精品石灰石石膏湿式法烟气脱硫课程设计doc.docx
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精品石灰石石膏湿式法烟气脱硫课程设计doc
第一章绪论..............................................................................................................1
1.1设计背景及意义.............................................................................................1
1.2国内外研究现状.............................................................................................1
1.2.1国内研究现状.........................................................................................1
1.2.2国外烟气脱硫发展状况.........................................................................2
1.3课程设计任务及采用技术.............................................................................3
1.3.1设计任务与目的.......................................................................................3
1.3.2脱硫技术简介...........................................................................................3
第二章脱硫工艺........................................................................................................4
2.1湿式石灰石石膏脱硫工艺介绍.....................................................................4
2.1.1烟气脱硫原理...........................................................................................4
2.1.2空塔喷淋脱硫工艺...................................................................................6
2.1.3脱硫设备说明...........................................................................................6
2.2物料衡算.........................................................................................................6
2.2.1二氧化硫产生量.......................................................................................6
2.2.2脱硫量.....................................................................................................10
2.2.3吸收塔的硫平衡.....................................................................................10
2.2.4系统总钙平衡........................................................................................10
2.2.5副产物和脱硫渣量产生量.....................................................................10
2.2.6系统的水平衡.........................................................................................11
第三章工程内容......................................................................................................11
3.1主要内容.......................................................................................................11
3.1.1烟气系统.................................................................................................11
3.1.1.1界面设计........................................................................................11
3.1.1.2实际氧化空气的计算................................................................11
3.1.1.3增压风机的设计............................................................................13
3.1.2SO2吸收系统(喷淋吸收空塔主要工艺设计参数).........................13
3.1.2.1烟气流速........................................................................................13
3.1.2.2喷淋塔吸收区高度(h1)............................................................13
3.1.2.3喷淋塔除雾区高度(h2)............................................................15
3.1.2.4喷淋塔浆液池高度设计(h3)....................................................17
3.1.2.5喷淋塔烟气进口高度设计(h4)................................................19
3.1.2.6喷淋塔的直径设计........................................................................19
3.1.2.7喷淋层喷嘴的设计........................................................................20
3.1.2.8喷淋塔的壁厚设计........................................................................21
