本文根据已知 600MW 机组对应的锅炉出口烟气成分、石灰石成分，结合我国最新 的要求进行脱硫系统的设计。首先，对当下常见的几种脱硫工艺进行综述性介绍，然后 通过对比各种工艺的优缺点以及适用范围，选出最适合本设计工况的除尘方式和脱硫工 艺。本次设计最终采用了电除尘器方式除尘和石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺进行脱硫。
本文主要介绍了除尘系统和脱硫工艺各子系统的工艺过程和设备的设计计算选型 以及布置，并且对烟道烟囱进行了尺寸的计算，以及系统阻力的核算。设计的系统主要 包括除尘系统、烟气系统、吸收系统、吸收剂浆液制备系统和石膏脱水系统。最后对本 设计做综述性评价和简单的经济分析。
关键词 ：脱硫；石灰石-石膏湿法脱硫；除尘；设备选型
I
The design of 600 MW unit’s desulfurization system
According to the known corresponding 600MW unit’s composition of flue gas and limestone, I design the desulfurization system combined with the latest requirements in our country. First of all, I summarized several common desulfurization process which is popular at present;
Then I compared the advantages and disadvantages of various technology and scope of application .At last, I choose the most suitable way of dust removal and desulfurization process. Eventually, I adopted the way of electrostatic precipitators and limestone-gypsum wet flue gas desulfurization process for desulfurization.
The artical mainly introduced the processes of the subsystems of the dedusting system、 the desulphurization process and the design and calculation of equipment for the selection and arrangement. At the same time, I calculate the size of chimney, and the resistance of the accounting system. The system mainly includes the dust removing system, flue gas sys-tem, absorption system, sorbent slurry preparation system, gypsum dewatering system. Finally I do a review assessment to this design and make a economic analysis.
Keywords : desulfurization；limestone-gypsum wet flue gas desulfurization；dedusting;
equipment selection
II
| 600MW机组脱硫系统的设计................................................................................................... I |
|---|
| 摘要............................................................................................................................................. I |
| ABSTRACT .............................................................................................................................. II |
| 1绪论...................................................................................................................................... 1 |
| 1.1 火电厂脱硫的背景...................................................................................................... 1 |
| 1.2 燃煤电厂烟气脱硫情况.............................................................................................. 1 |
| 1.3 最新燃煤电厂大气污染物排放标准.......................................................................... 2 |
| 2工程概况.............................................................................................................................. 4 |
| 2.1 已知设计参数.............................................................................................................. 4 |
| 2.2 设计原则及依据.......................................................................................................... 5 |
| 2.2.1设计原则........................................................................................................... 5 |
| 2.2.2设计依据........................................................................................................... 5 |
| 3脱硫工艺的选择.................................................................................................................. 7 |
| 3.1 常用烟气脱硫工艺...................................................................................................... 7 |
| 3.1.1石灰石-石膏法脱硫工艺.................................................................................. 7 |
| 3.1.2旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺（LSD法）.................................................. 9 |
| 3.1.3炉内喷钙加尾部增湿活化工艺（LIFAC法）............................................... 9 |
| 3.2 脱硫工艺对比............................................................................................................ 10 |
| 3.3 脱硫工艺的确定........................................................................................................ 10 |
