[石灰石石膏湿法脱硫工艺课程设计] 石灰石石膏湿法脱硫

成绩 XXXXX大学 课 程 设 计 说 明 书（论 文） 题 目 2x300MW石灰石/石膏湿法脱硫工艺 课 程 名 称 脱硫脱硝技术课程设计 院（系、部、中心） 专 业 环境工程 班 级 学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 指 导 教 师 设计起止时间：
年 月 日至 年 月 日 目录 一．前言 2 二．工艺介绍 2 三、工艺设计步骤 3 3.1、烟气参数、煤质资料、吸收剂成份、脱硫效率；

3 3.1.1已知参数：
3 3.1.2设计条件：
4 3.1.3设计内容：
4 3.1.4煤质参数 5 3.2、系统流程的确定；

6 四．设计计算 8 4.1.原始数据 8 4.2燃料灰渣计算 12 4.3 FGD进口烟气量的计算 13 4.4石灰石与石膏耗量 18 4.5除尘器出口飞灰浓度 19 五．烟温和水平衡计算（有GGH计算结果示例） 19 5.1、原烟气（增压风机前） 19 5.2、原烟气（增压风机后） 19 5.3、GGH原烟气出口 20 5.4、吸收塔出口 20 5.5、GGH净烟气出口 21 5.6、氧化空气流量 21 5.7、蒸发水量 22 5.8、脱硫反应热 22 5.9、吸收塔内放热 22 5.10、水蒸气蒸发吸热 23 5.11、余热比率 23 5.12、水平衡 23 5.13、石灰石用量(25~35%) 24 5.14、副产物的生成量(15~25%) 24 5.15、主要设备 25 5.15.1、吸收塔 25 5.15.2、氧化槽 25 5.16、设计参数汇总(有GGH) 25 六．主要参考文献 26 七．总结和心得 26 2×300MW石灰石/石膏湿法脱硫工艺参数设 计（有GGH） 一．前言 我国的能源构成以煤炭为主，其消费量占一次能源总消费量的70%左右，这种局面在今后相当长的时间内不会改变。火电厂以煤作为主要燃料进行发电，煤直接燃烧开释出大量SO2，造成大气环境污染，且随着装机容量的递增，SO2的排放量也在不断增加，加大火电厂SO2的控制力度就显得非常紧迫和必要。SO2的控制途径有三个：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫即烟气脱硫（FGD），目前烟气脱硫被以为是控制SO2最行之有效的途径。目前国内外的烟气脱硫方法种类繁多，主要分为干法（或半干法）和湿法两大类。湿法脱硫工艺绝大多数采用碱性浆液或溶液作为吸收剂，技术比较成熟，是目前使用最广泛的脱硫技术，根据吸收剂种类的不同又可分为石灰石/石膏法（钙法）、氨法、海水法等。其中钙法因其成熟的工艺技术，在世界脱硫市场上占有的份额超过80%。

截至2011年底，我国脱硫装机超过6亿千瓦，其中85%以上为湿法烟气脱硫，多存系统稳定性差，脱硫效率波动较大等问题。火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011将执行200mg/m3的SO2排放浓度限值，且新建脱硫装置将不允许设置旁路，对脱硫装置性能与可靠性要求极高。

二．工艺介绍 本课程设计采用的工艺为石灰石-石膏湿法全烟气脱硫工艺，吸收塔采用单回路喷淋塔工艺，含有氧化空气管道的浆池布置在吸收塔底部，氧化空气空压机（1用1备）安装独立风机房内，用以向吸收塔浆池提供足够的氧气和/或空气，以便亚硫酸钙进一步氧化成硫酸钙，形成石膏。