3.1.2.9氧化风机和氧化吸收池搅拌机设计............................................22
3.1.2.10人孔及手孔的设计........................................................................23
3.1.2.11吸收塔喷淋系统的设计................................................................23
3.1.3管道的保温及防腐.................................................................................24
3.1.4脱硫液循环系统.....................................................................................25
3.1.5吸收剂制备及供给系统.........................................................................25
3.1.6石膏脱水系统.........................................................................................26
3.1.7废水处理系统.........................................................................................27
3.1.8工艺水系统.............................................................................................28
3.1.9电气系统.................................................................................................29
3.1.10监测系统..............................................................................................29
第四章效益评估.......................................................................................................30
4.1运行费用估算...............................................................................................30
4.1.1电费.........................................................................................................30
4.1.2水费.........................................................................................................30
4.1.3脱硫剂费用.............................................................................................31
4.1.4人工费.....................................................................................................31
4.1.5运行费用.................................................................................................31
4.2环境效益及社会效益...................................................................................31
参考文献...................................................................................................................35
结束语..................................................................................................................36
附录
第一章绪论
1.1设计背景及意义
我国空气污染问题的形成与二氧化硫排放总量居高不下密切相关。
中国排放二氧化硫的90%、氮氧化物的70%来自燃煤,而其中的50%左右来自燃煤电厂。
目前中国一年的SO2的年排放量大约为2000多万吨,如果不采用控制措施,2012年,SO2的排放量将超过3300万吨。
因此削减火电厂的SO2排放是控制SO2排放总量的重点。
为此国家制定了一系列的环保措施,颁布了新的《大气污染防治法》,并划定了SO2污染控制区及酸雨控制区。
根据国家新的产业政策,我国现阶段新上燃煤电厂必须同步安装脱硫设施,已经建成的机组也要逐步进行脱硫技术改造。
因此,近几年正是我国燃煤电厂烟气脱硫事业发展的黄金时期。
世界燃煤电厂控制SO2排放最有效、应用最广的技术为燃烧后脱硫即烟气脱硫(Fluegasdesulfurization,缩写FGD)。
该法可达到很高的脱硫率,技术比较成熟,是目前世界上已经完成大规模商业化应用的主要脱硫技术之一。
烟气脱硫技术可分为湿法、半干法和干法三类工艺。
湿法脱硫技术以其脱硫效率高,运行稳定可靠及没有二次污染独占鳌头。
在发达国家,90%以上的烟气脱硫采用湿法脱硫技术,湿法脱硫技术已成为我国燃煤电厂烟气脱硫的首选工艺。
湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺是目前世界上燃煤电厂应用最广泛、技术最成熟的湿法脱硫技术。
该技术采用石灰石(CaCO3)浆液作洗涤剂,在反应塔(吸收塔)中对烟气进行洗涤,从而除去烟气中的SO2。
以前我国燃煤电厂烟气脱硫项目的引进大多对硬件比较重视,而对软件的重视程度不够,不少引进项目大多停留在购买设备上,但现在越来越注重烟气脱硫技术的国产化。
而国产化的关键在于掌握烟气脱硫的设计技术,只有实现烟气脱硫设计国产化,才能按市场规则选用更多质量优良、价格合理的脱硫设备,才有资格、有能力对脱硫工程实行总承包,承担全部技术责任,推动烟气脱硫设计国产化的进程。
因此我们在引进设计和制造技术,在消化吸收和创新方面还需要做大量的工作。
1.2国内外研究现状
1.2.1国内研究现状
我国政府十分重视二氧化硫污染治理及技术研究开发工作,自70年代开始,曾先后进行了亚纳循环法、活性炭吸附法、石灰石法等半工业性试验或现场中间试验。
80年代,在四川白马电厂建立了处理烟气量为70000m3/h(标态)的旋转喷雾干燥法脱硫工业试验装置,并于1991年正式移交生产运行。
“八五”期间,不同工艺的脱硫示范项目相继开展,如:
山东黄岛发电厂一台210MW旋转喷雾干燥法烟气脱硫、山西太原第一热电厂高速水平流简易石灰石湿法烟气脱硫、南京下关电厂2台125MW机组的炉内喷钙尾部烟气增湿活化脱硫、四川成都热电厂一台200MW电子束脱硫、深圳西部发电厂300MW机组海水脱硫等。
