熱電廠煙氣脫硫設(shè)計(jì)方案

【專家解說(shuō)】：煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 煙氣脫硫是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式，是火力發(fā)電廠控制酸雨和二氧化硫污染的主要技術(shù)手段。煙氣脫硫裝置的投資要花費(fèi)巨大的資金，國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠煙氣脫硫工程絕大多數(shù)是從國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，國(guó)內(nèi)只負(fù)責(zé)安裝。利用國(guó)外技術(shù)和設(shè)備必然使得工程的造價(jià)十分昂貴，若實(shí)現(xiàn)技術(shù)和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，就可以大大降低煙氣脫硫工程造價(jià)，從而使得煙氣脫硫裝置在我國(guó)大規(guī)模應(yīng)用成為可能。 本設(shè)計(jì)針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中所給出的煙氣含量和脫硫要求，結(jié)合我國(guó)煙氣脫硫的技術(shù)現(xiàn)狀而設(shè)計(jì)出的一套較完備的煙氣脫硫系統(tǒng)。做此設(shè)計(jì)的目的是為煙氣脫硫技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化積極的作準(zhǔn)備。 本設(shè)計(jì)的主要工作為： 介紹了現(xiàn)有的煙氣脫硫的工藝并進(jìn)行分析之后決定了系統(tǒng)的脫硫方法為濕式石灰石-石膏法。 介紹了一些主要的脫硫裝置和類型，比較選擇之后確定了吸收塔的類型、流程。 對(duì)濕式石灰石-石膏煙氣脫硫工藝的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行了介紹并大致確定了本工藝中選用各子系統(tǒng)的的處理流程、裝置和設(shè)備。 設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的管路通風(fēng)圖，包括煙道、裝置和煙囪。據(jù)此逐段計(jì)算了管道的壓損、流量、溫降等，并根據(jù)以上數(shù)據(jù)對(duì)脫硫風(fēng)機(jī)和石灰石漿液再循環(huán)泵進(jìn)行了選型。 對(duì)所設(shè)計(jì)的煙氣脫硫工藝進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。 最后得出總的結(jié)論，并提出了工藝中存在的主要問(wèn)題和幾點(diǎn)建議。 關(guān)鍵字： 濕法石灰石－石膏法 煙氣脫硫系統(tǒng)的構(gòu)成 管道計(jì)算 技術(shù)經(jīng)濟(jì)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 錄 第1章 前言----------------------------------------------1 1.1煙氣脫硫技術(shù)的現(xiàn)狀------------------------------------2 1.1.1煙氣脫硫經(jīng)典工藝------------------------------------2 1.1.2新工藝發(fā)展現(xiàn)狀------------------------------4 1.2國(guó)外煙氣脫硫技術(shù)簡(jiǎn)介--------------------------------6 1.3煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與前景-----------------------6 1.3.1新工藝發(fā)展趨勢(shì)-------------------------------6 1.3.2煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展的前景------------------------7 第2章 系統(tǒng)脫硫方案的確定和凈化設(shè)備的選擇----------8 2.1 系統(tǒng)脫硫方案的確定----------------------------8 2.1.1 煙氣脫硫技術(shù)的各個(gè)種類的特點(diǎn)--------------------8 2.1.2 選擇工藝方案時(shí)所考慮的因素------------------9 2.1.3 FGD工藝的比較與選擇----------------------10 2.1.4 吸收塔工藝模式的選擇---------------------12 2.1.5 氧化工藝的比較與選擇--------------------13 2.2 濕法石灰石－石膏的脫硫工藝原理----------------14 2.2.1 脫硫機(jī)理----------------------------------------14 2.2.2 SO2吸收-----------------------------------15 2.2.3 硫酸鹽的形成---------------------------15 2.2.4 石膏結(jié)晶-----------------------------16 2.2.5 石灰石溶解--------------------------16 2.2.6 小結(jié)-------------------------------17 2.3 