第一章绪论 (2)1.1设计的背景及意义 (2)1.2国内外研究现状 (3)1.2.1 烟气脱硫技术现状 (3)1.2.2 我国烟气脱硫技术研究开发进展 (5)1.3课程设计任务及采用技术 (8)1.3.1 设计任务及目的 (8)1.3.2 脱硫工艺采用的技术 (8)第二章脱硫工艺 (10)2.1脱硫过程 (10)2.2低阻高效喷雾脱硫工艺 (11)2.3脱硫系统组成 (12)2.4本技术工艺的主要优点 (15)2.5物料消耗 (15)第三章工程计算 (17)3.1脱硫塔 (17)3.2物料恒算 (18)第四章脱硫工程内容 (20)4.1脱硫剂制备系统 (20)4.2烟气系统 (20)4.3SO2吸收系统 (20)4.4脱硫液循环和脱硫渣处理系统 (22)4.5消防及给水部分 (23)第五章流程图 (25)5.1方框流程图 (25)5.2管道仪表流程图 (25)第六章参考文献 (26)第一章绪论1.1 设计的背景及意义中国是燃煤大国,能源结构中约有70%的煤。
而又随着近年来中国经济的快速发展,由日益增多的煤炭消耗量所造成的二氧化硫污染和酸雨也日趋严重,给农业生产和人民生活带来极大的危害,因此,采取有效的烟气治理措施,切实削减二氧化硫的排放量,控制大气二氧化硫污染、保护大气环境质量,事关国家可持续发展战略,是目前及未来相当长时间内中国环境保护的重要课题之一。
就目前的技术水平和现实能力而言,烟气脱硫((Flue gas desulfurization，缩写FGD)技术是世界上应用最广泛、最经济、最有效的一种控制SO2排放的技术。
按照脱硫方式和产物的处理形式划分,烟气脱硫一般可分为湿式脱硫、干式脱硫和半干式脱硫三类。
湿法脱硫占世界80%以上的脱硫市场,是目前世界上应用最广的FGD工艺,具有设备简单、投资少、操作技术易掌握、脱硫效率高等特点。
而湿式石灰石/石灰法又占湿法的近80%。
湿式钙法的优点是效率和脱硫剂的利用率高,缺点是设备易结垢,严重时造成设备、管道堵塞而无法运行,且工程投资大、运行成本高,对于中小型锅炉和窑炉不合适。
双碱法正是中小型燃煤锅炉和发电厂应用较广的烟气脱硫技术,为了克服湿法石灰/石灰石-石膏法容易结垢和堵塞的缺点而发展起来的。
该法种类较多,有钠钙双碱法、钙钙双碱法、碱性硫酸铝法等,其中最常用的是钠钙双碱法。
由于主塔内采用液相吸收,吸收剂在塔外的再生池中进行再生,从而不存在塔内结垢和浆料堵塞问题,从而可以使用高效的板式塔或填料塔代替目前广泛使用的喷淋塔浆液法,减小吸收塔的尺寸及操作液气比,降低成本,再生后的吸收液可循环使用。
另外,该工艺有钠碱法中反应速度快的优点,脱硫效率高--可达90%以上,应用较为广泛。
因此双碱法脱硫工艺在中小型燃煤锅炉的除尘脱硫上有推广价值,符合国家目前大力提倡的循环经济,具有显著的环境效益和社会效益。