| 3.4 本设计采用的脱硫系统............................................................................................ 11 |
| 3.5 石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺系统...................................................................... 11 |
| 3.5.1烟气系统......................................................................................................... 11 |
| 3.5.2 SO2吸收系统.................................................................................................. 11 |
| 3.5.3石灰石浆液制备系统..................................................................................... 12 |
| 3.5.4石膏脱水系统................................................................................................. 12 |
| 3.5.5供水和排放系统............................................................................................. 12 |
| 4物料平衡计算.................................................................................................................... 14 |
| 4.1 除尘、脱硫效率的计算............................................................................................ 14 |
| 4.1.1除尘效率的计算............................................................................................. 14 |
| 4.1.2脱硫效率的计算............................................................................................. 14 |
| 4.2 吸收剂消耗量的计算................................................................................................ 14 |
| 4.2.1净烟气中SO2浓度......................................................................................... 14 |
| 4.2.2石灰石消耗量................................................................................................... 14 |
| 5脱硫系统主要设备尺寸、规格的计算............................................................................ 16 |
| 5.1 除尘器........................................................................................................................ 16 |
| 5.1.1除尘器类型的确定......................................................................................... 16 |
| 5.1.2电除尘器的设计计算..................................................................................... 18 |
| 5.1.3电除尘器零部件设计与计算......................................................................... 20 |
| 5.1.4电除尘器总体尺寸的计算............................................................................. 21 |
| 5.2 烟气系统.................................................................................................................... 23 |
| 5.2.1旁路烟道......................................................................................................... 23 |
III
| 5.2.2 FGD入口烟道................................................................................................ 23 |
|---|
| 5.2.3 FGD出口烟道................................................................................................ 23 |
| 5.2.4烟气挡板门..................................................................................................... 23 |
| 5.2.5烟气换热器..................................................................................................... 24 |
| 5.3 SO2吸收系统............................................................................................................. 24 |
| 5.3.1吸收塔的选择................................................................................................. 24 |
| 5.3.2吸收塔尺寸设计计算..................................................................................... 25 |
| 5.3.3吸收塔附属设备的选型................................................................................. 27 |
| 5.3.4吸收塔高度的计算......................................................................................... 29 |
| 5.4 浆液制备系统的设计计算........................................................................................ 30 |
| 5.4.1浆液制备系统的选择..................................................................................... 30 |
