30t-h燃煤锅炉烟气脫硫设计方案

30t/h燃煤锅炉烟气脫硫设计方案院系：环境科学与工程学院专业：环境工程姓名：学号：指导老师：目录1.概况12.设计依据12.1技术标准及依据12.2设计参数及设计范围12.3排放标准及设计目标22.3.1排放标准依据22.3.2排放标准确定22.3.3总量控制指标达标42.3.4最终设计目标63.污染源强分析63.1污染物浓度的计算63.2烟气中SO2的浓度计算93.3烟气SO2排放量的计算103.4SO2地面最大浓度计算103.5烟尘浓度计算及除尘器的选择114.工艺比选114.1脱硫工艺114.2常用工艺比较114.3工艺选择134.4吸收设备的选择134.5钠钙双碱法工艺反应原理144.5.1脱硫机理144.5.2旋流板塔吸收器脱硫除尘原理154.6脱硫系统工艺流程154.7工艺组成164.7.1脱硫剂制备系统164.7.2烟气系统164.7.3SO2吸收系统164.7.4脱硫液循环系统与脱硫渣处理系统184.7.5电气控制系统185.工艺技术参数设计195.1脱硫剂制备系统195.1.1脱硫剂的选择195.1.2脱硫剂的消耗量195.1.3脱硫剂液箱容量与设计195.1.4脱硫粉仓容量与设计205.1.5石灰浆液泵205.1.6阀门、管道及管件205.2烟气系统205.2.1增压风机205.2.2烟气加热设计215.2.3烟道215.2.4烟气挡板215.2.5防腐225.3SO2吸收系统225.3.1塔径及底面积计算225.3.2脱硫塔高度计算225.3.3循环泵的计算235.3.4除雾器的计算245.3.5喷嘴的计算255.4再生系统276.通用工程设计287.材料设备一览表298.工程造价概算319.经济和效益分析329.1运行费用分析329.2节省费用分析339.3环境和社会效益分析339.4主要经济技术指标3410.三废处理处置3410.1灰渣的处置3410.2污水的处置3510.3噪音的控制3510.3.1隔声3510.3.2吸声3510.3.3消声器3511.工程内容及施工计划35参考文献36附件37附图1双碱法烟气脱硫工艺流程图37附图2吸收塔系统37附图3石灰制备系统38附图4烟气系统图38附图5事故浆液系统39附图6吸收塔平面图39.概况现拟在中山市黄埔镇新建一火电厂，需为其30吨的锅炉进行烟气脱硫设计，其中燃煤的含硫量1.1%，锅炉热效率为75%，空气过剩系数为1.2。为保护自然环境，根据有关环保法规（广东省火电厂大气污染物排放标准（DB44612-2009））的要求，并结合中小型锅炉烟气脱硫工艺选择的“技术成熟、经济合理、工程可行”三统一原则，该厂拟采用氧化镁脱硫工艺。（即设计要求：30吨锅炉、煤的含硫量1.1%，锅炉热效率=75%，空气过剩系数为1.2）2.设计依据2.1技术标准及依据1）《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）2）广东省《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2010）3）广东省《大气污染物排放限值》（DB44/27-2001）4)《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》（HJ462－2009）5）《大气污染防治手册》6）三废处理工程技术手册废气卷7）锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）8）工业水处理设备手册9）环境空气质量标准（GB3095-1996）及其2000修改单10）广东省地方标准《环境噪声自动监测技术规范》（DB44T753-2010）2.2设计参数及设计范围(1)根据技术标准与排放标准，确定设计参数及设计范围。锅炉型号：30T/h锅炉一台烟气排放量：19000m3/h燃料种类：无烟煤（湖南金竹山）炉内温度：900℃煤消耗量：2.237152t/h燃烧方式:沸腾燃烧锅炉排烟温度：155℃电除尘器出口烟气温度：140℃烟气湿度:1000℃烟气压力：2.45MPa烟气含氧量：60.2605mol/kg（燃煤）工作时间:7000h/年目前SO2排放浓度：1353mg/mN3含硫率：1.1%锅炉热效率：75%空气过剩系数：1.2(2)拟用双碱法，据《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》（HJ462－2009），故有:液气比（G/L）为2钙硫比（Ca/S）为1.1净化效率η不小于95%使用寿命15年可用率为95%2.3排放标准及设计目标2.3.1排放标准依据（1）广东省地方标准《锅炉大气污染物排放标准》（DB44765-2010）（2）锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）（3）《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）；（4）广东省《大气污染物排放限值》（DB44/27-2001）（5）环境空气质量标准GB3095-1996及其2000修改单（6）工业炉窑大气污染物排放标准GB9078-1996（7）广东省地方标准《环境噪声自动监测技术规范》（DB44T753-2010）2.3.2排放标准确定废气排放执行广东省《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2010），详见表2-1和表2-2。