90年代,大型火电机组脱硫工作有了进一步发展,如国家电力公司在利用德国政府贷款引进具有90年代国际先进水平的德国斯坦米勒石灰石湿法脱硫技术,对北京第一热电厂、浙江半山发电厂和重庆发电厂进行烟气脱硫技术改造,以及华能重庆珞璜发电厂4台360MW引进日本三菱公司的石灰石湿法烟气脱硫商业装置等。
现今我国已拥有大型火电厂烟气脱硫自主知识产权的技术,并经过30万千瓦以上机组配套脱硫工程商业化运行的检验。
脱硫设备国产化水平大大提高。
从设备采购费用看,脱硫设备、材料的国产化率已可以达到90%以上,部分工程达到95%以上。
脱硫设施造价及运行成本大幅度降低,新建30万千瓦机组的单位千瓦烟气脱硫价格从保障质量的角度看可降到平均200元人民币左右。
在我国燃煤电厂脱硫市场中,湿法脱硫工艺所占的份额高达75%左右,且其中主要是采用传统的石灰/石灰石-石膏湿法脱硫工艺。
1.2.2国外烟气脱硫发展状况
近年来,世界各发达国家在烟气脱硫方面均取得了很大的进展,美国、日本和德国是世界上FGD技术开发和大规模应用的国家,在火电厂FGD领域处于领先地位。
日本是世界上控制SO2最有成效的国家,也是最早实行大规模FGD的国家。
截至1990年,其装置达1900多套,总装机容量达0.5~0.6亿kW,所用技术以湿式石灰石-石膏法为主,占75%以上。
日本湿式石灰石-石膏法大多回收脱硫石膏,以弥补国内石膏资源的不足,年利用脱硫250万吨以上。
近年来由于燃料结构的改变,如进口原油中含硫量的减少,液化天然气的增加,原子能发电、太阳能等无污染能源的发展,故烟气脱硫设施有减少的趋势。
美国自20世纪50年代开始研究电站烟气脱硫技术,到1988年美国电站己运行的烟气脱硫(FGD)控制容量66000MW,占燃煤电站总容量的20%以上,1990年底FGD控制容量己达71782MW,其FGD运行系统数量为159套。
德国电厂为了达到国家限定的排放标准,主要采用脱硫效率高的湿法脱硫工艺。
1.3课程设计任务及采用技术
1.3.1设计任务及目的
任务:
完成烟气脱硫工艺系统的设计。
烟气整体情况:
烟气量80万/h;含硫量:
1200mg/h;效率>95%
目的:
通过该设计,使学生能够综合运用课堂上学过的理论知识和专业知识。
以巩固和深化课程内容;熟悉使用规范、设计手册和查阅参考资料,培养学生分析问题、解决问题和独立工作的能力;进一步提高学生计算、绘图和编写说明书的基本技能。
1.3.2脱硫工艺采用的技术
该工艺采用的是湿式石灰石石膏脱硫法。
锅炉烟气经电除尘器除尘后,通过增压风机、喷淋增湿降温后进入吸收塔。
在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。
循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中,以便脱除SO2、SO3、HCL和HF,与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏(CaSO4•2H2O),并消耗作为吸收剂的石灰石。
循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中,通过喷嘴进行雾化,可使气体和液体得以充分接触。
每个泵通常与其各自的喷淋层相连接,即通常采用单元制。
在吸收塔中,石灰石与二氧化硫反应生成石膏,这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出,进入石膏脱水系统。
脱水系统主要包括石膏水力旋流器(作为一级脱水设备)、浆液分配器和真空皮带脱水机。
经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾,在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。
同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。
进行除雾器冲洗有两个目的,一是防止除雾器堵塞,二是冲洗水同时作为补充水,稳定吸收塔液位。
在吸收塔出口,烟气一般被冷却到46~55℃左右,且为水蒸气所饱和。
通过GGH将烟气加热到80℃以上,以提高烟气的抬升高度和扩散能力。
第二章脱硫工艺
2.1湿式石灰石石膏脱硫工艺介绍
2.1.1烟气脱硫原理
吸收液通过喷嘴雾化喷入吸收塔,分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。
这些液滴与塔内烟气逆流接触,发生传质与吸收反应,烟气中的SO2、SO3及HCl、HF被吸收。
SO2吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终形成石膏。
为了维持吸收液恒定的pH值并减少石灰石耗量,石灰石被连续加入吸收塔,同时吸收塔内的吸收剂浆液被搅拌机、氧化空气和吸收塔循环泵不停地搅动,以加快石灰石在浆液中的均布和溶解。
强制氧化系统的化学过程描述如下:
(1)吸收反应
烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触,循环浆液吸收大部分SO2,反应如下:
SO2+H2O→H2SO3(溶解)
H2SO3⇋H++HSO3-(电离)
吸收反应的机理:
吸收反应是传质和吸收的的过程,水吸收SO2属于中等溶解度的气体组份的吸收,根据双膜理论,传质速率受气相传质阻力和液相传质阻力的控制,
吸收速率=吸收推动力/吸收系数(传质阻力为吸收系数的倒数)。
强化吸收反应的措施:
a)提高SO2在气相中的分压力(浓度),提高气相传质动力。
b)采用逆流传质,增加吸收区平均传质动力。
c)增加气相与液相的流速,高的Re数改变了气膜和液膜的界面,从而引起强烈的传质。
d)强化氧化,加快已溶解SO2的电离和氧化,当亚硫酸被氧化以后,它的浓度就会降低,会促进了SO2的吸收。
e)提高PH值,减少电离的逆向过程,增加液相吸收推动力。
f)在总的吸收系数一定的情况下,增加气液接触面积,延长接触时间,如:
增大液气比,减小液滴粒径,调整喷淋层间距等。
g)保持均匀的流场分布和喷淋密度,提高气液接触的有效性。
(2)氧化反应
一部分HSO3-在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化,其它的HSO3-在反应池中被氧化空气完全氧化,反应如下:
HSO3-+1/2O2→HSO4-
HSO4-⇋H++SO42-
氧化反应的机理:
氧化反应的机理基本同吸收反应,不同的是氧化反应是液相连续,气相离散。
水吸收O2属于难溶解度的气体组份的吸收,根据双膜理论,传质速率受液膜传质阻力的控制。
强化氧化反应的措施:
a)降低pH值,增加氧气的溶解度
b)增加氧化空气的过量系数,增加氧浓度
c)改善氧气的分布均匀性,减小气泡平均粒径,增加气液接触面积。
(3)中和反应
吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子,使吸收液保持一定的pH值。
中和后的浆液在吸收塔内再循环。
中和反应如下:
Ca2++CO32-+2H++SO42-+H2O→CaSO4·2H2O+CO2↑
2H++CO32-→H2O+CO2↑
中和反应的机理:
中和反应伴随着石灰石的溶解和中和反应及结晶,由于石灰石较为难溶,因此本环节的关键是,如何增加石灰石的溶解度,反应生成的石膏如何尽快结晶,以降低石膏过饱和度。
中和反应本身并不困难。
强化中和反应的措施:
a)提高石灰石的活性,选用纯度高的石灰石,减少杂质。
b)细化石灰石粒径,提高溶解速率。
c)降低PH值,增加石灰石溶解度,提高石灰石的利用率。
d)增加石灰石在浆池中的停留时间。
e)增加石膏浆液的固体浓度,增加结晶附着面,控制石膏的相对饱和度。
f)提高氧气在浆液中的溶解度,排挤溶解在液相中的CO2,强化中和反应。
2.1.2空塔喷淋脱硫工艺
烟气通过电除尘器后进入吸收塔,在吸收塔内烟气向上运动且被吸收液滴以逆流方式所洗涤。
喷嘴为无堵塞螺旋喷嘴
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