界上石灰石/石膏湿法脱硫工艺吸收塔的型式多种多样，在国内外应用较成功的主要有以下4钟，即逆流喷淋塔、填料塔、鼓泡塔、液柱吸收塔四种形式。各种类型吸收塔的类型技术特性对比见于下表。不同类型的吸收塔性能对比项目逆流喷淋塔填料塔鼓泡塔液柱塔原理吸收浆液在吸收塔内经喷嘴喷淋雾化，在于烟气接触过程中，吸收去除SO吸收剂浆液在吸收塔内沿格栅填料表面下流，形成液膜并与烟气接触去除SO吸收剂浆液以液层形式存在，而烟气以气泡形式通过，吸收并去除SO吸收剂浆液由布置在塔内的喷嘴垂直向上喷射，形成液柱并在上部散开落下，在高效的气液接触中，吸收去除SO脱硫效率>95％>95％90％左右>95％运行喷嘴易磨损，堵塞格栅易结垢，堵塞，系统阻力较大系统阻力较大，无喷嘴堵塞问题能有效防止喷嘴堵塞和结垢问题维护喷嘴易损坏，需要定期检修更换经常清洗除垢运行较稳定可靠运行较稳定可靠自控水平高高较高较高由于国内外已有许多大容量机组的商用业绩，已积累了丰富的运行经验，而且，喷淋塔结构简单，易操作，故本设计工艺选择逆流喷淋塔脱硫技术。基础资料处理厂址处全年北(N)风出现频率为20.0%，西北(NW)风出现频率为14.7%，西(W)风出现频率13.1%，南(S)风出现频率6.0%，东北(WE)风出现频率9.6%，东(E)风出现频率8.3%，东南(SE)风出现频率8.0%，西南(SW)风出现频率7.2%，静风出现频率为13.1%。根据资料列出本电厂风向频率表如表所示。表电厂风向频率表风向北风西北风西风南风东北风东风东南风西南风静风频率%20.014.713.16.07.213.1从风向资料中可以看出，北风、西北风和西风频率较高，因此平面布置时应将办公住宿区安排在北方向，烟气污水处理区安排在南方向。4.烟气脱硫吸收塔工艺技术要求电厂有4台70MW的发电机组，占地面积28000m2。电厂所用煤的组成成分：C72.4%；灰分10.5%；S3.5%；H2.5%；水分8.1%；O2.4%，每小时煤的用量95t，采用石灰石——石膏脱硫工艺流程，脱硫率要求为90-95%。根据上述资料，确定烟气量(锅炉燃烧的过剩空气系数取a=1.05-1.25,锅炉每小时用煤90t)、烟气中SO2浓度和每天石灰石（其纯度为90%）的消耗量（设系统钙硫比为1.1-1.3时，脱硫率达到90-95%）；4.1设计输入参数（1）烟气流量的选择及计算煤成分表(取１㎏煤为研究对象)成分CHO水分灰分S含量％摩尔量mol60.339理论需氧量mol60.336.251.09所以理论需氧量为60.33+6.25+1.09－1.5/2=66.92mol/㎏则所需的理论空气量为66.92×（3.78+1）=319.88mol/㎏即319.88×=7.17m/㎏理论条件下烟气组成成分COHOSON摩尔量mol60.3312+4.51.0966.92×3.78理论烟气量为60.33+（12+4.5）+1.09+66.92×3.78=330.88mol/㎏即330.88×=7.41m/㎏设空气过剩系数1.1,则实际烟气量为7.41+7.17×0.1=8.13m/㎏锅炉每小时用煤90t,则烟气产生量V=8.13×1000×90=731700m/h=203.3m/s（2）烟气SO的浓度其中SO的体积为：1.09×22.4/1000=0.024m/㎏烟气中SO的浓度为：0.024/(8.13×1000)=2.95/1000000即(1.09×64/1000)/8.13=8.58/1000㎏/m按照700mg/m的排放标准，则脱硫率至少为（8.58-0.7）/8.58=91.8％，本设计方案取92％烟气中的SO=1.09××90×1000=2197.4m/h=0.6104m/s脱硫率为92％(脱硫率=)，则出口烟气中的SO=2197.4×（1-0.92）=175.80m/h=0.049m/s系统硫钙比为1.02，石灰石纯度为90%(Ca/S=)，则石灰石消耗为（2197.4-175.80）/22.4×100×1.02/1000=9.21t/h石膏产量为（CaCO→CaSO.2HO）19.21×0.9×172/100=14.26t/h（3）石灰石消耗量每天产生SO2的总量为2737.65m3，即2354357mol。