表2-1锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度限值锅炉类别适用区域烟尘排放浓度限值（mg/m3）烟气黑度（林格曼黑度，级）在用锅炉执行日期新建、扩建、改建锅炉执行日期2010年11月1日2013年1月1日2010年11月1日2010年11月1日燃煤锅炉≥7MW(10t/h)锅炉A12080a80801.0B10080a10080a<7MW(10t/h)锅炉全部区域15080a12080a12080a表2-2锅炉二氧化硫最高允许排放浓度单位：mg/m3锅炉类别适用区域在用锅炉执行日期新建、扩建、改建锅炉执行日期2010年11月1日2013年1月1日2010年11月1日燃煤锅炉≥7MW(10t/h)锅炉A450300300B600400400<7MW(10t/h)锅炉A500400400B650500500按照标准，中山市属于A区，50t锅炉的烟尘浓度应小于80mg/m3，SO2浓度小于300mg/m3为保证电厂周围居民区空气质量，同时执行《环境空气质量标（GB3095—1996）的二级标准，详见表2-3。表2-3环境空气质量标准（GB3095—1996）污染物名称取值时间浓度限值（mg/m3）二级标准SO2年平均0.06日平均0.151小时平均0.50根据广东省《锅炉大气污染物排放标准》DB44765-2010排放标准，2010年11月1日后实施的项目属于新建项目，燃煤锅炉30t/h约为21MW(10t/h)，属于≥7MW(10t/h)锅炉类别，且中山市属A类区域，50t锅炉的烟尘浓度应小于80mg/m3，其二氧化硫最高允许排放浓度限值为300mg/m3，且排放烟气黑度小于林格曼黑度1级。2.3.3总量控制指标达标（1）SO2排放总量根据广东省《大气污染物排放限值》（DB44/27-2001），本项目位于环境规划的二类区，执行二级标准；属于第二时段的建设项目（2002.1.1后），详见表2-4。表2-4广东省二氧化硫最高允许排放速率污染物最高允许排放浓度（mg/m3）最高允许排放速率（kg/h）排气筒高度（m）二级二氧化硫550（硫、二氧化硫、硫酸和其他含硫化学物使用）152.1203.630124021503260457064808490110100140依据广东省《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2010）中规定了燃煤锅炉的烟囱最低允许浓度，详见表2-5。表2-5燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度锅炉房装机总容量(D)MWD＜0.70.7≤D＜1.41.4≤D＜2.82.8≤D＜77≤D＜1414≤D≤28t/hD＜11≤D＜22≤D＜44≤D＜1010≤D＜2020≤D≤40烟囱最低允许高度m20253035404535t/h属于20-40这个区间，烟囱最低允许高度为45m，本设计中取60m，查表2-4知此时二氧化硫最高允许排放速率为45kg/h。由此计算二氧化硫总量标准：=最高允许排放速率×锅炉运行时间=45×7000kg/年=315t/年（2）烟尘排放总量根据广东省《大气污染物排放限值》（DB44/27-2001），本项目位于环境规划的二类区，执行二级标准；属于第二时段的建设项目（2002.1.1后），详见表2-6。表2-6广东省颗粒物最高允许排放速率污染物最高允许排放浓度（mg/m3）最高允许排放速率（kg/h）排气筒高度（m）二级颗粒物120（其他）152.9204.83019403250496070由上已知烟囱高度取60m，由此计算烟尘总量标准：=最高允许排放速率×锅炉运行时间=70×7000kg/年=490t/年2.3.4最终设计目标选取浓度指标和总量控制指标中较严的一个作为最终的设计目标。总量标准=排放浓度×烟气量×锅炉运行时间，可算出：315t/年时的SO2排放浓度=315×1000×1000/(19000×7000)=2.368g/m3=2368mg/m3>300mg/m3490t/年时的烟尘排放浓度=490×1000×1000/(19000×7000)=3.684g/m3=3684mg/m3>80mg/m3因而最终的设计目标按照排放浓度指标进行设计，即：1）标准状态下烟尘浓度排放浓度：≤80mg/m3；2）标准状态下SO2排放浓度：≤300mg/m3；3）排放烟气黑度小于林格曼黑度1级3.污染源强分析3.1污染物浓度的计算含硫率为1.1%，结合地形便捷条件，故选择湖南金竹山无烟煤最佳，其煤质分析如表3-1。