热电厂烟气脱硫设计方案

【专家解说】：烟气脱硫系统设计 摘 要 烟气脱硫是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式，是火力发电厂控制酸雨和二氧化硫污染的主要技术手段。烟气脱硫装置的投资要花费巨大的资金，国内火力发电厂烟气脱硫工程绝大多数是从国外进口设备，国内只负责安装。利用国外技术和设备必然使得工程的造价十分昂贵，若实现技术和设备国产化，就可以大大降低烟气脱硫工程造价，从而使得烟气脱硫装置在我国大规模应用成为可能。 本设计针对毕业设计任务书中所给出的烟气含量和脱硫要求，结合我国烟气脱硫的技术现状而设计出的一套较完备的烟气脱硫系统。做此设计的目的是为烟气脱硫技术的国产化积极的作准备。 本设计的主要工作为： 介绍了现有的烟气脱硫的工艺并进行分析之后决定了系统的脱硫方法为湿式石灰石-石膏法。 介绍了一些主要的脱硫装置和类型，比较选择之后确定了吸收塔的类型、流程。 对湿式石灰石-石膏烟气脱硫工艺的各个子系统进行了介绍并大致确定了本工艺中选用各子系统的的处理流程、装置和设备。 设计了系统的管路通风图，包括烟道、装置和烟囱。据此逐段计算了管道的压损、流量、温降等，并根据以上数据对脱硫风机和石灰石浆液再循环泵进行了选型。 对所设计的烟气脱硫工艺进行了技术经济分析。 最后得出总的结论，并提出了工艺中存在的主要问题和几点建议。 关键字： 湿法石灰石－石膏法 烟气脱硫系统的构成 管道计算 技术经济分析 Abstract FGD(Fume Gas Desulfuration) is only cosmically cmmercial desulfuration type in the world. It is dominating technology measure to control acid rain and sulfur dioxide pollution.FGD equipment cost huge fund. Most equipment of FGD project in fire power plants in our nation are imported. We only take charge installation.Overseas technology and equipment are too costly,If it is made in our country,FGD project's cost will be decreased consumedly,accordingly it will become possible to apply FGD equipment cosmically in our nation. According to the composition of the Fume Gas and the desurfurization request,combining with existing FGD technical process in our nation,this article designed a set of adequate FGD systems.The purpose of this artical is that do some prepares for the designing process of the FGD of our own country. This article's main work are: Analyzed and compared existing FGD technology of domestic and overseas ,chose the Limestone-Gypsum Wet Method Desurfurization Technology for Fume Gas. Introduced main equipment of the desurfurization ,then decided the type and the diagram flow of the absorber. Designed the arrangment of system's popes ,including chinmney、relevant equipment and so on. Calculated the pressure loss, the Fume Gas volume and temperature decrease of these draw popes. Carried out economic and technical analysis of the FGD system designed by writer. Drawn out the conclusion of the article ,pointed out some questions that existed in practical application