设系统钙硫比为1.02，石灰石纯度为90%，则石灰石消耗为：=11125kg/h4.2.工艺设计参数工艺设计参数主要包括液气比，钙硫比，烟风系统阻力等，其中最核心的是液气比和Ca/S。（1）液气比（L/G）在石灰石/石膏湿法FGD工艺中，液气比表示洗涤单位体积饱和烟气(m)的吸收塔循环浆液体积(以升L为单位)，即L/G=×10式中：—循环浆液体积，L;—烟气体积（标态），利用液气比可以确定吸收剂的单位用量。根据烟气中二氧化硫浓度，也可借助液气比调节单位洗涤液的二氧化硫浓度。所以液气比是决定脱硫效率的一个主要参数。湿法脱硫工艺的液气比的选择是关键的因素，对于喷淋塔，液气比范围在8L/m-25L/m之间，根据相关文献资料可知液气比选择12.2L/m是最佳的数值。钙硫摩尔比（Ca/S）定义为每每脱除1mol需加或的摩尔数，即Ca/S=理论计算Ca/S=1，本设计取1.025.喷淋吸收塔主要工艺设计参数烟气流速在保证除雾器对烟气中所携带水滴的去除效率及吸收系统压降允许的条件下，适当提高烟气流速，可加剧烟气和浆液液滴之间的湍流强度，从而增加两者之间的接触面积。同时，较高的烟气流速还可持托下落的液滴，延长其在吸收区的停留时间，从而提高脱硫效率。另外，较高的烟气流速还可适当减少吸收塔和塔内件的几何尺寸，提高吸收塔的性价比。在吸收塔中，烟气流速通常为3～4.5m/s。许多工程实践表明，3.5m/s≤烟气流速(110%过负荷)≤4.2m/s是性价比较高的流速区域。综合考量，本实验设计选择烟气流速取3.6m/s.吸收塔直径吸收塔直径计算公式为：式中Q为烟气体积流量，m3/h；v为烟气流速，m/s；A为烟气过流断面面积，m2。设塔内的操作温度为70℃(343.15)，常温时温度为(293.15)，则此条件下的烟气流量为:Q=203.3×343.15/293.15=237.98m/s则吸收塔直径为：，取9.2m。喷淋塔的高度设计喷淋塔吸收区高度设计方法一：达到一定的吸收目标需要一定的塔高。通常烟气中的二氧化硫浓度比较低。吸收区高度的理论计算式为h=H0×NTU(1)其中：H0为传质单元高度：H0=Gm/(kya)（ka为污染物气相摩尔差推动力的总传质系数，a为塔内单位体积中有效的传质面积。）NTU为传质单元数，近似数值为NTU=(y1-y2)/△ym，即气相总的浓度变化除于平均推动力△ym=（△y1-△y2）/ln(△y1/△y2)(NTU是表征吸收困难程度的量，NTU越大，则达到吸收目标所需要的塔高随之增大。根据（1）可知：h=H0×NTU===9.81×10(2)其中：y1,y2为脱硫塔内烟气进塔出塔气体中SO2组分的摩尔比，kmol(A)/kmol(B),为与喷淋塔进塔和出塔液体平衡的气相浓度，kmol(A)/kmol(B)kya为气相总体积吸收系数，kmol/(m3h﹒kpa)x2，x1为喷淋塔石灰石浆液进出塔时的SO2组分摩尔比，kmol(A)/kmol(B)G气相空塔质量流速，kg/(m2﹒h)W液相空塔质量流速，kg/(m2﹒h)y1×=mx1,y2×=mx2(m为相平衡常数，或称分配系数，无量纲)kYa为气体膜体积吸收系数，kg/(m2﹒h﹒kPa)kLa为液体膜体积吸收系数，kg/(m2﹒h﹒kmol/m3)式（2）中为常数，其数值根据表表温度与值的关系温度/10152025300.00930.01020.01160.01280.0143采用吸收有关知识来进行吸收区高度计算是比较传统的高度计算方法，虽然计算步骤简单明了，但是由于石灰石浆液在有喷淋塔自上而下的流动过程中由于石灰石浓度的减少和亚硫酸钙浓度的不断增加，石灰石浆液的吸收传质系数也在不断变化，如果要算出具体的瞬间数值是不可能的，因此采用这种方法计算难以得到比较精确的数值。