表3-1煤质分析结果煤种产地应用基水分w(War)/%干燥基灰分w（Ad）/%干燥无灰基元素分析应用基低位发热量Qdw/(kJ·kg-1)干燥无灰基挥发分w（Vdaf）/%空气干燥基水分w（Wad）/%碳w（Cdaf）/%氢w（Hdaf）/%氧w（Odaf）/%氮w（Ndaf）/%硫w（Sdaf）/%无烟煤湖南金竹山7.524.00.91.1221900.72.0干燥基灰分占煤的质量分数：（1-7.5%）×24%=22.2%干燥无灰基元素占煤的总质量分数：（1-7.5%）×（1-24%）=70.3%以1kg燃煤为基础，则：成分质量/g物质的量/mol理论需氧量/molC649.57254.13154.131H25.30812.654（分子）6.327O14.060.879-0.4395N6.3270.226（分子）S7.7330.2420.242H2O754.17灰分222（1）理论需氧量为（54.131+6.327-0.4395+0.242）mol/kg=60.2605mol/kg（燃煤）假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg燃煤完全燃烧所需要的理论空气量为：60.2605×（1+3.78）mol/kg=288.0452mol/kg（燃煤）即标况下（燃煤）（2）理论烟气量（按照标准状况换算体积，下同）理论上烟气的组成为CO254.131mol/kg；H2O12.654+4.17=16.824mol/kg；N260.2605×3.78+0.226=228.01mol/kg、SO20.242mol/kg、222g/kg灰分。故理论干烟气量为：（54.131+228.01+0.242）mol/kg=282.383mol/kg（燃煤）（燃煤）理论湿烟气量为：（282.383+16.824）mol/kg=299.207mol/kg（燃煤）（燃煤）（3）实际烟气量空气过剩系数为1.2，可求：实际干烟气量Vfg=理论干烟气量+理论空气量×（空气过剩系数-1）=（燃煤）实际湿烟气量Vfg=理论湿烟气量+理论空气量×（空气过剩系数-1）=（燃煤）4)锅炉燃煤量：B=D(i2-i1)式中：D：锅炉每小时的产汽量（kg／h）；Q低：煤的低位发热量（kcal/kg）η：锅炉的热效率（%）；i2：锅炉在某工作压力下的饱和蒸汽热焓（kcal/kg）；1.25MPa时为1400.4kJ/kgi1：锅炉给水热焓（kcal/kg），一般给水温度取20℃，则i1=84.80kJ/kg，则B=30×1000×(1400.4-84.80)22190×75%6）SO2产污系数及其质量流量二氧化硫产污系数：GSO2=2×1000×SY×P式中：SY-燃煤应用基含硫量，%P-燃煤中硫的转化率（煤粉炉一般取0.9），%GSO2=2×1000×SY×P=2×1000×（70.3×1.1%）×0.9=1391.94kg/t脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量可根据下面公式估算：M式中：M(SO2)——脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量，t/hK——染料燃烧中硫的转化率（煤粉炉一般取0.9）Bg——锅炉最大连续工况负荷时的燃煤量，t/hq4——锅炉机械未完全燃烧的热损失，%Sar——燃料的收到基硫分，%所以：MSO2=2×0.9×2.37×=24.742kg/h7）标准状态下的总干烟气量：7.6154×2371.52=18060.07mN3/h取18100mN3/h标准状态下的总湿烟气量：7.9924×2371.52=18954.14mN3/h取设计烟气量为19000mN3/h。3.2烟气中SO2的浓度计算烟气中SO2的实测浓度为：24.742×1000/19000=1.302g/mN3根据广东省《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2010）的相关规定，需将实测浓度折算，具体规定见表3-2表3-2锅炉大气污染物的过量空气折算系数（DB44/765-2010）锅炉类型折算项目过量空气折算系数α燃煤锅炉烟尘初始排放浓度1.7烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度1.8锅炉大气污染物过量空气系数折算排放浓度按下式计算：C=C'×C——折算后的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，g/mN3C'——实测的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，g/MN3α'——实测的过量空气系数α——规定的过量空气系数已知a=1.2，燃煤锅炉的过量空气折算系数a=1.8所以折算后烟气中SO2的浓度c=1.302×1.2/1.8=0.868g/mN3=868mg/mN33.3烟气SO2排放量的计算欲使二氧化硫达到广东省《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2010）的最高为300mg/m3的标准，则其净化率应达到η=(868-300)/868=65.44%令η=80%符合《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》（HJ462－2009）对于65t/h以下工业锅炉脱硫装置的设计脱硫效率不宜小于80%的标准。则每小时去除SO2的量为：868×19000×10-6×80%=13.194kg/h出口烟气中SO2的排放量为：868×19000×10-6×(1-0.80)=3.298kg/h=3298mg/s3.4SO2地面最大浓度计算取烟囱出口处平均风速u为5.0m/s；烟囱出口处烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5倍，故取烟囱出口流速v为9.0m/s；取∂z∂y为0.5;烟气出口处烟流温度Ts为155℃；烟囱高度取60m;烟囱出口内径D为2m。