火力发电厂1215300mw机组脱硫工艺设计说明书

火力发电厂1215300mw机组脱硫工艺设计说明书内容摘要：

贮存罐计算 .................................................................................... 51 第六章 事故浆液池的计算 ............................................................................................ 52 第七章 主要设备清单 .................................................................................................... 53 结 论 .............................................................................................................................. 58 致 谢 .............................................................................................................................. 59 参考文献 .......................................................................................................................... 60 1 第 一 部 分 火 力 发 电 厂 设 计 说 明 书 2 第一章 绪 论 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国 , 也是世界上少数几个以燃煤为主要能源的国家之一。 燃煤是造成大气污染的根本原因 , 也是形成 SO2 和酸雨的主要来源。 酸雨污染的加剧对生态系统、建筑物材料、农业和人体健康等方面均造成重大危害。 近几年我国火电行业发展很快 , 截至 2020 年底 , 我国火电厂装机容量达到 5. 5 亿千瓦 , 燃煤量超过 13 亿吨 , 煤耗量超过 13 亿吨。 火电厂二氧化硫排放总量为 13 万吨 , 占全国二氧化硫总排放量的 51%。 火电厂氮氧化物排放总量约为 800 万吨 , 占全国氮氧化物总排放量的 36%。 由此可见 , 火电厂是我国二氧化硫和氮氧化物排放控制的首要对象。 燃煤电厂机组进行脱硫建设或脱硫改造 , 必将越来越重要 , 也将成为新建或能否生存的必要条件之一 ,也是电力工业可持续发展与追球经济、环保和社会综合效益的必然要求。 火电机组脱硫工艺处理技术在国内火电机组烟气脱硫工程中得到了大量的应用，这些脱硫工艺处理技术基本都是从国外发达国家引进的。 我们在引进过 程中，不断地消化和吸收国外先进的脱硫技术，并通过一些火电机组脱硫工程示范项目的建设，逐渐掌握这些技术，同时完成脱硫装置的国产化，最终填补国家在环境保护中有关大气污染处理技术上的空白。 针对国内火电机组的实际情况，约 95％的火电厂采用湿法烟气脱硫技术，采用干法烟气脱硫技术的火电机组比较少，在湿法烟气脱硫技术中，基本上都采用石灰石．石膏法脱硫技术，原因是该技术成熟稳定，应用业绩最多且国内石灰石矿产量丰富，作为吸收剂的成本非常低。 该处理技术分为三个主要部分： 一是烟气与脱硫吸收剂进行化学反应的部分，该部分 是脱硫工艺的重点，主要有烟气的引入系统，原烟道、净烟道、烟道密封空气、烟道档板、烟气换热器和增压风机等；用于液体和气体进行化学反应的反应器吸收塔、浆液再循环系统、氧化风机系统和吸收塔除雾器等。 二是脱硫剂制备部分，主要有石灰石接收系统、石灰石输送系统和石灰石储存设备：石灰石磨制系统，湿式球磨机系统、石灰石浆液箱等。 三是脱硫副产品的处理部分，主要有石膏一级脱水系统旋流设备、石膏二级脱水系统真空皮带脱水机、石膏输送系统和储存系统等。 