and given my own advice. Key words: Limestone-Gypsum Wet Method Desurfurization Technology Compose of the desurfurization system Calculation of the draw popes Technical and Economic Analysis 目 录 第1章 前言----------------------------------------------1 1.1烟气脱硫技术的现状------------------------------------2 1.1.1烟气脱硫经典工艺------------------------------------2 1.1.2新工艺发展现状------------------------------4 1.2国外烟气脱硫技术简介--------------------------------6 1.3烟气脱硫技术的发展趋势与前景-----------------------6 1.3.1新工艺发展趋势-------------------------------6 1.3.2烟气脱硫技术发展的前景------------------------7 第2章 系统脱硫方案的确定和净化设备的选择----------8 2.1 系统脱硫方案的确定----------------------------8 2.1.1 烟气脱硫技术的各个种类的特点--------------------8 2.1.2 选择工艺方案时所考虑的因素------------------9 2.1.3 FGD工艺的比较与选择----------------------10 2.1.4 吸收塔工艺模式的选择---------------------12 2.1.5 氧化工艺的比较与选择--------------------13 2.2 湿法石灰石－石膏的脱硫工艺原理----------------14 2.2.1 脱硫机理----------------------------------------14 2.2.2 SO2吸收-----------------------------------15 2.2.3 硫酸盐的形成---------------------------15 2.2.4 石膏结晶-----------------------------16 2.2.5 石灰石溶解--------------------------16 2.2.6 小结-------------------------------17 2.3 石灰石－石膏湿法烟气脱硫净化装置的选择-------------17 2.3.1 脱硫塔的类型及选择----------------------17 2.3.2 喷淋吸收塔工艺的进一步确定---------------18 2.3.3 小结--------------------------------19 第3章 石灰石－石膏烟气脱硫系统的构成--------------21 3.1 石灰石浆制备系统----------------------------------21 3.2 烟气再热系统----------------------------------23 3.2.1 蓄热式气－气热交换器（GGH）---------------------24 3.2.2 冷却塔排放烟气------------------------24 3.2.3 旁路烟气法-----------------------------25 3.2.4 再生再热法-------------------------------25 3.2.5 小结-----------------------------------26 3.3 SO2 吸收系统-----------------------------------26 3.4 石膏制备及处置系统---------------------------27 3.5 脱硫风机---------------------------------------29 3.6 废水处理-------------------------------------30 3.7 公共系统-------------------------------------31 3.8 小结----------------------------------------------31 第4章 设计计算和配用设施的选择------------------33 4.1 概述--------------------------------33 4.2 设计计算------------------------------33 4.2.1 基本数据-----------------------------33 4.2.2 