塔内上部烟气区设置四层喷淋。4台吸收塔离心式循环浆泵（3运1备）每个泵对应于各自的一层喷淋层。塔内喷淋层采用FRP管，浆液循环管道采用法兰联结的碳钢衬胶管。喷嘴采用耐磨性能极佳的进口产品。吸收塔循环泵将净化浆液输送到喷嘴，通过喷嘴将浆液细密地喷淋到烟气区。从锅炉来的100%原烟气中所含的SO2通过石灰石浆液的吸收在吸收塔内进行脱硫反应，生成的亚硫酸钙悬浮颗粒通过强制氧化在吸收塔浆池中生成石膏颗粒。其他同样有害的物质如飞灰、SO3、HCI和HF大部分含量也得到去除。吸收塔内置两级除雾器，烟气在含液滴量低于100mg/Nm3（干态）。除雾器的冲洗由程序控制，冲洗方式为脉冲式。

石膏浆液通过石膏排出泵（1用1备）从吸收塔浆液池抽出，输送至至石膏浆液缓冲箱，经过石膏旋流站一级脱水后的底流石膏浆液其含水率约为50%左右，直接送至真空皮带过滤机进行过滤脱水。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。石膏被脱水后含水量降到10%以下。在第二级脱水系统中还对石膏滤饼进行冲洗以去除氯化物，保证成品石膏中氯化物含量低于100ppm，以保证生成石膏板或用作生产水泥填加料（掺合物）优质原料（石膏处理系统共用）。

三、工艺设计步骤 3.1、烟气参数、煤质资料、吸收剂成份、脱硫效率；

3.1.1已知参数：
（1） 设计煤质（详细数据见指导书）。

（2） 哈尔滨锅炉有限公司HG-1060/17.5-HM35型号锅炉（详细数据见指导书）。

（3） 环境温度20℃，空气中的水质量含量1%。

（4） 石灰石品质：CaCO3含量98.2%，SiO2含量1.1%，CaO含量54.5%，MgO含量0.65%，S含量0.025%。

（5） 电除尘器除尘效率99.7%。

（6） 除尘器漏风系数3%。

（7） 增压风机漏风系数1%。

（8） GGH漏风系数1%。

3.1.2设计条件：
（1） 除尘器出口烟气温度138℃。

（2） 脱硫效率95%。

（3） 氧化倍率2。

（4） Ca/S摩尔比1.03。

（5） 烟气流速3.5m/s。

（6） 雾化区停留时间2.5s。

（7） 液气比14L/m3。

（8） 停留时间5s。

（9） GGH净烟气侧出口温度80℃。

3.1.3设计内容：
（1） 燃料灰渣计算。

（2） FGD系统烟气量计算。

（3） 石灰石与石膏耗量计算。

（4） 除尘器出口飞灰计算。

（5） 设计计算（氧化风量、蒸发水量、脱硫反应热、吸收塔内放热、水蒸发吸收、水平衡、石灰石用量、石膏产量、吸收塔尺寸、氧化槽尺寸核算等）。

（6） 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。

（7） 吸收塔工艺流程图，并在图上标注系统主要烟气流量与SO2浓度参数。

（8） 绘制吸收塔塔体结构尺寸图。

3.1.4煤质参数 工业与元素分析 单位 煤种1 Cy % 49.9 Hy % 3 Oy % 5.57 Ny % 0.86 Sy % 0.59 AY % 31.58 Wy % 8.5 Vr % 17.86 QyDW kJ/kg 18870 3.2、系统流程的确定；