石灰石－石膏濕法煙氣脫硫凈化裝置的選擇-------------17 2.3.1 脫硫塔的類型及選擇----------------------17 2.3.2 噴淋吸收塔工藝的進(jìn)一步確定---------------18 2.3.3 小結(jié)--------------------------------19 第3章 石灰石－石膏煙氣脫硫系統(tǒng)的構(gòu)成--------------21 3.1 石灰石漿制備系統(tǒng)----------------------------------21 3.2 煙氣再熱系統(tǒng)----------------------------------23 3.2.1 蓄熱式氣－氣熱交換器（GGH）---------------------24 3.2.2 冷卻塔排放煙氣------------------------24 3.2.3 旁路煙氣法-----------------------------25 3.2.4 再生再熱法-------------------------------25 3.2.5 小結(jié)-----------------------------------26 3.3 SO2 吸收系統(tǒng)-----------------------------------26 3.4 石膏制備及處置系統(tǒng)---------------------------27 3.5 脫硫風(fēng)機(jī)---------------------------------------29 3.6 廢水處理-------------------------------------30 3.7 公共系統(tǒng)-------------------------------------31 3.8 小結(jié)----------------------------------------------31 第4章 設(shè)計(jì)計(jì)算和配用設(shè)施的選擇------------------33 4.1 概述--------------------------------33 4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算------------------------------33 4.2.1 基本數(shù)據(jù)-----------------------------33 4.2.2 確定吸收塔、再熱器和煙囪的位置及管道的布置-34 4.2.3 管段計(jì)算-----------------------------------35 4.3 風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和循環(huán)泵的選擇-----------------43 4.3.1 風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)選擇及計(jì)算----------------43 4.3.2 吸收塔循環(huán)泵的選擇--------------------45 第5章 系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析-----------------47 5.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的目的和意義---------------------47 5.2 系統(tǒng)技術(shù)分析-----------------------------------47 5.2.1 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及其分析---------------------47 5.2.2 煙氣脫硫裝置對(duì)鍋爐和煙氣系統(tǒng)的影響---------48 5.2.3 煙氣脫硫裝置的占地面積--------------------49 5.2.4 煙氣脫硫裝置的流程復(fù)雜程度---------------49 5.2.5 煙氣脫硫裝置的成熟程度-------------------49 5.3 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)------------------------------49 5.4 小結(jié)----------------------------------50 第6章 結(jié)論與建議-------------------------------------51 6．1 結(jié)論----------------------------------------------51 6．2 問(wèn)題與建議----------------------------------------52 6．2．1 存在的問(wèn)題-----------------------------------52 6．2．2 幾點(diǎn)建議-------------------------------------52 畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)論--------------------------------------54 致謝-----------------------------------------------------55 參考文獻(xiàn)------------------------------------------56 第1章 前言 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭消耗量不斷增加，二氧化硫的排放量也日趨增多，造成二氧化硫污染和酸雨的嚴(yán)重危害。