根据霍兰德（Holland）公式得烟气抬升高度：∆H=VsDu(1.5+2.7Ts-TaTs总高度H=60+11.53=71.53m地面最大浓度ρmax=2Q∂z脱硫结果满足广东省《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2010），亦满足《环境空气质量标准》的二级标准，即小于居民区大气中SO2最高允许的日平均浓度0.15mg/m3，脱硫效果良好。3.5烟尘浓度计算及除尘器的选择由元素分析已知干燥基灰分占煤的质量分数为22.2%，燃煤量为2371.52Kg/h,取烟尘的排放因子为80%，由上知标准状态下的总湿烟气量19000mN3/h，标准状态下烟尘浓度排放浓度应≤80mg/m3。则灰分质量浓度为2371.52×1000×22.2%×80%/19000=2217mg/mN3除尘器的除尘效率需要达到[（2217-80）/2217]×100%=96.4%由于电除尘器对细粉尘有很高的去除率，而且具有能耗低、压力损失小等优点，因此选择电除尘器。4.工艺比选4.1脱硫工艺目前，脱硫工艺基本可分为三类：湿法、干法和半干法。湿法脱硫主要包括石灰石-石膏法、海水法、氢氧化镁法和氨吸收法等；干法脱硫包括炉内喷钙尾部烟气增湿活化脱硫法、电子束法和荷电干粉法等；半干法包括喷雾干燥法、增湿灰循环脱硫、循环流化床脱硫法等。其工艺对比分析如下表4-14.2常用工艺比较由下表4-1可以看出，相对于半干法和干法脱硫工艺，湿法脱硫工艺具有脱硫效率高、工艺成熟、可靠性高等优点，因此优先选择湿法脱硫工艺。但是，湿法脱硫工艺中，石灰石/石灰法占地面积大、投资大、运行费用高，不适合小型燃煤锅炉；海水法对地理位置要求要高，一般只适用于沿海地区，而且由于海水的碱度有限，通常适用于燃用低硫煤（<1%）的电厂或锅炉的脱硫。综合以上分析，本次设计的待选方案主要有：钠法、双碱法、氧化镁法和氨法。表4-1常用烟气脱硫工艺综合评价脱硫工艺湿法半干法干法石灰石/石灰法钠法双碱法氧化镁氨法海水法喷雾干燥法炉内喷钙循环流化床等离子体脱硫效率/﹪90~9890~9890~9890~9890~9870~9070~8560~7560~90≧90脱硫剂CaCO3/CaONaOHNaCO3NaOHNa2CO3CaOMgONH3海水CaOCaOCaONH3脱硫剂获得容易容易容易因地区而异，广东没有大型镁矿一般因地区而异，沿海地区容易较易较易一般容易可靠性高高高高一般高一般一般高高结垢易结垢不结垢不结垢不结垢不结垢不结垢易结垢易结垢易结垢不结垢堵塞堵塞不堵塞不堵塞不堵塞不堵塞不堵塞堵塞堵塞堵塞不堵塞占地面积大小中小大中中中中中运行费用高很高一般高高低一般一般一般一般投资大小较小大大较小较小小小大4.3工艺选择钠法由于脱硫剂较贵，因而运行费用高；氧化镁法的脱硫剂氧化镁不仅价格较贵，而且广东地区镁源不足，造成运行成本高昂；氨法存在氨泄漏问题，容易造成二次污染，而且脱硫剂价格高，因而在中小型锅炉中应用不多；相对于以上三种工艺，双碱法消耗的脱硫剂主要是价廉的石灰。吸收液中的钠碱通过再生，大部分可循环回用，减少了运行费用，具有投资少、占地面积较小、运行费用低等优点，符合中小型锅炉烟气脱硫工艺选择的“技术成熟、经济合理、工程可行’”三统一原则，因此本方案采用双碱法脱硫工艺。4.4吸收设备的选择SO2吸收净化过程，处理的是低浓度SO2烟气，烟气量相当可观，要求瞬间内连续不断地高效净化烟气，脱硫吸收器的选择原则，主要是看其液气接触条件、设备阻力以及吸收液循环量，因此选用气相为连续相、湍流程度高、相界面较大的吸收塔作为脱硫塔比较合适。通常，喷淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸收塔等能满足这些要求。常见吸收塔的性能比较详见表4－2：表4-2常见吸收塔性能比较吸收器类型持液量逆流接触防堵性能操作弹性设备阻力除尘性能喷淋塔低是中较好低差填料塔高是差较好中中湍球塔中是好中中较好筛板塔中是中中中较好文丘里低否较好差高好旋流板塔高是好好低好表4-2吸收设备中，喷淋塔液气比高，水消耗量大；筛板塔阻力较大，防堵性能差；填料塔防堵性能差，易结垢、黏结、堵塞，阻力也较大；湍球塔气液接触面积虽然较大，但易结垢堵塞，阻力较大；文丘里阻力大。相比之下，旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点，适用于快速吸收过程，且除尘脱硫效率高。因此，选用旋流板塔脱硫除尘器。4.5钠钙双碱法工艺反应原理4.5.1脱硫机理该法使用Na2CO3或NaOH液吸收烟气中的SO2，生成HSO32-、SO32-与SO42-，反应方程式如下：一、脱硫过程Na2CO3SO2Na2SO3CO2（1）2NaOHSO2Na2SO3H2O（2）Na2SO3SO2H2O2NaHSO3（3）其中：式（1）为启动阶段Na2CO3溶液吸收SO2的反应；式（2）为再生液pH值较高时（高于9时），溶液吸收SO2的主反应；式（3）为溶液pH值较低（5~9）时的主反应。二、氧化过程(副反应)Na2SO3O2Na2SO4（4）NaHSO3O2NaHSO4（5）三、再生过程2NaHSO3Ca(OH)2CaSO3NaOHH2O（6）Na2SO3CaOH2NaOHCaSO3（7）式（6）为第一步反应再生反应，式（7）为再生至pH＞9以后继续发生的主反应。本工程选择钠钙双碱法为脱硫工艺，以石灰作为主脱硫剂，钠碱为助脱硫剂。由于在吸收过程中以钠碱为吸收液，脱硫系统不会出现结垢等问题，运行安全可靠。且由于钠碱吸收液和二氧化硫反应的速率比钙碱快很多，能在较小的液气比条件下，达到较高的二氧化硫脱除率。