| 5.4.2主要设备的计算............................................................................................. 30 |
| 5.5 其他系统设备设计选择............................................................................................ 32 |
| 5.5.1增压风机......................................................................................................... 32 |
| 5.5.2搅拌器............................................................................................................... 33 |
| 5.5.3石膏处置系统................................................................................................. 33 |
| 5.5.4废水排放系统和处理系统............................................................................. 34 |
| 5.5.5浆液排放与回收系统..................................................................................... 34 |
| 6烟囱的设计........................................................................................................................ 35 |
| 6.1 烟囱高度.................................................................................................................... 35 |
| 6.2 烟囱直径.................................................................................................................... 35 |
| 6.3 烟囱抽力.................................................................................................................... 36 |
| 7系统阻力的计算................................................................................................................ 37 |
| 7.1 管径的确定................................................................................................................ 37 |
| 7.2 摩擦压力损失............................................................................................................ 37 |
| 7.3 局部阻力损失............................................................................................................ 38 |
| 7.4 设备阻力损失............................................................................................................ 39 |
| 7.5 系统总阻力损失........................................................................................................ 39 |
| 8引风机和电动机的选择.................................................................................................... 40 |
| 8.1 工况下风机风量的计算............................................................................................ 40 |
| 8.2 风机风压的计算........................................................................................................ 40 |
| 8.3 电动机功率的计算.................................................................................................... 41 |
| 9工艺布置............................................................................................................................ 42 |
| 9.1 脱硫装置的平面布置的要求..................................................................................... 42 |
| 9.2 浆液管道布置要求..................................................................................................... 42 |
| 9.3 设备一览表................................................................................................................ 43 |
| 结 论...................................................................................................................................... 44 |
| 参考文献.................................................................................................................................. 45 |
| 外文文献.................................................................................................................................. 46 |
| 外文翻译.................................................................................................................................. 52 |
| 致谢.......................................................................................................................................... 63 |
IV