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 烟气脱硫技术现状烟气脱硫的历史悠久,早在一百多年前就有人进行了这方面的研究"据1990年美国环保局(EPA)统计,世界各国开发、研究、使用的502控制技术达189种,预计目前已超过200种"这些技术归纳起来可分为三大类:(l)燃烧前脱硫,如洗煤、微生物脱硫件;(2)燃烧中脱硫,如工业型煤固硫、炉内喷钙;(3)燃烧后脱硫,即烟气脱硫(FGD)"FGD法是世界上唯一大规模商业化的脱硫技术"FGD技术,主要是利用吸收剂或吸附剂去除烟气中的502,并使其转化为较稳定的硫的化合物"FGD技术种类繁多,但是真正工业化的只有十几种"FGD技术按脱硫后产物的含水量大小可分为湿法、半干法和干法;按脱硫剂是否再生分为再生法和不可再生法;按脱硫产物是否回收分为回收法和抛弃法"其中湿法脱硫技术应用约占整个工业化脱硫装置的85%左右,而湿式石灰石/石灰法又占湿法的近80%,在现有烟气脱硫技术中占主导地位。
近年来,世界各国在烟气脱硫(FGD)方面均取得了较大进展"目前常用的工业化的FGD技术有: (l)湿法石灰石/石灰烟气脱硫技术该法是利用成本低廉的石灰石或石灰作为吸收剂吸收烟气中的502,生成半水亚硫酸钙或石膏"这种技术曾在70年代因其投资大!运行费用高和腐蚀!结垢!堵塞等问题而影响了其在火电厂中的应用"经过多年的实践和改进,工作性能和可靠性大为提高,投资与运行费用显著减少"该法主要优点为:a.脱硫效率高(有的装置C留S=1时,脱硫效率大于90%);b.吸收剂利用率高,可大于90%;c.设备运转率高(可达90%以上)"该法是目前我国引进的烟气脱硫装置中主要方法"主要缺点是投资大、设备占地面积大、运行费用高。
七五期间重庆路磺电厂引进日本三菱重工的与2又360MW机组配套2套湿式石灰石/石膏法烟气脱硫技术与设备,率先建成了大型电厂锅炉烟气脱硫示范工程,并于1992年和1993年正式投入商业运转,系统脱硫率达95%以上,副产品石膏纯度高于90%。
目前,从设计上综合考虑加强反应控制,强制氧化,从而减少吸收塔和附属设备体积、降低电耗、减少基本建设投资和运行费用"选用耐腐蚀材料,提高吸收塔及出口烟气、挡板、除雾装置等的使用寿命,提高气液传质效率,建造大尺寸的吸收塔等因素,对此项技术作了进一步改进和提高。
(2)氨法氨法烟气脱硫采用氨作为二氧化硫的吸收剂,氨与二氧化硫反应生成亚硫酸馁和亚硫酸氢钱,随着亚硫酸氢钱比例的增加,需补充氨,而亚硫酸按会从脱硫系统中结晶出来"在有氧气存在的情况下还可能发生氧化反应生成硫酸钱"该法根据吸收液再生方法不同,可以分为氨一酸法!氨一亚硫酸按法和氨一硫按法"影响氨法脱硫效率的主要因素是脱硫液的组成,受溶液蒸气压和pH值的影响"氨法的主要优点是脱硫剂利用率和脱硫效率高,且可以生产副产品"但氨易挥发,使得吸收剂的消耗量增加,产生二次污染。
此外该法还存在生产成本高!易腐蚀!净化后尾气中含有气溶胶等问题。
(3)双碱法脱硫工艺为了克服石灰/石灰石法容易结垢和堵塞的缺点,发展了双碱法。
该法先用可溶性的碱性清液作为吸收剂吸收50:,然后再用石灰乳或石灰对吸收液进行再生。
双碱法的明显优点是,由于主塔内采用液相吸收,吸收剂在塔外的再生池中进行再生,从而不存在塔内结垢和浆料堵塞问题,从而可以使用高效的板式塔或填料塔代替目前广泛使用的喷淋塔浆液法,减小吸收塔的尺寸及操作液气比,降低成本"另外,双碱法可得到较高的脱硫率,可达80%以上,应用范围较广,该法的主要缺点是再生池和澄清池占地面积较大。