4.5.2旋流板塔吸收器脱硫除尘原理来自锅炉的含尘烟气首先进入文丘里管，进行初级喷雾降尘脱硫处理，而后以15～22m/s的流速切向进入旋流板塔，在塔板叶片的导向作用下旋转上升。逐板下流的液体在塔板上被烟气喷成雾滴状，使气液间有很大的接触面积。液滴在气流的带动下旋转，产生的离心力强化气液间的接触，最后被甩到塔壁上，沿壁下流，经过溢流装置流到下一层塔板上，再次被气流雾化而进行气液接触。由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2等酸性气体被碱性液体吸收的效果好；旋流板塔同时具有很好的除尘性能，气体中的尘粒在旋流塔板上被水雾粘附，并受离心力作用甩到塔壁而除去，从而具有较高的除尘除雾效率。对于烟气中那些微细尘粒，在通过一级塔板后不可能全部被捕集，还有一定数量的尘粒逸出，当其通过多层塔板后，微细尘粒凝聚，质量不断增大后被捕集、分离，从而达到最佳除尘效果。4.6脱硫系统工艺流程图4-3脱硫系统的工艺流程图4.7工艺组成4.7.1脱硫剂制备系统脱硫剂制备系统主要包括：石灰消化池、钠碱罐、搅拌器及相应的阀门、管道及管件等。由成品石灰（粒径小于10mm（90％）的粉状石灰）运至厂里后手工加入石灰消化池进行消化，消化后的石灰浆液自流至再生池中进行脱硫液再生反应。 钠碱由运输车给料至钠碱池，在池中与工艺水进行混合直至达到所需的浓度，自流到再生池。4.7.2烟气系统热烟气自锅炉出来后进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度，烟气中的SO2等污染物被脱硫液吸收。经过喷淋洗涤后的饱和烟气，经除雾器除去水雾后，通过烟道经引风机进入烟囱排空。从锅炉出口至脱硫塔进口段的连接烟道采用A3钢制作，并根据需要设置膨胀节。4.7.3SO2吸收系统在吸收塔内，脱硫液中的氢氧化钠与从烟气中捕获的SO2、SO3等发生化学反应，生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等物质。脱硫后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴后排出吸收塔。SO2吸收系统主要由脱硫主塔、连接烟道（副塔）、喷淋层、组合式除雾器、预埋件及外部钢结构、冲洗系统组成。(1)脱硫塔脱硫塔是系统的核心，采用旋流板塔作为吸收塔，旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点，适用于快速吸收过程，且除尘脱硫效率高。脱硫塔的材质是本脱硫硫工程能否长期稳定运行的关键，按照要求，脱硫塔体材质采用麻石制作。按国家相应的规范执行。吸收塔采用空塔喷淋结构（根据脱硫率的需要设置2层高效雾化喷淋层）。吸收塔选用的麻石，能承受烟气飞灰和脱硫工艺固体悬浮物的磨损。所有部件包括塔体和内部结构设计均考虑防腐要求。吸收塔设计能防止液体泄漏。塔体上的人孔、通道、连接管道等在壳体穿孔的地方进行密封，防止泄漏。吸收塔壳体设计能承受各种荷载，包括吸收塔及作用在吸收塔上的设备和管道的自重、介质重、保温重，以及风载、雪载、地震荷载等。吸收塔底面能完全排空浆液。塔的整体设计方便塔内部件的检修和维护，吸收塔内部的导流板、喷淋系统和支撑等不易堆积污物和结垢。吸收塔烟道入口段的设计考虑防止烟气倒流和固体物堆积。吸收塔配备足够数量和大小合适的人孔门，在附近设置走道和平台。喷淋系统的设计能合理分布要求的喷淋量,使烟气流向均匀，并确保吸收浆液与烟气充分接触和反应。所有喷咀能避免快速磨损、结垢和堵塞。喷咀的磨损寿命至少为2年。喷咀与管道的设计便于检修，冲洗和更换，可实现不停炉检修。(2)连接烟道连接烟道（副塔）是指从脱硫塔主塔出口至风机进口段。连接烟道采用碳钢。其要求按国家相应的规范执行。(3)喷淋层在本脱硫系统中，为了达到良好的吸收效果，吸收塔设计成逆流式喷淋塔，设置2层的喷淋层，每层喷淋层由若干个高效雾化实心喷嘴组成，而每个喷嘴自成体系统，可单独开启与关闭并可调节其喷液量。吸收液由喷嘴喷出，喷嘴均匀布置塔内横截面上，喷射出来的成实心锥型的浆液可以覆盖整个横截面，在满足吸收SO2所需的比表面积的同时，该技术把喷淋造成的压力损失减少到最小。传质吸收时间为2-3秒。(4)组合式除雾装置平板折流式除雾器，两级四通道，确保除雾效果。(5)冲洗系统由于本脱硫工艺采用双碱法工艺，理论上除雾器、喷头及管道不存在结垢问题，但实际运行过程中除雾器、脱硫塔底部及部分管道均有沉积物与结垢现象的存在，故本工程在这些地方均设有冲洗装置，冲洗水为工艺用水。可以定期冲洗除雾器、脱硫塔底部等部位因长期运行中可能产生的死角结灰，解决了除雾器无需停炉清灰的问题。4.7.4脱硫液循环系统与脱硫渣处理系统泵前池的脱硫液通过循环水泵泵送到脱硫塔内与烟气接触反应后，从脱硫装置底部排出，排出的含有CaSO4、CaSO3及少量粉尘渣（大部分烟尘在原除尘器中除去）的混合渣浆液体进入再生池、沉淀池，与从石灰浆液池过来的石灰浆液发生再生反应，并进行脱硫副产物的沉淀，上清液流经泵前池，经沉淀后的池底渣浆由人工清出，滤液返流回泵前池，由循环水泵抽送到脱硫装置进行脱硫循环利用。4.7.5电气控制系统（1）供电方式系统内的动力设备为分散式布置，均为三相电源供电，厂内民用动力和民用照明为单路三相电源供电分配使用，设计处理系统供电采用放射式供电方式，优点是安全可靠。