图1 石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺流程图 图2 吸收塔结构尺寸图 四．设计计算 4.1.原始数据 序　号 项目 符　号 单　位 煤种 （1）煤质资料 1 应用基碳份 Cy % 49.9 2 应用基氢份 Hy % 3 3 应用基氧份 Oy % 5.57 4 应用基氮份 Ny % 0.86 5 应用基硫份 Sy % 0.59 6 应用基灰份 AY % 31.58 7 应用基水份 Wy % 8.5 8 低位发热量 QyDW kJ/kg 18870 （2）锅炉型号及参数 1 锅炉型号 　 　 SG220/9.8-M671 2 锅炉制造厂 　 　 哈尔滨锅炉有限公司 3 蒸发量 Dgr t/h 1060 4 过热蒸汽温度 tgr ℃ 540 5 过热蒸汽压力 pgr Mpa 17.50 6 过热蒸汽焓 igr kJ/kg 3395.3 7 再热蒸汽流量（出口/进口） Dzr t/h 879 8 再热蒸汽温度（出口） t"zr ℃ 540 9 再热蒸汽温度（进口） t"zr ℃ 332 10 再热蒸汽压力（出口） p"zr Mpa 3.975 11 再热蒸汽压力（进口） p"zr Mpa 3.775 12 再热蒸汽焓（出口） i"zr kJ/kg 3538.73 13 再热蒸汽焓（进口） i"zr kJ/kg 3147.76 14 汽包压力 p Mpa 19.00 15 排污率 αps / 0.01 16 排污水焓 ips kJ/kg 1749.5 17 给水温度 tgs ℃ 282 18 给水压力 pgs Mpa 19.392 19 给水焓 igs kJ/kg 1333.60 20 锅炉效率（高位发热量计） ηgl / 0.8314 21 锅炉效率（低位发热量计） ηdl / 0.9247 22 机械未完全燃烧损失 q4 % 1.00 23 炉膛过剩空气系数 αl / 1.15 24 空预器出口过剩空气系数 αky / 1.20 25 空预器进口过剩空气系数 αky / 1.33 25 灰渣分配比例 Φh % 85 （3）环境参数 1 环境温度 t0 ℃ 20 2 标态下SO2密度 kg/Nm3 2.856 3 空气中的水质量含量 % 1 4 空气密度 kg/m3 1.29 （4）石灰石品质资料（石灰石矿点） 1 CaCO3含量 　 % 98.2 2 SiO2含量 　 % 1.1 3 CaO含量 　 % 54.5 4 MgO含量 　 % 0.65 5 S含量 　 % 0.025 （5）电除尘器资料 1 电除尘器数量 　 　 2 每台电除尘器电场数 　 　 3 厂商 　 　 4 型式 　 　 5 除尘效率 ζep % 99.7 （6）吸收塔设计参数 1 除尘器出口烟气温度 ℃ 138 2 脱硫效率 % 95 3 氧化倍率 2 4 空气中的水含量 kg/kg 0.008 5 空气密度 kg/m3 1.290 6 石灰石含量 % 98.2 7 镁含量 % 0.65 8 钙硫比 1.03 9 烟气流速 m/s 3.5 10 雾化区停留时间 s 2.5 11 液气比 L/m3 14 12 停留时间 min 5 4.2燃料灰渣计算 序号 项目 符号 单　位 计算公式 计算结果 1 耗煤量 Bh t/h =（Dgr（igr-igs）+αps（i"-igs）+Dzr（izc-izj））/（Qgηg） 161.20 2 计算燃料消耗量 Bj t/h =Bh*（100-q4）/100 159.59 3 除尘器进口灰量 Gepi t/h =φh*ζep 24.63 4 除尘器出口灰量 Gepo t/h =φh*（1-ζep） 0.074 4.3 FGD进口烟气量的计算 （1）烟气量的计算 序号 项目 符　号 单　位 计算公式 计算结果 1 理论空气量 Vo Nm3/Kg 0.0889（Cy+0.375Sy）+0.265Hy-0.0333Oy 5.065 2 N2理论体积 VN20 Nm3/Kg 0.79V0+0.008Ny 4.008 3 CO2理论体积 