(4)喷雾干燥法烟气脱硫技术这种技术属半干法脱硫技术,多数采用旋转喷雾器,石灰浆液作吸收剂,以细雾滴喷入反应器,与二氧化硫反应并同时干燥,在反应器出口,随着水分蒸发,形成了干的颗粒混合物"其工艺特点是投资较低,设计和运行费用较为简单,占地面积较少,脱硫率一般为60一80%"在西欧的德国、奥地利、意大利、丹麦、瑞典、芬兰等国家应用比较多"美国也有巧套装置(总容量500OMW)在运行,燃煤含硫量一般不超过1.5%,脱硫效率均低于90%。
沈阳黎明发动机厂从丹麦引进技术并建成一套S000ONm3/h工业装置,并对低硫煤(含硫率0.97%)烟气进行了脱硫试验,在钙硫比为2.2时,取得80%的系统总脱硫效率。
(5)炉内喷吸收剂/增湿活化烟气脱硫工艺该法是一种将粉状钙质脱硫剂直接喷入燃烧锅炉炉膛的技术,由于投资及运行费用较低,该类工艺方法在近期内取得较大进展,在西北欧广大国家均已有工业运行装置。
芬兰IVO公司开发了炉内喷钙/活化脱硫工艺(LIFAC),克服了脱硫效率不高及粉尘比阻升高而影响除尘效果的弊端,具体做法是:在锅炉尾部安活化反应器,将烟气增湿,使剩余的吸收剂活化与502反应"其工艺简单,占地小,主要适用于中!低硫煤锅炉,脱硫率一般为60一80%。
其主要缺点是脱硫剂消耗量大,易产生粉灰,使除尘负荷加重"南京下关电厂引进LIFAC全套技术,配套125MW 机组(燃煤含硫率0.92%),设计脱硫率75%。
(6)海水脱硫技术这是一种投资低,运行费用低,易管理的脱硫工艺,适用于燃煤含硫量不高,并以海水为循环冷却水的电厂。
己投运或工程建设中的国家有挪威、西班牙、英国等沿海国家现有20多套商业运行系统。
烟气处理总量达6.59x106m3/h,相当于装机容量2150MW,其中单项工程最大处理量为l.o3xlo6M3/h,相当于装机容量375Mwl0]。
该法以利用天然纯海水(碱度1.2一2.5们n们以01/1)作为烟气中的二氧化硫吸收剂,工艺简单,无结垢、堵塞现象。
董学德等人曾认为这是一种符合我国国情,并值得在国内火电厂试点的脱硫工艺,但该法产生的废弃物以及热污染对附近海洋生态的影响尚不清楚"此法已应用于深圳西部电厂一台200MW的机组,在校核工况下,脱硫率七70%,曝气池出口排放海水的pH七6.5,FGD系统出口烟气温度>=70℃(7)电子束烟气脱硫技术该法是采用高能电子束照射烟气,使烟气中的N2、O2和水蒸气等发生辐射反应,生成大量的离子!自由基!原子!电子和各种激发态的原子、分子等活性物质,它们将烟气中的SO2和NOx氧化为SO3和NO2。
这些SO3和NO2与水蒸气反应生成硫酸和硝酸,再与氨反应生成硫酸按与硝酸按。
该工艺特点是同时脱硫脱硝,无废水排放,运行操作简单,副产品可用作氮肥,但其核心设备加速器昂贵限制其推广应用。
1.2.2 我国烟气脱硫技术研究开发进展八十年代以来,特别是在九五和十五期间,我国自主开发研究了一批烟气脱硫技术,其中较为典型的有:(l)旋流板塔烟气脱硫法该法主要是以旋流板塔为吸收塔的一种脱硫方法。
旋流板塔是浙江大学发明的新型塔器,具有负荷高、压降低、不易堵、弹性宽等优点,其综合性能优于国内外普遍使用的湿法吸收器。
浙江大学对旋流板塔烟气脱硫法已有二十年的研究,并承担了七五、九五、十五0863国家重点科技攻关项目脱硫的课题,对旋流板塔法应用各种吸收剂和添加剂时的脱硫机理和应用进行了大量的研究。