（2）接地系统处理系统低压配电系统接地接零保护采用TN--C--S系统，所有电气设备金属外壳均需可靠接地和接零，民用动力、照明接地接零保护采用TT系统。（3）低压配电位置的确定设计要求低压配电位置尽可能靠近负荷中心，由于区内大功率用电设备主要为循环泵、渣浆泵等，其它动力及照明负荷较小，故在泵房内设一电控室，安装电源总柜、动力柜和仪表柜等。（4）动力设备起动和控制方式所有动力设备均设有欠压、短路和过载保护，电源总柜设过流保护。民用动力和民用照明设有短路、过载和漏电保护。动力电缆采用铠装电缆沿电缆沟暗敷设，无电缆沟地方软电缆和信号电缆均采用穿钢管埋地暗敷设，电缆沟支架均可靠接地，形成接地网。对脱硫系统及其辅助系统进行启/停控制、正常运行的监视和调整以及异常与事故工况的报警。工艺系统和仪表、控制设备的设计、供货能够满足上述要求。本系统供电电源均采用380V，50HZ交流电源。5.工艺技术参数设计5.1脱硫剂制备系统5.1.1脱硫剂的选择为保证脱硫石膏的综合利用及减少废水排放量，用于脱硫的生石灰的纯度宜高于90%，浆液细度应至少保证200目90%的过筛率；碳酸钠选用市场上纯度最高的。5.1.2脱硫剂的消耗量（1）生石灰消耗量：钙硫比（Ca/S）为1.1；脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量M(SO2)为24.742kg/h；生石灰中CaO的含量为90%，所以，生石灰的质量流量为m（生石灰）=1.1x24.742/64x56/90%=26.46kg/h（2）钠碱消耗量：Na2CO3只是一种启动碱，启动实际上消耗的是石灰，理论上不消耗纯碱，但是在吸收液循环吸收过程中蒸发被烟气带走、被脱硫渣带走及部分排放，因而有少量损耗，故需在脱硫液池内补充少量纯碱。按照0.05mol（Na2CO3）/mol(SO2)补充量，则m（钠碱）26.4664×0.05×106=3.05kg/h(以100%Na2CO35.1.3脱硫剂液箱容量与设计(1)石灰消化池本设计采用化灰池搅拌器，得含固率为15%的石灰浆液，其密度为1.2t/m3，熟石灰的质量流量为26.46÷56×78=36.86kg/h。按照《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》（HJ462－2009），脱硫剂浆液贮罐的容量宜不小于设计工况下2h的浆液消耗量，所以，熟石灰浆液箱容量为 V浆液箱=36.8615%×1.2×1000所以设计V浆液箱为0.5m3。尺寸：直径φ=0.85m，高度h=0.86m。采用钢砼结构，化灰用水为工艺用水。(2)钠碱溶解池钠碱溶解池的有效容积取1.5m3。尺寸：直径φ=1.23m，高度h=1.24m。5.1.4脱硫粉仓容量与设计(1)石灰粉仓考虑市场运输情况和运输条件，按HJ462－2009规定，粉料仓的设计容积应不少于2d的脱硫剂消耗量，故生石灰粉仓容量取值为2d的石灰耗量。生石灰密度为1.1t/m3，所以，生石灰粉仓容量为V粉仓=26.46×24×2÷1100=1.2m3所以设计V粉仓为1.5m3尺寸：长1.1m×宽1.1m×高1.24m（2）钠碱粉仓考虑市场运输情况和运输条件，按HJ462－2009规定，粉料仓的设计容积应不少于2d的脱硫剂消耗量，故钠碱粉仓容量取值为2d的钠碱耗量。钠碱密度为2.5t/m3，所以，生石灰粉仓容量为V粉仓=10.2×24×2÷2500=0.19m3所以设计V粉仓为0.2m3尺寸：长0.5m×宽0.5m×高0.8m5.1.5石灰浆液泵吸收塔设置两台石灰供浆泵，一台运行，一台备用。浆液输送管道选用衬塑管道。浆液管道上阀门采用蝶阀。5.1.6阀门、管道及管件阀门、管道及管件均采用SUS304材质。5.2烟气系统5.2.1增压风机30t/h锅炉相当于24.5MW机组容量，参考HJ/T179-2005经验，机组容量在300MW以下，脱硫增压风机可选用高效离心风机，增压风机的风量为满负荷工况下烟气量的110%，增压风机的压头为脱硫装置在满负荷工况下并考虑10℃温度裕量下阻力的120%。所以增压风机的风量为Q=19000×110%=20900m3/h正常状态下，烟气动过烟气管道、进口挡板、脱硫塔喷淋层、除雾板、烟气管道、出口挡板，整个系统压降为△P=△P管道+△P挡板+△P喷淋+△P除雾，其中△P管道约为210Pa△P挡板约为2×5=10Pa△P喷淋约为85Pa△P除雾约为15Pa所以△P=210+10+85+15=320Pa，材料选取应为耐热合金钢。表5-1增压风机参数名称风量压降材料增压风机20900m3/h320耐热合金5.2.2烟气加热设计旁路加热：在下游侧的烟道中，将部分未处理的温度约130-150℃的原烟气与洗涤后的低温净烟气混合，达到加热的目的。经过烟气换热器后的烟气温度不低于80℃，其漏风率<1%。5.2.3烟道玻璃鳞片树脂涂层5.2.4烟气挡板选用双百叶窗形式脱硫挡板门，一般压损要小于50Pa，密封效果达到99.5%以上。5.2.5防腐为使得脱硫装置能正常长时间有效安全运行，对必要的部位装置必须进行防腐处理，如下表5-2所示。