VCO20 Nm3/Kg 1.866Cy/100 0.931 4 SO2理论体积 VSO20 Nm3/Kg 0.7Sy/100 0.004 5 RO2理论体积 VRO20 Nm3/Kg 1.866（Cy+0.375Sy）/100 0.935 6 水蒸汽理论体积 VH2O0 Nm3/Kg 0.111Hy+0.0124Wy+0.0161V0 0.520 7 燃烧产物理论体积 Vy0 Nm3/Kg VN20+VRO20+VH2O0 5.464 8 空预器出口燃烧产物实际体积（（湿） Vky Nm3/Kg Vy0+0.0161（αky-1）V0+（αky-1）V0 6.493 9 蒸汽吹灰量 g kg/kg 锅炉厂定 0.00 10 空预器出口烟气比重 r0y Kg/Nm3 （1-0.01Ay+1.285αkyV0+g）/Vky 1.316 11 空预器出口烟气量 Qpy Nm3/h Vky*Bj*103 1036228 12 除尘器漏风系数 △α1 / 除尘器厂给定 0.03 13 增压风机漏风系数 △α2 / 增压风机厂给定 0.01 14 GGH漏风系数 △α3 / GGH厂给定 0.01 15 除尘器出口温度 t1 ℃ （αky*tpy+△α1*t0）/（αky+△α1） 135 16 增压风机出口温度 t2 ℃ （αky*tpy+∑△α*t0）/（αky+∑△α） 134 17 GGH出口温度 t3 ℃ （αky*tpy+∑△α*t0）/（αky+∑△α） 133 18 除尘器出口烟气实际体积(湿烟气) Vpy1 Nm3/Kg Vky+0.0161△α1*V0+△α1*V0 6.647 19 除尘器出口烟气量(湿态、标态) Qpy1b Nm3/h Vpy1*Bj*103 1060870 20 除尘器出口烟气实际体积(干烟气) Vpy1g Nm3/Kg VN2＋VO2＋VCO2＋VSO2 6.108 21 增压风机进口烟气量（标干） Qpy1 m3/h Vpy1*Bj*103*（273+t1）/273 974798 22 增压风机出口烟气实际体积(湿烟气) Vpy2 Nm3/Kg Vky+0.0161∑△α*V0+∑△α*V0 6.699 23 增压风机出口烟气量(湿态、标态) Qpy2b Nm3/h Vpy2*Bj*103 1069084 24 增压风机出口烟气量(湿态、实际) Qpy2 m3/h Vpy2*Bj*103*（273+t3）/273 6.108 25 增压风机烟气实际体积(干烟气) Vpy2 Nm3/Kg VN2＋VO2＋VCO2＋VSO2 1594594 26 增压风机出口烟气量(干态、标态) Qpy2b Nm3/h Vpy2b*Bj*103 974798 27 增压风机出口烟气量(干态、实际) Qpy2 m3/h Vpy2*Bj*103*（273+t3）/273 1453962 （2）除尘器出口烟气成分 序号 项目 符　号 单　位 计算公式 计算结果 1 N2体积 VN2 Nm3/Kg VN20+0.79（αky+∑△α-1）Vo 4.9288 2 O2体积 VO2 Nm3/Kg 0.21（αky+∑△α-1）Vo 0.2447 3 CO2体积 VCO2 Nm3/Kg VCO20 0.9311 4 SO2体积 VSO2 Nm3/Kg 0.85*VSO20 0.0035 5 水蒸汽体积 VH2O Nm3/Kg 0.5387 （3）FGD进口烟气成分 序号 项目 符　号 单　位 计算公式 计算结果 1 N2体积 VN2 Nm3/Kg VN20+0.79（αky+∑△α-1）Vo 4.9688 2 O2体积 VO2 Nm3/Kg 0.21（αky+∑△α-1）Vo 0.2553 3 CO2体积 VCO2 Nm3/Kg VCO20 0.9311 4 SO2体积 VSO2 Nm3/Kg 0.85*VSO20 0.0035 5 水蒸汽体积 VH2O Nm3/Kg 0.5395 （4）烟气成分与湿烟气量比值 序号 项目 符　号 单　位 计算公式 计算结果 1 N2体积百分比 　 % 100*VN2/Vpy4 