以上是传统的计算喷淋塔吸收区高度的方法，此外还有另外一种方法可以计算。方法二：为了更加准确，减少计算的误差，需要将实际的喷淋塔运行状态下的烟气流量考虑在内。而这部分的计算需要用到液气比（L/G）、烟气速度u（m/s）和钙硫摩尔比(Ca/S)的值。本实验设计选取的液气比为12.2L/，烟气流速为3.6m/s,钙硫比为1.02。含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷――平均容积吸收率，以表示。吸收区高度h1一般指烟气进口水平中心线到喷淋层中心线的距离。容积吸收率的定义为：含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔，塔内喷淋浆液将烟气中的SO浓度降低到符合排放标准的程度，将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均计算到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷—平均容积吸收率，以表示。其表达式如下：其中，—平均容积吸收率，kg/（m3QUOTE）；C—标准状态下进口烟气的质量浓度，kg/m3；（本设计为8.81）V—吸收区容积，m3；—给定的二氧化硫吸收率（％）；本设计方案为92％h1—吸收塔内吸收区高度，m；K0—常数，K0=3600v×273/(273+t)其数值取决于烟气流速v(m/s)和操作温度(℃)；由于传质方程可得喷淋塔内单位横截面面积上吸收二氧化硫的量为：其中:G为载气流量(二氧化硫浓度比较低，可以近似看作烟气流量)，kmol/(m2.s)；y1,y2分别为、进塔出塔气体中二氧化硫的摩尔分数（标准状态下的体积分数）；ky单位体积内二氧化硫以气相摩尔差为推动力的总传质系数，kg/(m3﹒s)；a为单位体积内的有效气液传质面积，m2/m3；为平均推动力，即塔底推动力，所以（3）又因为将式子（3）的单位换算成,可以写成（4）吸收塔进口烟气温度设计为110℃，烟气一般被冷却到46～55℃，取烟气出口温度为30℃。喷淋塔的操作温度（110+30）/2=70℃y=0.6104/203.3=0.30％，由已经有的经验，吸收率范围在之间，取；代入（4）式可得6=3600×（64/22.4）×273/(273+70)×3.6×0.0030×0.92/h求得吸收区高度h=13.6m。如果仅从脱硫技术角度考虑，设计时应取低值以求保险；但如果考虑经济因素，低则塔容积增大，会使投资、运行维护费用等增加。在吸收区中，喷嘴布置分为2~6层，喷淋层间距0.8~2m，脱硫率要求低时可减少，低负荷时可停运某一层。本设计方案喷淋层设为4，间距2m。（2）烟气进口高度，出口高度：根据工艺要求，进出口流速（一般为12m/s-30m/s）确定进出口面积，一般希望进气在塔内能够分布均匀，且烟道呈正方形，故高度尺寸取得较小，但宽度不宜过大，否则影响稳定性。其计算公式如下：式中：u—烟气入口气速，一般取14~15m/s；本设计取14m/s；L—烟气进、出口宽度；Q—高温(取110)状态下烟气进口流量为：烟气进出口宽度占塔内径的60%~90%。本设计取入口宽度为内径的90%，出口宽度为内径的70%。则：L入=9.2×0.9=8.28mL出=9.2×0.7=6.44m所以由上面公式得：=285.2÷14÷8.28=2.46m，取2.5m。=285.2÷14÷6.44=3.16m，取3.2。（3）浆液池高度：浆池容量V1的计算表达式如下：式中：L/G—液气比，取12.2L/m3；Q—烟气标准状态湿态容积，m3/，Q=203.3m3/s；t1—浆液停留时间，4~8min，取t1=6min=360s。