據(jù)最新報(bào)道[1]，1999年我國(guó)二氧化硫排放總量為1857萬(wàn)噸，其中工業(yè)來(lái)源為1460萬(wàn)噸，生活來(lái)源為397萬(wàn)噸。酸雨區(qū)面積占國(guó)土面積的30％，主要分布在長(zhǎng)江以南、青藏高原以東的廣大地區(qū)及四川盆地。對(duì)106個(gè)城市的降水pH值監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，降水年均pH值低于5.6的有43個(gè)城市，占統(tǒng)計(jì)城市的40.6％。統(tǒng)計(jì)的59個(gè)南方城市中，降水年均pH低于5.6的有41個(gè)，占69.5％。 酸雨使得森林枯萎，土壤和湖泊酸化，植被破壞，糧食、蔬菜和水果減產(chǎn)，金屬和建筑材料被腐蝕[2]?？諝庵械亩趸蛞矅?yán)重地影響人們的身心健康[3]，它還可形成硫酸酸霧，危害更大。 為防止二氧化硫和酸雨污染，1990年12月，國(guó)務(wù)院環(huán)委會(huì)第19次會(huì)議通過(guò)了《關(guān)于控制酸雨發(fā)展的意見(jiàn)》。自1992年在貴州、廣東兩省，重慶、宜賓、等九個(gè)城市進(jìn)行征收二氧化硫排污費(fèi)的試點(diǎn)工作。1995年8月，全國(guó)人大常委會(huì)通過(guò)了新修訂的《大氣污染防治法》。1998年2月17日，國(guó)家環(huán)保局召開(kāi)了酸雨和二氧化硫污染綜合防治工作會(huì)議。這都說(shuō)明我國(guó)政府高度重視酸雨和二氧化硫污染的防治。 國(guó)家環(huán)保局局長(zhǎng)解振華指出[4]：“成熟的二氧化硫污染控制技術(shù)和設(shè)備是實(shí)現(xiàn)兩控區(qū)控制目標(biāo)的關(guān)鍵因素?！彼瑫r(shí)指出：為了實(shí)現(xiàn)酸雨和二氧化硫污染控制目標(biāo)，要加快國(guó)產(chǎn)脫硫技術(shù)和設(shè)備的研究、開(kāi)發(fā)、推廣和應(yīng)用。因此研究開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的煙氣脫硫技術(shù)和裝置，吸收消化國(guó)外先進(jìn)的脫硫是當(dāng)前的迫切任務(wù)。 二氧化硫控制方法多種多樣，可以分為三大類： （1）燃燒前脫硫，如洗煤等[5]。 （2）燃燒中脫硫，如型煤固硫、爐內(nèi)噴鈣[6]等。 （3）燃燒后脫硫，即煙氣脫硫（FGD），是目前應(yīng)用最廣、效率最高的脫硫技術(shù)。 1.1 煙氣脫硫技術(shù)的現(xiàn)狀 1.1.1 煙氣脫硫經(jīng)典工藝 煙氣脫硫(FGD)是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的脫硫方式,也是最經(jīng)濟(jì)切實(shí)可行的方法。迄今為止,世界各國(guó)研究開(kāi)發(fā)的FGD技術(shù)估計(jì)超過(guò)了200多種,目前成熟可行的有十多種。通常按照脫硫劑和脫硫產(chǎn)物的干濕狀態(tài)分為濕法、半干法和干法[7]。 1.1.1.1 濕法脫硫 這是目前較成熟、運(yùn)行較穩(wěn)定的方法。由于是氣液反應(yīng),脫硫反應(yīng)速率快、效率高、脫硫劑利用率高。但其廢水處理量大,運(yùn)行成本 也較高。 (1)石灰石－石灰法 是以石灰石或石灰的漿液為脫硫劑,在吸收塔內(nèi)對(duì)SO2煙氣進(jìn)行洗滌吸收的方法,其產(chǎn)物為CaSO3和CaSO4。 (2)石灰石－石膏法 是以空氣鼓入吸收塔,使得CaSO3氧化為CaSO4(石膏),由于其鼓入氣體使料液更為均勻,脫硫率更高,其堵塞和結(jié)垢的幾率大大降低。 (3)雙堿法 此法種類較多,主要是鈉堿雙堿法。即采用NaCO3或NaOH溶液為第一吸收液,再用石灰石或石灰溶液為第二堿液使之再生,再生后溶液繼續(xù)循環(huán)使用。此法得到的SO2仍以CaSO3 和CaSO4的形式沉淀出來(lái)。 (4)鈉堿吸收法 本法是用NaOH、Na2CO3和Na2SO3的水溶液為吸收劑,吸收煙氣中的SO2。其中使用最多的是威爾曼－洛德(Wellman-Lord)法,是美國(guó)和日本應(yīng)用較多的脫硫方法。此法實(shí)際上是采用Na2CO3和NaHSO3混合液為吸收劑。當(dāng)吸收劑中NaHSO3濃度達(dá)到80%-90%時(shí),就要對(duì)吸收劑進(jìn)行再生,可獲得較高濃度的SO2和Na2CO3。再生后的Na2CO3可用于循環(huán)使用, SO2可用于生產(chǎn)硫酸。對(duì)煙氣的吸收效率可達(dá)到90%以上。 除以上方法外,濕法還包括氧化鎂吸收法、氨法、堿式硫酸鋁法 等。這些方法由于吸收效率不高,應(yīng)用范圍較窄。 1.1.1.2半干法脫硫 (1)爐內(nèi)噴鈣式活化(LIFAC)法 是在傳統(tǒng)爐內(nèi)噴鈣法基礎(chǔ)上增加了活化反應(yīng)器,并促進(jìn)噴水增濕。脫硫效率可達(dá)到75%-80%左右。 (2)旋轉(zhuǎn)噴霧干燥(SDA)法 此法是利用噴霧干燥的原理,將吸收劑(如石灰漿液)霧化噴入吸收塔內(nèi),使得吸收劑與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。得到的固體以廢渣形式排出。 1.1.1.3干法脫硫 傳統(tǒng)是用石灰蘇打(CaO-Na2CO3)干粉來(lái)除去煙道內(nèi)廢氣所含的SO2。從而得到干粉狀鈣鹽和鈉鹽及未反應(yīng)的干燥粉塵的混合產(chǎn)物的方法。 