74.17 2 O2体积百分比 　 % 100*VO2/Vpy4 3.81 3 CO2体积百分比 　 % 100*VCO2/Vpy4 13.90 4 SO2体积百分比 　 % 100*VSO2/Vpy4 0.05 5 水蒸汽体积百分比 　 % 100*VH2O/Vpy4 8.05 （5）烟气成份与干烟气量比值 序号 项目 符　号 单　位 计算公式 计算结果 1 N2体积百分比 　 % 100*VN2/Vpy4 81.35 2 O2体积百分比 　 % 100*VO2/Vpy4 4.18 3 CO2体积百分比 　 % 100*VCO2/Vpy4 15.24 4 SO2体积百分比 　 % 100*VSO2/Vpy4 0.06 （6）原烟气中SO2浓度计算 序号 项目 符　号 单　位 计算公式 计算结果 1 转换成SO2体积 VSO2s Nm3/Kg VSO2 0.003511 2 原烟气SO2体积流量 QSO2v Nm3/h VSO2s*Bj*103 560.24 3 原烟气SO2质量流量 QSO2m kg/h ρSO2*QSO2v 1600.05 4 原烟气进口SO2浓度（干态） CSO2 mg/Nm3 1000*1000*QSO2m/（Qpy5*273/（273+t4）） 2232.34 2448.26 4.4石灰石与石膏耗量 序号 项目 符　号 单　位 计算公式 计算结果 1 石灰石耗量 Glim t/h 3.716 2 副产物石膏产量 Ggy t/h Qpy2*10-9*（CSO2"*172/64）+ Glim */100*0.04+ Glim *（1-/100） 5.964 4.5除尘器出口飞灰浓度 序号 项目 符号 单位 计算公式 计算结果 1 增压风机进口飞灰浓度（湿态） g/Nm3 Gepi / Qpy1 *106 23.217 2 增压风机进口飞灰浓度（干态） g/Nm3 Gepi / Qpy1 *106 25.267 五．烟温和水平衡计算（有GGH计算结果示例） 5.1、原烟气（增压风机前） 烟气温度 ℃ 135.1 标态烟气体积流量 Nm3/h，湿 1,060,870 标态烟气体积流量 Nm3/h，干 974,889 实际烟气量体积流量 m3/h，湿 1,590,659 5.2、原烟气（增压风机后） 烟气温度 ℃ 134.2 标态烟气体积流量 Nm3/h，湿 1,071,478 标态烟气体积流量 Nm3/h，干 984,638 实际烟气量体积流量 m3/h，湿 1,552,208 5.3、GGH原烟气出口 烟气温度 ℃ 102.0 标态烟气体积流量 Nm3/h，湿 1,060,764 标态烟气体积流量 Nm3/h，干 974,792 实际烟气量体积流量 m3/h，湿 1,426,104 干烟气质量流量 kg/h 1,059,615 水蒸汽质量流量 kg/h 74,513 5.4、吸收塔出口 烟气温度 ℃ 47.8 标态烟气体积流量 Nm3/h，湿 1,098,380 标态烟气体积流量 Nm3/h，干 974,975 实际烟气量体积流量 m3/h，湿 1,283,099 5.5、GGH净烟气出口 烟气温度 ℃ 80.0 标态烟气体积流量 Nm3/h，湿 1,109,094 标态烟气体积流量 Nm3/h，干 984,822 实际烟气量体积流量 m3/h，湿 1,434,104 5.6、氧化空气流量 二氧化硫的含量 mg/Nm3 2,448 烟气中二氧化硫量 kg/h 2,597 需要脱除的二氧化硫的量 kg/h 2,467 氧气的质量 kg/h 1,234 氧化空气的量 kg/h（干） 5,329 氧化空气的量 kg/h（湿） 5,330 氧化空气的量 Nm3/h（湿） 4,131 5.7、蒸发水量 设出口烟温 ℃ 47.8 出口烟气中水蒸气的分压 Pa 10,840 出口烟气中含水体积流量 Nm3/h 127,448 出口烟气中含水质量流量 kg/h 101,067 需蒸发水量 kg/h 26,553 需蒸发水体积 Nm3/h 33,485 5.8、脱硫反应热 二氧化硫脱除量 kg/h 2,467 二氧化硫脱除量 kmol/h 39 反应放热 kJ/h 13,070 5.9、吸收塔内放热 干烟气比热 kJ/kg.