我国能源结构与世界其他国家显著不同，煤炭在中国能源资源结构中居绝对优势地 位，水能次之，油气相对较少。而煤炭的利用会产生各种各样的污染物，若不加以控制 将对人类健康和生态环境带来巨大危害。燃煤电厂是煤炭的最大用户，火电厂的 SO2 排放量在全国 SO2 总排放量中占有最大的比例，1995 年全国的 SO2 总排放量为 2370 万 t，排在世界第一位，也达到了国内最高纪录。其中电力行业排放 SO2 约为 800 万 t，到 2000 年电力行业的 SO2 年排放量约占到全国 SO2 总排放量的 44%，是 SO2 污染大户。 近年来，随着国民经济的发展、人民对环境保护意识的提高以及雾霾问题的加重，促使 我国开始加速对环境污染的治理。SO2 是大气的重要污染物之一，SO2 的排放可以引起 酸雨，对农作物、森林、建筑物和人体健康等方面造成严重的危害，造成了极大的经济 损失。另外，污染排放标准也越来越严格，按照《国务院关于印发“十二五”节能减排综 合性工作方案的通知》中的主要目标,到 2015 年,全国二氧化硫的排放总量要控制在 2086.4 万吨,同比 2010 年的 2267.8 万吨下降 8%[1] 。至今，针对火电行业大气污染物排 放己经进行了四次修订,最新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB-13223-2011)于 2012 年 1 月 1 日开始执行,新建机组于 2014 年 7 月 1 日开始执行新标准,新标准规定二氧化硫 的排放标准由 400mg/m3 降到了 100mg/m3 。因此，控制燃煤电厂 SO2排放已经势在必行。 1.2 燃煤电厂烟气脱硫情况
燃煤锅炉脱硫技术的研究到现在已有百年的历史，据统计，世界上现有的SO2脱除 技术已有上百种，其中很多种脱硫技术相当成熟，可应用于实际工程。燃烧前脱硫技术 主要有洗选煤、化学和生物等脱硫技术。燃烧中脱硫技术主要有循环流化床燃烧技术和 炉内喷钙技术，使用时往往与烟气脱硫联合使用。燃烧后脱硫也称烟气脱硫，是指对燃 煤经过燃烧以后所产生的含有SO2的烟气进行处理的技术。烟气脱硫技术具有脱硫效率 高、稳定性较好、安装费用较低等优点，是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方 法。
我国烟气脱硫技术起步虽早但是发展相当缓慢,而且仅限于有色冶金废气与硫酸尾 气的净化。70年代初开始进行燃煤发电厂烟气脱硫的试验,但是我国对燃煤发电厂大烟
1
气量工业化的烟气脱硫装置的研究还不够深入。国家为了鼓励研究开发烟气脱硫技术, 有目的有计划地引进了国外先进的技术和装置,以日本、欧美的技术为主。随着国家科 技的迅猛发展,烟气脱硫技术有了大大的提高。目前国内外防治二氧化硫的途径有很多, 但是从成本费用与科技技术要求方面考虑,在相当长的一段时间内防治二氧化硫的方法 仍然会以烟气脱硫为主体。我国目前采用的主流烟气脱硫技术还是石灰石-石膏湿法烟 气脱硫。石灰石-石膏湿法烟气脱硫所产生的副产品对环境和大气没有新的污染威胁,而 选择工艺安全可靠,简单环保,经济合理的烟气脱硫技术也是我国选择脱硫技术所要考虑 的因素。因此石灰石-石膏湿法烟气脱硫被大规模的应用，得到了商业化的运行。随着 生物技术等高科技的不断发展,一系列高新且适用性强的脱硫技术将会代替经典、传统 的脱硫技术。
比如下列所述新型技术:
电子束烟气脱硫技术工艺。此工艺是二十世纪70年代日本制作提出并完成研究的。 目前仅适于在中小型的装置应用。
荷电干式喷射工艺。荷电干式喷射工艺是美国能源公司在20世纪末研究开发出来的 技术,其特点是投资小、占地小并且没有废水。但有很多劣势需要改进。目前国内广州 造纸有限公司自备热电厂、山东德州热电厂均采用该技术。
膜法烟气脱硫技术。该技术是目前仍然在研究阶段的技术,但是实验结果已经证明该 技术的脱硫率可以达到90%,膜法烟气脱硫技术是有着巨大应用潜力的烟气脱硫技术,也 将会是未来湿法脱硫领域的研究热点。
1.3 最新燃煤电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011代替GB13223-2003）
自2014年7月1日起，现有火力发电锅炉及燃气轮机组执行表1-1规定的烟尘、二
氧化硫、氮氧化物和烟气黑度排放限值。
自2012年1月1日起，新建火力发电锅炉及燃气轮机组执行表1-1规定的烟尘、二
氧化硫、氮氧化物和烟气黑度排放限值。
2
单位：mg/m3
| 污染物项目 | 适用条件 | 限值 | 污染物排放监控位置 |
|---|---|---|---|
| 烟尘 | 全部 | 30 | |
| 100 | |||
| 新建锅炉 | 200 （1） |
||
| SO2 | 200 | 烟囱或烟道 | |
| 现有锅炉 | 400 （1） |
||
| 氮氧化物以（NO2 | 100 | ||
| 计） | 全部 | 200 （2） |
|
| 汞及其化合物 | 全部 | 0.03 |
注：(1) 位于广西壮族自治区、重庆市、四川省和贵州省的火力发电锅炉执行该限值。
(2) 采用 W 型火焰炉膛的火力发电锅炉，现有循环流化床火力发电锅炉，以及 2003
年 12 月 31 日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉执行该限 值。
3
山西某电厂拟安装 2 台国产 600MW 超临界燃煤汽轮发电机组，配套建设除尘、脱 硫、脱硝装置。本课题将为该电厂 600MW 机组锅炉烟气脱硫装置进行初步设计。 已定参数如下：
表2-1 锅炉出口烟气参数
| 烟气成分 | 体积流量Nm3/h | 体积百分比%.wet | 体积百分比%.dry |
|---|---|---|---|
| H2O(g) | 116,640 | 5.4 | — |
| N2(g) | 1,636,862 | 75.7806 | 80.1064 |
| O2(g) | 132,840 | 6.1500 | 6.5011 |
| CO2(g) | 271,512 | 12.5700 | 13.2875 |
| SO2(g) | 1,797 | 0.0832 | 0.0879 |
| SO3(g) | 66 | 0.0031 | 0.0033 |
| NOx(g) | 163 | 0.008 | 0.0080 |
| HCl(g) | 63 | 0.0031 | 0.0031 |
| HF(g) | 55 | 0.0027 | 0.0027 |
| DUST(s) | 2 | - | - |
| TOTAL | 2,160,000 | 100 | 100 |
| 项目 | 单位 | 数据 |
|---|---|---|
| 烧失量 | wt-％ | 41.16 |
| H2O | wt-％ | 0.3 |
| CaO | wt-％ | 51.98 |
| MgO | wt-％ | 2.96 |
| SiO2 | wt-％ | 0.54 |
| Fe2O3 | wt-％ | 0.12 |
| Al2O3 | wt-％ | 0.54 |
| SiO2 | wt-％ | 1.23 |
| 其他微量元素 | wt-％ | 1.71 |
| 粒径 | mm | 20 |
4
2.2.1 设计原则
1） 脱硫装置的设计要保证能快速启停(旁路挡板有快速开启功能)。
2） FGD 装置性能：
能适应锅炉最低稳燃负荷（40%BMCR）工况和 100%BMCR 工况之间的任何负荷。
FGD 装置在没有大量的和非常规的操作或准备的情况下，能通过冷或热起动程序投 入运行。
在锅炉运行时，FGD 装置和所有辅助设备能投入运行而对锅炉负荷和锅炉运行方式 不产生任何干扰。
FGD 装置能够在烟气排放浓度为最小值和最大值之间任何点运行，并确保排放指标 不大于保证值。
3） 最低停运温度不低于 170℃。
4） 整套 FGD 系统及其装置的设置能够满足整个系统在各种工况下自动运行的要求， FGD 装置及其辅助设备的启动、正常运行监控和事故处理应在 FGD 电子设备间实现完 全自动化。
5） 在电源故障时，所有可能造成不可挽回损失的设备，应同由业主提供的保安电源连 接。
6） 在装置停运期间，各个需要冲洗和排水的设备和系统能实现自动冲洗和排水。在短 期停运或事故中断期间，主要设备和系统的排水和冲洗应能通过 FGD_DCS 的远方操作 实现。
7） 对于容易损耗、磨损或出现故障并因此影响装置运行性能的所有设备设计成易于更 换、检修和维护。
8） 在设备的冲洗和清扫过程中产生的废水应收集在 FGD 岛的排水坑内，然后送至吸 收塔系统中重复利用的设备。
9） FGD 装置可用率不小于 99%。
10） FGD 装置服务寿命为 30 年。
2.2.2 设计依据
5
《大气污染物综合排放标准》(GB16297—1996)；
《环境空气质量标准》(GB3095—2012)；
《火力发电厂烟气脱硫设计技术规程》(DL/T5196—2004)；
《火力发电厂设计技术规程》(DL5000—2000)；
《火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石/石灰—石膏法》(HJ/T179—2005)；
《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》(DL/T5121—2000)；
《环境空气质量标准》（GB3095—2012）；
《工业设备及管道绝热工程设计规范》（GB50264—97）。
6
预览结束 · 共 68 页
下载完整版