由上式可得喷淋塔浆液池体积：V1=(L/G)×Q×t1=12.2×203.3×360/1000=892.9m3选取浆液池内径略大于吸收区内径，内径D=QUOTE9.3m。根据V计算浆液池高度：表吸收塔高度参考表项目范围吸收塔入口宽度与直径之比/%60—90入口烟道到第一层喷淋层的距离/m2—3.5喷淋层间距/m1.2—2最顶端喷淋层到除雾器的距离/m1.2—2除雾器高度/m2.0—3.0除雾器到吸收塔出口的距离/m0.5—1吸收塔出口宽度与直径之比/%60—100（4）除雾区高度：除雾区分为2层，本设计高度确定为3.0m，即=3.0m。（5）烟道入口到第一层喷淋层的距离=2~3.5m；本设计取3.0m。（6）烟气进口底部至浆液面的距离：一般定为0.8~1.2m为宜，本设计方案取1.1m。（7）最顶层喷淋层到除雾器的距离=1.2~2m；本设计取1.5m。（8）除雾器到吸收塔出口的距离=0.5~1m；本设计取0.7m。因此喷淋塔最终的高度为：H=m表喷淋塔设计参数吸收塔各部分尺寸/m直径D9.2吸收区高度13.6烟气进口高度2.5烟气出口高度3.2浆液池高度13.2除雾区高度3.0烟道入口到第一层喷淋层的距离3.0烟气进口底部至浆液面的距离1.1最顶层喷淋层到除雾器的距离1.5除雾器到吸收塔出口的距离0.7喷淋塔的最终高度37.2三、总平面图设计1.一般规定脱硫装置的总体设计应符合下列要求：①工艺流程合理，烟道短捷；②交通运输便捷；③方便施工，有利于维护检修；④合理利用地形、地质条件；⑤充分利用厂内公用设施；⑥节约用地，工程量小，运行费用低；⑦符合环境保护、劳动安全和工业卫生要求。技改工程应避免拆迁运行机组的生产建（构）筑物和地下管线。当不能避免时，应采取合理的过渡措施。吸收剂卸料及贮存场所宜布置在对环境影响较小的区域。2.总平面布置吸收塔宜布置在烟囱附近，浆液循环泵应紧邻吸收塔布置。吸收剂制备及脱硫副产品处理场地宜在吸收塔附近集中布置，或结合工艺流程和场地条件因地制宜布置。脱硫装置与主体工程不能同步建设而需要预留脱硫场地时，宜预留在紧邻锅炉引风机后部烟道及烟囱的外侧区域。场地大小应根据将来可能采用的脱硫工艺方案确定。在预留场地上不应布置不便拆迁的设施。事故浆池或事故浆液箱的位置应考虑多套装置共用的方便。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。紧邻废水处理间的卸酸、卸碱场地应选择在避开人流的偏僻地带。石膏仓或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。石膏仓下面的净空高度应确保拟采用的石膏运输车辆能够通畅。脱硫场地的标高应不受洪水危害。脱硫装置若在主厂房区环形道路内，防洪标准与主厂房区相同；若在主厂房区环形道路外，防洪标准与其他场地相同。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，并与其他相邻区域的场地高程相协调，有利于交通联系、场地排水和减少土石方工程量。新建电厂，脱硫场地的平整及土石方平衡应由主体工程统一考虑。技改工程，脱硫场地应力求土石方自身平衡。场地平整坡度视地形、地质条件确定，一般为0.5～2.0%；困难地段不小于0.3%，但最大坡度不宜大于3.0%。建筑物室内、外地坪高差应符合下列要求：①有车辆出入的建筑物室内、外地坪高差，一般为0.15～0.30m；②无车辆出入的室内、外高差可大于0.30m；③易燃、可燃、易爆、腐蚀性液体贮存区地坪宜低于周围道路标高。(10)当开挖工程量较大时，可采用阶梯布置方式，但台阶高差不宜超过5m，并设台阶间的连接踏步。挡土墙高度3m及以上时，墙顶应设安全护栏。同一套脱硫装置宜布置在同一台阶场地上。卸腐蚀性液体的场地宜设在较低处，且地坪应做防腐蚀处理。(11)脱硫场地的排水方式应与主体工程相统一。3.交通运输脱硫岛内道路的设计，应保证脱硫岛的物料运输便捷，消防通道畅通，检修方便，并满足场地排水的要求。并符合GBJ22的要求。