℃ 1.04 水蒸气比热 kJ/kg.℃ 1.99 烟气温降放热 kJ/h 67,482,161 吸收塔内放热 kJ/h 67,495,230 吸收塔内有效放热 kJ/h 60,745,707 5.10、水蒸气蒸发吸热 水的汽化热 kJ/kg 2,380 蒸发水吸收 kJ/h 63,207,340 5.11、余热比率 余热比率 % -3.6% 5.12、水平衡 进口水量 烟气含水 kg/h 74,513 石灰石浆含水(30%) kg/h 9,521 氧化空气含水 kg/h 43 冲洗水、补充水 kg/h 29,430 小计(kg/h) kg/h 113,506 出口水量 烟气带水 kg/h 101,067 石膏结晶水 kg/h 1,388 石膏浆排出水 kg/h 11,052 　 　 小计(kg/h) kg/h 113,506 5.13、石灰石用量(25~35%) 吸收剂有效成分 % 98.8 石灰石用量 kg/h 4080.3 石灰石浆用量 kg/h 13601.1 5.14、副产物的生成量(15~25%) 二水石膏 kg/h 6,631 粉尘、杂质等 kg/h 737 合计 kg/h 7,368 排浆量 kg/h 36,840 其中结晶水 kg/h 1,388 5.15、主要设备 5.15.1、吸收塔 计算直径 m 11.39 实际直径 m 11.40 烟气流速 m/s 3.49 雾化高度 m 8.73 5.15.2、氧化槽 计算循环量 m3/h 15377.3 实际循环量 m3/h 15400.0 实际液气比 L/m3 14.0 浆液池体积 m3/h 1283.3 浆液池高度 m 12.6 5.16、设计参数汇总(有GGH) 编号 1 2 3 4 5 位置 增压风机进口 增压风机出口 GGH原烟气出口 吸收塔出口 GGH净烟气出口 温度（℃） 135.1 134.2 102.0 47.8 80.0 压力（Pa） 101,025 104,325 103,525 101,925 101,325 干态体积流量（Nm3/h） 974,889 984,638 974,792 974,975 984,822 湿态体积流量（Nm3/h） 1,060,870 1,071,478 1,060,764 1,098,380 1,109,094 运行工况（m3/h）（湿） 1,590,659 1,552,208 1,426,104 1,283,099 1,434,104 含水量（m3/m3） 0.0810 0.0810 0.0810 0.1124 0.1120 SO2浓度（mg/Nm3) 2448.3 2448.3 2448.3 122.4 145.7 六．主要参考文献 （1）孙克勤、钟秦等编《火电厂烟气脱硫系统设计、建造和运行》，北京：化学工业出版社，2005年。

（2）苏亚欣等编《燃煤氮氧化物排放控制技术》，北京：化学工业出版社，2004。

（3）郭东明等编《脱硫工程技术与设备》，北京：化学工业出版社，2007。

（4）钟秦等编《烟气脱硫脱硝技术及工程实例》，北京：化学工业出版社，2007。

七．总结和心得 本次毕业设计能够顺利完成，首先应当归功于老师的认真细心指导。他提供了多种相关资料供我们参考，并在实习过程中手把手的教导示范，使我们的查资料、实习操作能力、分析问题能力具备了一定的水平。他无论是在资料整理还是在处理流程图等各个方面都给予了我大量的指导和帮助，使我不但完成了本次毕业设计，同时也学到了许多书本上学不到的知识，受益匪浅，特致以深深的感谢。

同时我的指导老师XXX老师，他具有渊博的学识、敏锐的思维、民主而严谨的作风使我受益匪浅。他的工作作风将成为我一生学习的榜样。感谢他对我的这次设计的帮助，传授予我科学知识和学习方法，也要感谢同组各位同学在本次毕业设计过程中的通力协作与帮助。

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