表5-2FGD系统各部位防腐材料部位防腐材料烟气管道玻璃鳞片树脂脱硫塔玻璃鳞片树脂浆液管道塑料除雾器塑料喷嘴碳化硅5.3SO2吸收系统5.3.1塔径及底面积计算塔内流速：设v=2m/sQ=νS=νπr2r=Q D=2r=1.92m,取整，即塔径为2米底面积S=πr2=2.9m2得塔内流速ν=2.0m/s假设较为准确5.3.2脱硫塔高度计算液气比取L/G=2.1，烟气中水气含量设为4%①循环水泵流量：Q=LG×Q×HG1000(L/M②塔底浆液区的高度：塔底浆液区取泵5min的流量，则H1=（42.13÷60×5）÷3.8=0.924m③计算洗涤反应区高度：停留时间取2.5秒，则洗涤反应区高度H2=2.0×2.5=5.0m反应区为二级喷淋，层间距2.2m④除雾区高度取3.0米，所以，H3=3.0m第一级除雾器距离最上一层喷淋层距离为1m第二级除雾器距离第一级除雾器1m第二级除雾器上端留有1.0m的间隙⑤进气口烟气管道直径进气口烟气流速不超过15m/s管道直径：D=2×取管道直径D管道为0.8m所以管道烟气流速为13.4m/s⑥脱硫塔总高度：H=H1+H2+H3+D管道=0.924+5+3.0+0.8=9.7m5.3.3循环泵的计算一共分为2层喷淋层，一层喷淋为单向向下喷淋，第二喷淋为上下双向喷淋。设循环泵扬程分别为H1、H2；流量分别为Q1、Q2。根据规定，循环泵扬程裕量为2bar。泵1：Q1=42.13m3/h×1/3=14m3/hH1=0.8m+0.924m+5m+2bar=26.7m泵2：Q2=42.13m3/h*2/3=28m3/hH2=0.8m+0.924m+（5-2.2）m+2bar=24.5m为了防止管网因水锤现象出现事故，最大设计流速不应超过2.5-3m/s，最低流速不低于0.6m/s，设定流速为2.5m/s，循环泵1连接管径D所以取泵连接的管径为50mm，流速为2.30m/s，符合要求。D所以取泵连接的管径为70mm，流速为2.35m/s，符合要求。泵吸入口配备了滤网，以便泵及系统的堵塞表5-3循环泵参数循环泵扬程/m流量/(m3/h)管道连接/mm泵125.816.350泵224.132.5705.3.4除雾器的计算（1）除雾效率：在正常运行工况下，除雾器出口烟气中的雾滴浓度低于75mgN/m3；（2）压降：不考虑除雾器前后的干扰，保证在100%烟气负荷下，整个除雾器系统的压降低于15Pa。（3）耐高温：80--95℃。（4）耐压：保证承受冲洗水压为0.3MPa时，叶片能正常工作。（5）冲洗喷嘴：为全锥形喷嘴，冲洗水喷射角度为90—120度，喷射实心圆锥，能够保证叶片全部被覆盖。为了减少烟气通过除雾器后的携带水量，冲洗水的压力一般要求200kPa（2bar）以上,冲洗强度在40L/(m2·min)左右,所以喷淋量Q=40x60x3.8/1000=9.1m3/h清水泵的扬程H=H高度+2bar设清水泵扬程分别为H3、H4；流量分别为Q3、Q4。清水泵1：Q3=9.1m3/hX0.5=4.55m3/hH3=0.8m+1.1m+4.4m+1.0+2bar=27.3m清水泵2：Q4=9.1m3/h×1/2=4.55m3/hH4=0.8m+1.1m+4.4m+2.0m+2bar=28.3m流量V=7.68m3/h为了防止管网因水锤现象出现事故，最大设计流速不应超过2.5-3m/s，最低流速不低于0.6m/s，设定流速为2.5m/s，清水泵的连接管径D=2×所以取泵连接的管径为30mm，流速为1.79m/s，符合要求。5-4清水泵参数清水泵扬程/m流量/(m3/h)管道连接/mm泵127.34.5530泵228.34.55305.3.5喷嘴的计算本设计选取雾化角为90°的碳化硅喷嘴。单个喷头在喷嘴下1m处的喷淋面积A1=3.14×(1×tan45°)2=3.14m2（1）喷淋层的喷嘴喷淋层所选用的覆盖率为：300%单层喷淋层所需喷头数量N=300%取整，N1=4喷淋层数：逆流喷淋层2层，顺流喷淋层1层，一共3层。喷淋头总数：4×3=12单个喷淋头流量L（2）除雾器的喷嘴除雾层所选用的覆盖率为：180%单层喷淋层所需喷头数量N=180%取整，N2=3喷淋层数：一共2层逆流喷淋层。喷淋头总数：3×2=6单个喷淋头流量L表5-5喷嘴参数区域单个喷嘴喷淋量（m3/h）单层喷嘴数量（个）喷嘴总量（个）喷淋层4.1412除雾层1.436表5-6吸收塔计算表区域名称布置高度/m泵扬程/m泵流量喷淋规格管道m³/h管径总高9.3除雾区（180%覆盖率）第一级除雾距离塔顶1.0m7.3-8.328.34.55逆向喷淋，3个喷嘴，单个喷嘴1.5m³/h30mm距离第二级除雾1.0m第二级除雾距离最上层喷淋1.0m6.3-7.327.34.55逆向喷淋，3个喷嘴，单个喷嘴1.5m³/h30mm反应区（300%覆盖率）第一层喷淋各层相差2.2m4.1-6.325.816.3逆向喷淋，4个喷嘴，单个喷嘴4.1m3/h，50mm第二层喷淋1.9-逆向+顺向喷淋，8个喷嘴，单个喷嘴4.1m³/h70mm烟气管道烟气进口风速13.4m/s1.1-1.90.8m塔底储蓄浆液区5min储量0-1.15.4再生系统(1)循环泵选用防腐耐磨性能优良的高分子量衬塑泵，型号为：250FXB-Z-500-37流量：40m³/h，扬程：35m，功率：10kw数量为：2台（一用一备）。泵吸入口配备了滤网，以便泵及系统的堵塞。(2)搅拌器设置两台搅拌器(功率为10kw)，其为全金属结构，接触被搅拌流体的搅拌器部件，选用适应被搅拌流体特性的材料，并具有耐磨损和腐蚀的性能。循环浆池搅拌器的设计和布置考虑了氧化空气的最佳分布。(3)循环池采用现浇整体钢砼结构有效容积：3.0立方米。地下布置，设计标高0.600m。分成三个区，氧化区、再生区及循环区。(4)沉淀池采用现浇整体钢砼结构有效容积：4.0立方米。地下布置，设计标高0.600m。(5)再生池采用现浇整体钢砼结构有效容积：3.0立方米。地下布置，设计标高0.600m。