吸收剂运输应考虑防潮、防洒落和防扬尘等措施。脱硫岛内的道路应与厂内道路形成路网。并根据生产、生活、消防和检修的需要设置行车道路、消防车通道和人行道。物料装卸区域停车位路段纵坡宜为平坡，当布置困难时，坡度不宜大于1.5%，应设足够的汽车会车、回转场地，并按行车路面要求进行硬化处理。脱硫岛内装置密集区域的道路宜采用混凝土块铺砌等硬化方式处理，以便于检修及清扫。进厂吸收剂应设有计量装置和取样装置，也可与电厂主体工程共用。4.综合管线布置脱硫设备的管线综合布置应与主体工程协调一致，主要管架和沟道、电缆桥架宜集中布置，并留有足够的管线走廊。浆液管道布置应考虑坡度，不出现低洼弯点。在寒冷地区，应考虑电伴热或蒸汽伴热等防冻措施。管架、管线和沟道宜沿道路布置，地下管线和沟道一般宜敷设在道路行车部分之外，当确需沿道路下敷设或与道路交叉时，应根据实际情况采取加固等防护措施。架空管道在跨越道路时应符合HJ/T179-2005和DL5000的规定。四、配套设施设计计算1.增压风机的选型根据实际需要，增压风机的位置选在进入GGH之前，一方面可以防止防腐不过关的问题，一方面可以大大降低初期投资。增压风机的选型，根据需要可以选择离心风机、静叶可调轴流式风机(静调风机)和动叶可调轴流式风机(动调风机)。离心风机由于存在体积大、占地面积大及检修吊起困难等弊端，在烟气脱硫工程中较少被采用，增压风机一般选择轴流风机。由于静调风机有结构简单、转速较低、可靠性较高、初投资和维修费用低等优点，同时考虑到本设计中电厂的发电功率不算很大，风机负荷不算重，不需要用动调风机，故选用静调风机，配2台。2.烟气换热器的选型GGH的作用是降低进入吸收塔原烟气的温度，使其适合脱硫反应的最佳温度；提高净烟气温度，避免烟气进入烟囱后发生低温腐蚀并利于排烟。烟气换热器有回转式、管式换热器2种。针对该工程实际情况，考虑到占地面积尽量小、辅助设备尽量少、设备投资及运行维护费用尽量少、运行可靠性能尽量高、操作尽量简易等因素，采用1台回转式换热器作为该脱硫工程的烟气换热器。3.浆液循环泵的选型吸收塔再循环泵安装在吸收塔旁，用于吸收塔内石膏浆液的再循环，采用单流和单级卧式离心泵。由于吸收塔循环液是固液双相流介质，这种高速流动且成分复杂的介质对循环泵的用材提出了苛刻的要求。浆液循环泵过流部件耐蚀、耐磨性能是决定泵使用寿命的重要指标。合金泵具有结构简单、运行可靠、寿命长、维修量小的特点，故选用合金泵作为本设计的浆液循环泵。浆液再循环系统采用单元制，每个喷淋层配一台浆液循环泵，共5台。浆液循环量由液气比和烟气流量共同决定。本设计中由于液气比=12.2L/m3，烟气量为203.3m3/s，因此浆液循环量为每台浆液循环泵的循环量为2232.2m3/h，取为3000m3/h。4.氧化风机的选型亚硫酸钙和亚硫酸氰盐的氧化分为两个部分，一是吸收塔内烟气中氧气进入浆液液滴的自然氧化，二是空气通过曝气管网进入浆液池的强制氧化。氧化风机设在氧化风机房内，其作用是为吸收塔浆池中的浆液提供充足的氧化空气。风机主要有3类：离心风机、轴流风机和罗茨风机。由于罗茨风机为高压恒流风机，风压最高可达150KPa，且适合恒流量负载的情况，因此选用罗茨风机。考虑空气富裕量，氧化所需的氧气量等于SO2的产生量，即0.6104m3/s,取空气湿度为0.0116所以鼓风风量为选用2台RT-300的罗茨风机，转速为1086rpm，功率37.00kw，一台备用。5.氧化吸收池搅拌机的选型在吸收塔底部，石灰石浆液经过脱硫过程之后，变成了CaSO3和，此时为了使氧化风机鼓入的空气能够充分地和CaSO3和接触，以便充分氧化，需要CaSO3和的混合溶液内部颗粒分布均匀，在这种情况下，需要使用搅拌器来使溶液悬浮颗粒均匀混合，同时增大和空气接触的面积。在吸收塔浆液池的下部，沿塔径向布置四台侧进式搅拌器，其作用是使浆液的固体维持在悬浮状态，同时分散氧化空气。搅拌器安装有轴承罩、主轴、搅拌叶片、机械密封。