1.1.2 新工藝發(fā)展現(xiàn)狀 由于傳統(tǒng)工藝存在效率低、操作復(fù)雜等特點(diǎn),在科技的發(fā)展和環(huán)保要求下,許多國(guó)家已不局限于傳統(tǒng)經(jīng)典工藝。所以,新工藝不斷被研究開(kāi)發(fā)出來(lái)。 (1)荷電干式噴射脫硫(CDSI)法。 此法是美國(guó)ALANCO公司開(kāi)發(fā)的專利技術(shù)。其技術(shù)核心是吸收劑以高速通過(guò)高壓靜電電暈充電區(qū),得到強(qiáng)大的靜電荷后,被噴射到煙氣中,擴(kuò)散形成均勻的懸浮狀態(tài)。此法投資及占地僅為傳統(tǒng)濕法的10%~27%。但脫硫效率相對(duì)較低。 (2)電子束照射(EBA)法 其原理是在煙氣進(jìn)入反應(yīng)器之前先加入氨氣,然后在反應(yīng)器中用電子加速器產(chǎn)生的電子束照射煙氣,使水蒸氣與氧等分子激發(fā)產(chǎn)生氧化能力強(qiáng)的自由基,這些自由基使煙氣中的SO2很快氧化,產(chǎn)生硫酸。再和氨氣反應(yīng)形成硫酸氨。其主要特點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單,操作方便,過(guò)程易于控制,副產(chǎn)物可用于生產(chǎn)化肥。脫硫成本低于傳統(tǒng)方法。但此法需要大功率、長(zhǎng)期溫度的電子槍,同時(shí)需要防輻射屏蔽。 (3)脈沖電暈等離子體(PPCP)法。 是日本專家增田閃一在EBA法的基礎(chǔ)上提出的。它是*脈沖高壓電源在普通反應(yīng)器中形成等離子體,產(chǎn)生高能電子。此法設(shè)備簡(jiǎn)單,操作簡(jiǎn)便,投資是EBA法的60%。 除以上介紹的以外,近年發(fā)展的新工藝還有ABB公司開(kāi)發(fā)的新型集成半干式脫硫(NID)法,適合于海邊工廠的海水脫硫工藝、常溫精脫硫工藝[8]等。 1.2 國(guó)外主要的幾種煙氣脫硫技術(shù)簡(jiǎn)介 (1) LIFAC脫硫工藝[9] （1.1.1.2半干法脫硫中已經(jīng)提到）芬蘭IVO公司和Tampella公司開(kāi)發(fā)了LIFAC脫硫工藝,這項(xiàng)技術(shù)是改進(jìn)的石灰石噴射工藝,進(jìn)一步提高了脫硫率。它的主要優(yōu)點(diǎn)是,耗電量小,經(jīng)濟(jì)效益高,工藝設(shè)備簡(jiǎn)單,投資明顯低于濕式和霧化干式脫硫方法,且無(wú)廢水排放。同時(shí)維修較方便,占地面積小。 (2) 尿素法[10] 尿素法凈化煙氣工藝由俄羅斯門(mén)捷列夫化學(xué)工藝學(xué)院等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā),可同時(shí)去除SO2和NOX,SO2的脫除率可達(dá)99%～100%,NOX脫除率大于95%。對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕作用, NOX,SO2的脫除率與煙氣中NOX,SO2的濃度無(wú)關(guān),尾氣可直接排放,吸收液經(jīng)處理后可回收硫酸銨。 此外還有丹麥開(kāi)發(fā)的SNOX技術(shù)[9，11]和微生物煙氣脫硫技術(shù)。 1.3 煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與前景 1.3.1 新工藝發(fā)展趨勢(shì) 各項(xiàng)資料顯示,國(guó)外最新脫硫技術(shù)研究主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。 (1)除塵、脫硫、脫氮一體化 由于硫氧化物、氮氧化物同是國(guó)家限制排放的污染物,而分開(kāi)處理明顯增加了設(shè)備的投資和空間的占用。 (2)自動(dòng)化技術(shù)更加明顯 最新的幾個(gè)脫硫工藝更多的是向干法脫硫方向發(fā)展,而干法脫硫是最容易達(dá)到自動(dòng)化目的。這也是向社會(huì)不斷發(fā)展的電子技術(shù)*攏。相應(yīng)的,其科技含量也將越來(lái)越高。 (3)生產(chǎn)成本不斷下降 新工藝的脫硫成本相對(duì)較低,在這個(gè)講究經(jīng)濟(jì)效益的時(shí)代要想不被淘汰,其各項(xiàng)成本應(yīng)越低越好。 1.3.2煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展的前景 在未來(lái)十幾年內(nèi)，循環(huán)流化床煙氣脫硫裝置在我國(guó)電廠脫硫應(yīng)用中將會(huì)有巨大的潛力和應(yīng)用前景，同時(shí)海水煙氣脫硫裝置在我國(guó)沿海電廠，海水資源方便的地區(qū)將會(huì)有不可替代的優(yōu)勢(shì)。 微生物法用于煙氣脫硫?qū)⒕哂胁恍韪邷?、高壓、催化?均為常溫常壓下操作,操作費(fèi)用低、設(shè)備要求簡(jiǎn)單,利用微生物脫硫,營(yíng)養(yǎng)要求低,無(wú)二次污染等特點(diǎn)。因此,微生物煙氣脫硫是實(shí)用性強(qiáng)、技術(shù)新穎的生物工程技術(shù),具有誘人的應(yīng)用前景,應(yīng)引起重視,加速開(kāi)發(fā)。 我國(guó)FGD技術(shù)進(jìn)展我國(guó)煙氣脫硫技術(shù)基本處于試驗(yàn)階段。從試驗(yàn)結(jié)果看,有幾項(xiàng)技術(shù)已接近世界水平,如清華大學(xué)煤清潔燃燒工程研究中心開(kāi)發(fā)的干式循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)、液柱噴射煙氣脫硫除塵集成技術(shù)已受到廣泛重視。