本文旨在通过对 300MW级火电机组的脱硫处理工艺设计，了解并逐渐掌握主要的湿 法脱硫工艺设计技术，获得足够的工程设计经验。 本文对 300MW级火电机组石灰石．石膏法脱硫处理技术进行了设计规划，完成了烟气和脱硫剂的物料平衡计算，按照应达到的脱硫率要求，计算需要投入消耗的原料和产出的物料之间的关系；进行系统设备的主要性能参数设定，完成系统设备的选型；进行相关辅助系统的设计计算，完成相关的物料平衡设计，完成脱硫系统工艺设计。 本文还对脱硫设计过程中的一些关键问题 (如吸收塔浆液循环量与烟气含硫量的关系等 )进行了探讨，为最终掌握石灰石 石膏法脱硫处理技术、优化设计以及主要设备国产化打下基 础。 目前 , 世界各国开发、研制、用来控制 SO2的脱硫技术概括起来已超过 200多种 , 尤其西方一些发达国家及日本、韩国等 , 脱硫技术已相当成熟。 归纳起来 ,主要有四大类 : 燃烧前脱硫 ( 原煤净化工艺 , 主要除无机硫 ) 、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫 (烟气脱硫 ) 和煤的转化利用技术。 最为广泛应用的是燃烧后脱硫 , 即烟气脱硫技术 , 也是目前世界最大规模商业化应用的脱硫方式 , 其他方法还不能在技术成熟程度和经济的承受能力等 3 方面与之竞争。 所谓烟气脱硫就是用化学或物理的方法将烟气中的 SO2予以固定和脱除。 按 脱硫方式和产物的处理形式 ,烟气脱硫一般可分为湿法、半干法和干法三类。 在这三类烟气脱硫技术中 ,湿法脱硫技术最成熟 ,工业应用最广泛 ,脱硫效率最高 ,但投资及运行费用也最高。 半干法脱硫效率中等 , 投资及运行费用较湿法低 ,综合经济性能较好。 干法脱硫投资及运行费用最低 ,且无结垢、腐蚀等问题 ,但脱硫效率有待于进一步提高。 在湿法脱硫技术中又以石灰石．石膏脱硫技术应用最典型和广泛，该工艺主要采用蕴藏量十分丰富的石灰石作为原料，石灰石成本低廉，是理想的吸收剂。 湿式石灰石．石膏法脱硫工艺是技术成熟、业绩多、运行状况稳定的脱硫工艺 ，脱硫率在 95％以上，而且适应各种机组和煤种，运行费用低和副产品易回收等优点。 在世界各国的大型火电厂中， 90％以上都采用湿式石灰石 石膏法烟气脱硫工艺技术。 石灰石 石膏湿法烟气脱硫系统的核心是吸收塔。 在吸收塔内进行的 SO2脱除过程按如下步骤进行： (1)烟气与喷入吸收塔的石灰石循环浆液接触，烟气中的 SO2通过物理扩散和化学反应生成亚硫酸根。 (2)在吸收塔下部的浆液池中，亚硫酸根被通入吸收塔内的氧化空气强制氧化成硫酸根，硫酸根与钙离子生成二水硫酸钙 (石膏 )。 (3)达到一定浓度的石膏浆液从浆液池排出，通过 石膏旋流器、真空皮带脱水机，分离出含水率小于 10％的石膏。 (4)脱硫是一个连续的化学反应过程，向吸收塔补充石灰石浆液根据脱硫工艺要求进行调节。 该工艺的化学反应原理如下： 二氧化硫的吸收 : SO2 (g) →SO 2 (l) ( 1 ) SO2 (l) ＋ H2O(l) →H ＋ ＋ HSO3－ ( 2 ) HSO3－ →H ＋ ＋ SO32－ ( 3 ) 石灰石的溶解 : CaCO3(s) →Ca 2+ ＋ CO32 ( 4 ) CO32＋ H＋ →HCO 3 ( 5 ) HCO3 ＋ H＋ →H 2O＋ CO2(aq) ( 6 ) CO2(aq) →CO 2(g) ( 7 ) 在有氧气的存在的情况下， HSO3－ 的 氧化 HSO3－ ＋ O2 →H ＋ ＋ SO42 ( 8 ) H＋ ＋ SO42 →HSO 4－ ( 9 ) CaCO3 和 CaCO4的结晶 Ca2+＋ SO32 ＋ H2O→CaCO 3 H2O （ 10） Ca2+＋ SO42 ＋ 2H2O→CaCO 32H2O （ 11） 在湿式石灰石 ,石膏法脱硫工艺中最具有代表性的吸 收塔脱硫技术有两种：喷淋吸收塔脱硫技术和液柱塔脱硫技术。 此两种脱硫技术的区别之处在于浆液喷射方式不同；喷淋吸收塔脱硫技术的脱硫吸收剂通过再循环泵将浆液送到吸收塔的上部，从吸收塔的上部向下喷射，浆液与上升的烟气进行传质接触反应，以达到脱除 S 的目的。 