搅拌器叶片安装在吸收塔降池内，与水平线约为10度倾角、与中心线约为-7度倾角。采用低速搅拌器，有效防止浆液沉降。搅拌桨型式为三叶螺旋桨，轴的密封形式为机械密封。吸收塔搅拌器的搅拌叶片和主轴的材质为合金钢。在运行时严禁触摸传动部件及拆下保护罩。向吸收塔加注浆液时，搅拌器必须不停地运行。6.石灰石浆液制备系统石灰石块（粒度<20mm）经电厂自备汽车运输卸入卸料斗，再经挡边带式输送机送入石灰石贮仓。石灰石块通过安装在贮仓下部的皮带称重给料机，将一定量的石灰石送入湿式球磨机的磨头，并与水混和进入湿式球磨机研磨，研磨后的半成品从磨尾出来流入石灰石浆液循环池，石灰石浆液循环池上的石灰石浆液循环泵将石灰石浆液打入石灰石浆液旋流站，石灰石浆液经旋流后，合格的石灰石浆液溢流进入石灰石浆液箱，不合格的石灰石浆液返回湿式球磨机的除尘设备磨头重新研磨。石灰石浆液循环池、石灰石浆液箱上安装有搅拌器，以防浆液沉淀。石灰石浆液箱中的浆液再经调浆，达设计要求1250kg/m3(含固量30％)。这样制成的石灰石浆液用石灰石浆液泵打到吸收塔，根据烟气负荷、脱硫塔烟气入口的SO2浓度和pH值来控制喷入吸收塔的浆液量，剩余部分返回制浆。为了防止结块和堵塞,要使浆液不断地流动循环。已计算石灰石消耗为（2197.4-175.80）/22.4×100×1.02/1000=9.21t/h由以上计算知每天所需的石灰石量为221.04t/d，根据浆液密度1250kg/m3(含固量30％)，可以计算出所需浆液量为选用2台流量40m3/h，扬程20m的润神GMZ系列石灰石浆液泵，一台备用。五、存在的问题及解决方法1.烟气降温问题大多数含硫烟气温度为120~185℃或更高,而吸收操作则要求在较低温度下(60℃左右)进行,因而在进行吸收之前要对烟气进行预冷却,将其冷却到60℃左右。常用冷却烟气的方法有:应用热交换器间接冷却;直接喷淋冷却;用预洗涤塔除尘增湿降温等。这些都是较好的方法,也是目前使用较广泛的方法。2.结垢和堵塞问题在湿法烟气脱硫中,设备常常发生结垢和堵塞。造成这种现象的原因有三个:①因溶解或料浆中水分蒸发,导致固体沉积;②Ca(OH)2或CaCO3沉积或结晶析出,造成结垢;③CaSO3或CaSO4从溶液中结晶析出,石膏晶体沉淀在设备表面并生长成为结垢。在操作中出现的人为因素也是要重视的,如没有严格按操作规程,加入过量的钙质脱硫剂,引起洗涤液pH值过高,促进了CO2的吸收,生成过多的CaCO3、CaSO4等沉淀物质;含尘多的烟气没经严格除尘就进入吸收塔脱硫。目前常见的防止结垢堵塞的方法有:①在工艺操作上,控制吸收液中水分蒸发速度和蒸发量。②适当控制料浆的pH值。因为随pH值的降低CaSO3溶解度明显增大,就越不易造成结垢。但若pH值低,溶液中有较多的CaSO3,易使石灰石粒子表面钝化而抑制了吸收反应的进行,并且过低还易腐蚀设备。所以浆液的pH值应控制适当,一般采用石灰石浆液时,pH值控制为5.8~6.2。③溶液中易于结晶的物质不能过饱和,保持溶液有一定的晶种。可以在吸收液中加入CaSO4·2H2O或CaSO3晶种来控制吸收液过饱和并提供足够的沉积表面,使溶解盐优先沉淀在上面,减少固体物向设备表面的沉积和增长。④对于难溶的钙质吸收剂要采用较小的浓度和较大的液气比。如石灰石浆液的浓度一般控制小于15%。⑤严格除尘,控制烟气中的烟尘量。⑥设备结构要作特殊设计,尽量满足吸收塔持液量大、气液相间相对速度高、有较大的气液接触面积、内部构件少、压力降小等条件。另外,还要选择表面光滑、不易腐蚀的材料制作吸收设备,在吸收塔的选型方面也应注意,如流动床洗涤塔就比固定填充洗涤塔不易结垢和堵塞。⑦使用添加剂也是防止设备结垢的有效方法,目前常用的添加剂有CaCl2、Mg(OH)2、已二酸等。另一种结垢原因是烟气中的O2将CaSO3氧化成为CaSO4(石膏),并使石膏过饱和。这种现象主要发生在自然氧化的湿法系统中。