配有搅拌器。6.通用工程设计脱硫系统的状态影响着最终的脱硫效率，也关乎着能污染物排放能否达标。我们怎需要利用在线监测，时刻监测脱硫系统运行状态，包括pH值，烟气温度，阻力损失，处理效率等数据值，更重要的是排放烟气的分析，具体分析方法如表6所示。最终，所有的数据统一到电脑上，经过与标准值进行比较，利用计算机的调控，使脱硫系统在最优的环境下运行。表6-1大气污染物分析方法序号分析项目大气污染物分析方法1烟尘GB/T16157重量法2烟气黑度林格曼黑度图法《空气和废气监测分析方法》光电测烟仪法《空气和废气监测分析方法》3二氧化硫HJ/T56碘量法HJ/T57定电位电解法自动滴定碘量法《空气和废气监测分析方法》非分散红外吸收法《空气和废气监测分析方法》电导率法《空气和废气监测分析方法》4氮氧化物HJ/T42紫外分光光度法HJ/T43盐酸萘乙二胺分光光度法定电位电解法《空气和废气监测分析方法》非分散红外吸收法《空气和废气监测分析方法》7.材料设备一览表序号名称规格（型号）单位数量备注一、脱硫剂制备系统101石灰给料机150mm×250mm材料为碳钢台1102皮带输送机Q=1t/h，v=1m/s，台1L=150mm，B=30mm，物料（进口/出口）数量=2/1个103提升机斗提式，Q=2t/h，v=1.3m/s，台1L=230mm，B=30mm，物料（进口/出口）数量=1/1个104石灰粉仓容积为5.4m3；尺寸：长1.7m座1×宽1.7m×高1.9m；材料为碳钢105石灰消化池搅拌器拆叶式5kw套1106化灰浆池￠1.25×1.28m个1钢混107钠碱池￠1.56×1.57m个1钢混108工艺水箱容积为10m3；个1材料为碳钢，内涂漆109工艺水泵离心式；Q=20m3/h，台1+1一用一备p（进口/出口）=（0/600）kPa；材料为铸铁110阀门、管道与管件若干二、烟气系统201增压风机离心式；风量：24200m³/h；压台1降：320Pa；材料为耐热合金钢202烟气-烟气再热器装置回转式；φ=1.2m；电动机组5kw台1203烟气挡板双百叶窗式个3序号名称规格（型号）单位数量备注三、SO2吸收系统301脱硫主塔（包括塔底浆液池）直径×高度=φ2.2m×9.3m座1烟气量24200m³/h；烟气流速1.76m/s；液气比=2.1L/m³；钙硫比=1.1；壳体材料为碳钢，内衬玻璃鳞片树脂302塔底浆液池直径×高度=φ2.2m×1.1m；个1壳体材料为碳钢，内衬玻璃鳞片树脂303塔底浆液池搅拌器电动机功率5kw；台2叶片、轴材料为耐热耐腐合金钢304除雾器材料为聚丙烯级2305喷嘴单个喷淋量4.1m3/h，材料为碳化硅个12喷淋层单个喷淋量1.4m3/h，材料为碳化硅个6除雾层306浆液循环泵型号：200UHB-Z-U-210-35离心式；Q=16.3m3/h；扬程25.9m；壳体、叶轮材料为不锈钢台1三用一备型号：250UHB-Z-U-410-30离心式；Q=32.5m3/h；扬程24.1m；壳体、叶轮材料为不锈钢台2+1307除雾清水泵型号：IS型的80-50-200离心式；Q=4.55m3/h；扬程28.3m台2+1两用一备308阀门、管道与管件若干四、事故处理系统401事故浆液箱直径×高度=φ2.2m×1.1m；个1壳体材料为碳钢，内衬玻璃鳞片树脂402事故浆液箱搅拌器电动机功率5kw；叶片、轴材料为耐磨耐腐合金钢台2403事故浆液箱排放泵离心式；Q=5m³/h，壳体、叶轮材料为不锈钢，电动机功率为2kw台18．工程造价概算序号项目估算价格（万）1浆液制备系统0.82吸收系统2003烟气系统254排放系统105热工自控系统406勘测费0.57设计费78工程技术服务费16.79其他费用25万总计为320万元9．经济和效益分析9.1运行费用分析以下为设计烟气脱硫装置运行7000小时/年所需基本费用，燃煤含硫量以1.5％计算。各项消耗计算公式如下：（1）电耗费用运行额定功率×70％×7000小时×0.86元/kwh＝20×70％×7000×0.86＝8.43万元（2）水耗费用循环水量×7000小时×3％×3.46元/m3＝27×7000×3％×3.46＝1.96万元（3）脱硫剂费用CaO费用=CaO消耗量×7000小时×300元/吨=0.1236×7000×300=25.96万元Na2CO3费用=Na2CO3消耗量×7000小时×1500元/吨=0.0102×7000×1500=10.71万（4）人工费表9-1人工费计算表人员人数工资（元/人）操作人员41100技术人员31500检修人员21200共计913.56万元/年(5)运行费用概算表9-2运行费用概算表项目单价年成本/(万元/年)电耗0.86元/kwh8.43水耗3.46元/m31.96脱硫剂CaO300元/吨25.96Na2CO31500元/吨10.71人工1.5万元/人13.56总计60.629.2节省费用分析为了保持工艺先进性及竞争力，在开发中努力保证运行质量和可靠性的前提下使工艺经济合理。系统采用闭路循环，采用低液气比，电耗减小，FGD装置的电耗通常小于电厂发电量的1.5%。FGD系统的自动化水平高，减少了操作人员，通常每班为3人。年增收节支：国务院2003年1月2日颁布的《排污费征收使用管理条例》把污染收费从原来的0.2Kg/元提高到现在的0.632Kg/元。现在和以后的排污费以632元/吨计算，每年排污费节省632元/吨×110.2吨＝6.96万元9.3环境和社会效益分析项目实施后，能降低项目实施地区SO2对大气