采取喷淋塔这样的工艺是基于经过多年研究形成了自有知识产权的喷淋技术，其主要工艺特点是：吸收塔采用圆形布置方式，根据烟气中含硫量大小和烟气流量，设计不同直径的吸收塔，以满足工艺脱硫效果。 布置一定数量的浆液循环泵，以达到相应的脱 4 硫效率，通过浆液循环泵，将石灰石浆液送到 布置在吸收塔上部的喷淋喷嘴向下进行喷射，浆液循环泵与浆液喷淋层构成单元布置，每层喷淋装置对应一台浆液循环泵；烟气从吸收塔中部进入，浆液在降落过程中与上升的烟气进行充分的接触并发生化学反应，从而达到脱除二氧化硫的目的。 喷淋层根据烟气和含硫量布置 3 层或更多，通过控制石灰石浆液循环泵的台数来适应锅炉的负荷变化；氧化池布置在塔的底部，发生了化学接触的反应物落入浆池内，与不断鼓入的氧化空气进行氧化，形成石膏晶体。 喷淋脱硫技术的优点是电耗小、运行成本相对较低、煤种适应广泛，缺点是检修不方便、循环泵的备用件换用比较；在高 硫煤、大机组等火电厂没有液柱塔技术优势明显。 液柱塔脱硫技术是通过再循环泵将浆液送到吸收塔的中部，从吸收塔的中部向上喷射，浆液在上升和下降的过程中与上升的烟气有 2 次接触时间，以提高 SO2 的脱除效率。 湿式石灰石 石膏脱硫技术主要有以下一些系统构成：烟气和吸收塔系统，这个系统是湿法脱硫装置的重要组成部分，主要有用于引入和排出烟气的烟道，在烟道上布置有烟气档板、烟气密封系统等辅助设备： BUF 增压风机、烟气换热器和热工测量仪表等设备：用于进行脱硫化学反应和传质接触的容器，这是脱硫系统中最重要的组成部分；主要有吸收塔 本体及附属结构、吸收塔干湿界面、吸收塔浆液再循环泵、吸收塔浆液喷淋层喷嘴、吸收塔搅拌器、吸收塔氧化空气、吸收塔石膏抽出泵、吸收塔除雾器、吸收塔排烟档板等相关设备和管道。 石灰石浆液制备系统，这个系统是湿法脱硫装置的吸收剂生产部分，将制备的石灰石浆液送入吸收塔进行化学反应，这个系统相对吸收塔系统来讲比较独立，主要有石灰石收集系统和石灰石磨制系统构成。 前者是将石灰石收集储存在石灰石仓内，后者是将储存在石灰石仓内的石灰石进行磨制，生产出合格的浆液供吸收塔使用。 主要设备有：石灰石接收装置、输送皮带机、斗轮提升机和石 灰石仓、石灰石称重皮带机、石灰石球磨机、石灰石浆液旋流器和石灰石浆液箱以及管道组成；有些系统不需要收集石灰石块，收集到的是石灰石粉，这样的方式可以减少脱硫噪音的产生，有利于环保。 石膏脱水系统，这个系统是湿法脱硫装置的副产品处理系统，吸收塔内生成 的石膏浆液，通过石膏旋流器和真空皮带脱水后变成含水量小于 10％的石膏晶体储存在石膏仓内，采用汽车运走。 主要设备有：石膏浆液一级脱水装置、石膏浆液箱、真空皮带脱水机、石膏输送皮带机和石膏仓装置。 还有一些为实现脱硫工艺要求的辅助系统，如工艺水系统，为 全脱硫装置提 供足够的工业用水：空压机系统，为装置提供足够的压缩空气：事故浆液系统， 为装置在事故状态或紧急情况下提供临时储存浆液和排出浆液的系统；集水坑系 统，收集系统冲洗水的装置，防止发生环境污染并回收。 湿法脱硫技术中还有其他一些技术： 电子束氨法脱硫技术：电子束氨法脱硫技术简称 EA—FGD技术，以氨作为脱硫脱硝剂，氨与烟气中的二氧化硫和硝化物混合后，在电子束的作用下生成硫酸氨和硝酸氨。 生成的硫酸氨和硝酸氨可以作为肥料，不产生二次污染。 氨法脱硫技术：氨法脱硫工艺 (NADS)是 近年来发展的一项新的湿法脱硫技 术，具有低投资，低能耗的特性。 氨法是用氨水洗涤含 SO2的废气，形成 (Nth)2SO3一 NH}HSO3的吸收液体系，该溶液中 (NH)2SO3对 SO2具有很好的吸收能力，它 是氨法中的主要吸收剂。 吸收 SO2以后的吸收液可用不同的方法处理获得不同的产品。 NADS氨．肥法烟气脱硫技术不产生任何二次污染，既没有废水，也没有新的废气，更没有废渣，氨可留在产品内，以氨肥的形式提供使用，因而产品实用价值较高，但氨易挥发，因而吸收剂的消耗量较大，另外氨的来源受地域及生产行业的限制较大。 5 双 碱法脱硫技术：双碱法烟气脱硫工艺是为了克服石灰石 /石灰法容易结垢的缺点而发展起来的。 它先用碱金属如 NaOH， Na2CO3， NaHCO3， Na2SO3等的水溶液吸收 SO2，然后在另一石灰反应器中用石灰或石灰石将吸收 SO2后的溶液再生，再生后的吸收液循环使用，而 SO2则以石膏的形式析出，生。