其控制措施是通过强制氧化和抑制氧化的调节手段,既能将全部CaSO3氧化成为CaSO4,又能使其在非饱和状态下形成结晶,达到控制结垢的目的。3.废水的处理碱液吸收烟气中的SO2后,主要生成含有烟尘、硫酸盐、亚硫酸盐等的呈胶体悬浮状态的废渣液,其pH值低于5.7,呈弱酸性;所以,这类废水必须经过适当处理,达标后才能排放,否则会造成二次污染。废水的合理处理应该是能回收和综合利用废水中的硫酸盐类,使废物资源化。如日本和德国由于石膏资源缺乏,所以在湿法石灰石/石膏法烟气脱硫中,成功地将废水中的硫酸盐类转化为石膏;也有将废水中的硫酸盐类转化成高浓度高纯度的液体SO2,作为生产硫酸的原料。现在,国内外电厂对石灰石/石膏法的脱硫废水主要以化学处理为主,先将废水在缓冲池中经空气氧化,使低价金属离子氧化成高价(使金属离子更易于沉淀去除),然后进入中和池中;在中和池中加入碱性物质石灰乳,使金属离子。但是,还有一些金属如Fe、Cr、Ni等的氢氧化物为两性化合物,随着pH值的升高,其溶解度反而增大,因而中和后的废水通常要再用硫化物进行沉淀处理,使废水中的金属离子更有效去除。废水经反应池形成金属硫化物后进入絮凝池,加入一定的混凝剂使细小的沉淀物絮凝沉淀;然后将混凝后的废水进入沉淀池进行固液分离。分离出来的污泥一部分送到污泥处理系统,进行污泥脱水处理;另一部分则回流到中和池,提供絮凝的结晶核。沉淀池出水的pH值较高,需进行处理达标后才能排放。金属离子在中和池中形成氢氧化物沉淀,除去部分金属离子。但是,还有一些金属如Fe、Cr、Ni等的氢氧化物为两性化合物,随着pH值的升高,其溶解度反而增大,因而中和后的废水通常要再用硫化物进行沉淀处理,使废水中的金属离子更有效地去除。废水经反应池形成金属硫化物后进入絮凝池,加入一定的混凝剂使细小的沉淀物絮凝沉淀;然后将混凝后的废水进入沉淀池进行固液分离。分离出来的污泥一部分送到污泥处理系统,进行污泥脱水处理;另一部分则回流到中和池,提供絮凝的结晶核。沉淀池出水的pH值较高,需进行处理达标后才能排放。六、课程设计心得体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关大气污染控制脱硫技术，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和不足。实践出真知，通过亲自动手，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

刚开始设计时确实有点让人头疼，题目中给出的参考资料很少有关于湿法钙基烟气脱硫方面的技术。皇天不负有心人，经过我们的细心搜索终于找到了与我们计算有关的公式，以及设计参数选取的依据。就这样，我们计算着探索，探索着计算，终于完成了艰难的计算过程。在画图的过程中也遇到了不少困难，应该选取什么样的设备，装置如何布置，以及管道的布置都要进行精心设计。

过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于迎刃而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，顺利迈向成功的大门。

课程设计是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门成长课，让我在学习的过程中不断成长，让我变得沉着，遇事不再着急，应该冷静思考解决问题的方法。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。七、参考文献[1]郝吉明,马广大.大气污染控制工程.[2]吴忠标.大气污染控制工程.[3]魏先勋等.环境工程设计手册(修订版).[4]刘天齐.三废处理工程技术手册(废气卷).[5]周玲.干燥技术与设备基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发HYPERLINK"/detail.htm?