确定吸收塔、再热器和烟囱的位置及管道的布置-34 4.2.3 管段计算-----------------------------------35 4.3 风机、电动机和循环泵的选择-----------------43 4.3.1 风机和电动机选择及计算----------------43 4.3.2 吸收塔循环泵的选择--------------------45 第5章 系统的技术经济分析-----------------47 5.1 技术经济分析的目的和意义---------------------47 5.2 系统技术分析-----------------------------------47 5.2.1 系统技术指标及其分析---------------------47 5.2.2 烟气脱硫装置对锅炉和烟气系统的影响---------48 5.2.3 烟气脱硫装置的占地面积--------------------49 5.2.4 烟气脱硫装置的流程复杂程度---------------49 5.2.5 烟气脱硫装置的成熟程度-------------------49 5.3 经济评价------------------------------49 5.4 小结----------------------------------50 第6章 结论与建议-------------------------------------51 6．1 结论----------------------------------------------51 6．2 问题与建议----------------------------------------52 6．2．1 存在的问题-----------------------------------52 6．2．2 几点建议-------------------------------------52 毕业设计结论--------------------------------------54 致谢-----------------------------------------------------55 参考文献------------------------------------------56 第1章 前言 随着我国经济的快速发展，煤炭消耗量不断增加，二氧化硫的排放量也日趋增多，造成二氧化硫污染和酸雨的严重危害。据最新报道[1]，1999年我国二氧化硫排放总量为1857万吨，其中工业来源为1460万吨，生活来源为397万吨。酸雨区面积占国土面积的30％，主要分布在长江以南、青藏高原以东的广大地区及四川盆地。对106个城市的降水pH值监测结果统计表明，降水年均pH值低于5.6的有43个城市，占统计城市的40.6％。统计的59个南方城市中，降水年均pH低于5.6的有41个，占69.5％。 酸雨使得森林枯萎，土壤和湖泊酸化，植被破坏，粮食、蔬菜和水果减产，金属和建筑材料被腐蚀[2]。空气中的二氧化硫也严重地影响人们的身心健康[3]，它还可形成硫酸酸雾，危害更大。 为防止二氧化硫和酸雨污染，1990年12月，国务院环委会第19次会议通过了《关于控制酸雨发展的意见》。自1992年在贵州、广东两省，重庆、宜宾、等九个城市进行征收二氧化硫排污费的试点工作。1995年8月，全国人大常委会通过了新修订的《大气污染防治法》。1998年2月17日，国家环保局召开了酸雨和二氧化硫污染综合防治工作会议。这都说明我国政府高度重视酸雨和二氧化硫污染的防治。 国家环保局局长解振华指出[4]：“成熟的二氧化硫污染控制技术和设备是实现两控区控制目标的关键因素。”他同时指出：为了实现酸雨和二氧化硫污染控制目标，要加快国产脱硫技术和设备的研究、开发、推广和应用。因此研究开发适合我国国情的烟气脱硫技术和装置，吸收消化国外先进的脱硫是当前的迫切任务。 二氧化硫控制方法多种多样，可以分为三大类： （1）燃烧前脱硫，如洗煤等[5]。 （2）燃烧中脱硫，如型煤固硫、炉内喷钙[6]等。 （3）燃烧后脱硫，即烟气脱硫（FGD），是目前应用最广、效率最高的脱硫技术。 1.1 烟气脱硫技术的现状 1.1.1 烟气脱硫经典工艺 烟气脱硫(FGD)是目前世界上唯一大规模商业应用的脱硫方式,也是最经济切实可行的方法。迄今为止,世界各国研究开发的FGD技术估计超过了200多种,目前成熟可行的有十多种。通常按照脱硫剂和脱硫产物的干湿状态分为湿法、半干法和干法[7]。 1.1.1.1 湿法脱硫 这是目前较成熟、运行较稳定的方法。由于是气液反应,脱硫反应速率快、效率高、脱硫剂利用率高。但其废水处理量大,运行成本 也较高。 (1)石灰石－石灰法 是以石灰石或石灰的浆液为脱硫剂,在吸收塔内对SO2烟气进行洗涤吸收的方法,其产物为CaSO3和CaSO4。 (2)石灰石－石膏法 是以空气鼓入吸收塔,使得CaSO3氧化为CaSO4(石膏),由于其鼓入气体使料液更为均匀,脱硫率更高,其堵塞和结垢的几率大大降低。 (3)双碱法 此法种类较多,主要是钠碱双碱法。即采用NaCO3或NaOH溶液为第一吸收液,再用石灰石或石灰溶液为第二碱液使之再生,再生后溶液继续循环使用。此法得到的SO2仍以CaSO3 和CaSO4的形式沉淀出来。 (4)钠碱吸收法 本法是用NaOH、Na2CO3和Na2SO3的水溶液为吸收剂,吸收烟气中的SO2。其中使用最多的是威尔曼－洛德(Wellman-Lord)法,是美国和日本应用较多的脱硫方法。此法实际上是采用Na2CO3和NaHSO3混合液为吸收剂。当吸收剂中NaHSO3浓度达到80%-90%时,就要对吸收剂进行再生,可获得较高浓度的SO2和Na2CO3。再生后的Na2CO3可用于循环使用, SO2可用于生产硫酸。对烟气的吸收效率可达到90%以上。 除以上方法外,湿法还包括氧化镁吸收法、氨法、碱式硫酸铝法 等。这些方法由于吸收效率不高,应用范围较窄。 1.1.1.2半干法脱硫 (1)炉内喷钙式活化(LIFAC)法 是在传统炉内喷钙法基础上增加了活化反应器,并促进喷水增湿。脱硫效率可达到75%-80%左右。 (2)旋转喷雾干燥(SDA)法 此法是利用喷雾干燥的原理,将吸收剂(如石灰浆液)雾化喷入吸收塔内,使得吸收剂与烟气中的SO2发生化学反应。得到的固体以废渣形式排出。 1.1.1.3干法脱硫 传统是用石灰苏打(CaO-Na2CO3)干粉来除去烟道内废气所含的SO2。从而得到干粉状钙盐和钠盐及未反应的干燥粉尘的混合产物的方法。 1.1.2 新工艺发展现状 由于传统工艺存在效率低、操作复杂等特点,在科技的发展和环保要求下,许多国家已不局限于传统经典工艺。所以,新工艺不断被研究开发出来。 (1)荷电干式喷射脱硫(CDSI)法。 此法是美国ALANCO公司开发的专利技术。其技术核心是吸收剂以高速通过高压静电电晕充电区,得到强大的静电荷后,被喷射到烟气中,扩散形成均匀的悬浮状态。此法投资及占地仅为传统湿法的10%~27%。但脱硫效率相对较低。 (2)电子束照射(EBA)法 其原理是在烟气进入反应器之前先加入氨气,然后在反应器中用电子加速器产生的电子束照射烟气,使水蒸气与氧等分子激发产生氧化能力强的自由基,这些自由基使烟气中的SO2很快氧化,产生硫酸。再和氨气反应形成硫酸氨。其主要特点是系统简单,操作方便,过程易于控制,副产物可用于生产化肥。脱硫成本低于传统方法。但此法需要大功率、长期温度的电子枪,同时需要防辐射屏蔽。 (3)脉冲电晕等离子体(PPCP)法。 是日本专家增田闪一在EBA法的基础上提出的。它是*脉冲高压电源在普通反应器中形成等离子体,产生高能电子。此法设备简单,操作简便,投资是EBA法的60%。 除以上介绍的以外,近年发展的新工艺还有ABB公司开发的新型集成半干式脱硫(NID)法,适合于海边工厂的海水脱硫工艺、常温精脱硫工艺[8]等。 1.2 国外主要的几种烟气脱硫技术简介 (1) LIFAC脱硫工艺[9] （1.1.1.2半干法脱硫中已经提到）芬兰IVO公司和Tampella公司开发了LIFAC脱硫工艺,这项技术是改进的石灰石喷射工艺,进一步提高了脱硫率。它的主要优点是,耗电量小,经济效益高,工艺设备简单,投资明显低于湿式和雾化干式脱硫方法,且无废水排放。同时维修较方便,占地面积小。 (2) 尿素法[10] 尿素法净化烟气工艺由俄罗斯门捷列夫化学工艺学院等单位联合开发,可同时去除SO2和NOX,SO2的脱除率可达99%～100%,NOX脱除率大于95%。对设备无腐蚀作用, NOX,SO2的脱除率与烟气中NOX,SO2的浓度无关,尾气可直接排放,吸收液经处理后可回收硫酸铵。 此外还有丹麦开发的SNOX技术[9，11]和微生物烟气脱硫技术。 1.3 烟气脱硫技术的发展趋势与前景 1.3.1 新工艺发展趋势 各项资料显示,国外最新脱硫技术研究主要有以下几个特点。 (1)除尘、脱硫、脱氮一体化 由于硫氧化物、氮氧化物同是国家限制排放的污染物,而分开处理明显增加了设备的投资和空间的占用。 (2)自动化技术更加明显 最新的几个脱硫工艺更多的是向干法脱硫方向发展,而干法脱硫是最容易达到自动化目的。这也是向社会不断发展的电子技术*拢。相应的,其科技含量也将越来越高。 (3)生产成本不断下降 新工艺的脱硫成本相对较低,在这个讲究经济效益的时代要想不被淘汰,其各项成本应越低越好。 1.3.2烟气脱硫技术发展的前景 在未来十几年内，循环流化床烟气脱硫装置在我国电厂脱硫应用中将会有巨大的潜力和应用前景，同时海水烟气脱硫装置在我国沿海电厂，海水资源方便的地区将会有不可替代的优势。 微生物法用于烟气脱硫将具有不需高温、高压、催化剂,均为常温常压下操作,操作费用低、设备要求简单,利用微生物脱硫,营养要求低,无二次污染等特点。因此,微生物烟气脱硫是实用性强、技术新颖的生物工程技术,具有诱人的应用前景,应引起重视,加速开发。 我国FGD技术进展我国烟气脱硫技术基本处于试验阶段。从试验结果看,有几项技术已接近世界水平,如清华大学煤清洁燃烧工程研究中心开发的干式循环流化床烟气脱硫技术、液柱喷射烟气脱硫除尘集成技术已受到广泛重视。