摘 要
煙氣脫硫是目前世界上唯壹大規模商業化應用的脫硫方式，是火力發電廠控制酸雨和二氧化硫汙染的主要技術手段。煙氣脫硫裝置的投資要花費巨大的資金，國內火力發電廠煙氣脫硫工程絕大多數是從國外進口設備，國內只負責安裝。利用國外技術和設備必然使得工程的造價十分昂貴，若實現技術和設備國產化，就可以大大降低煙氣脫硫工程造價，從而使得煙氣脫硫裝置在我國大規模應用成為可能。
本設計針對畢業設計任務書中所給出的煙氣含量和脫硫要求，結合我國煙氣脫硫的技術現狀而設計出的壹套較完備的煙氣脫硫系統。做此設計的目的是為煙氣脫硫技術的國產化積極的作準備。
本設計的主要工作為：
介紹了現有的煙氣脫硫的工藝並進行分析之後決定了系統的脫硫方法為濕式石灰石-石膏法。
介紹了壹些主要的脫硫裝置和類型，比較選擇之後確定了吸收塔的類型、流程。
對濕式石灰石-石膏煙氣脫硫工藝的各個子系統進行了介紹並大致確定了本工藝中選用各子系統的的處理流程、裝置和設備。
設計了系統的管路通風圖，包括煙道、裝置和煙囪。據此逐段計算了管道的壓損、流量、溫降等，並根據以上數據對脫硫風機和石灰石漿液再循環泵進行了選型。
對所設計的煙氣脫硫工藝進行了技術經濟分析。
最後得出總的結論，並提出了工藝中存在的主要問題和幾點建議。
關鍵字： 濕法石灰石－石膏法 煙氣脫硫系統的構成 管道計算 技術經濟分析
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煙氣脫硫技術的現狀------------------------------------2
1.1.1煙氣脫硫經典工藝------------------------------------2
1.1.2新工藝發展現狀------------------------------4
1.2國外煙氣脫硫技術簡介--------------------------------6
1.3煙氣脫硫技術的發展趨勢與前景-----------------------6
1.3.1新工藝發展趨勢-------------------------------6
1.3.2煙氣脫硫技術發展的前景------------------------7
第2章 系統脫硫方案的確定和凈化設備的選擇----------8
2.1 系統脫硫方案的確定----------------------------8
2.1.1 煙氣脫硫技術的各個種類的特點--------------------8
2.1.2 選擇工藝方案時所考慮的因素------------------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 石膏結晶-----------------------------16
2.2.5 石灰石溶解--------------------------16
2.2.6 小結-------------------------------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壹步確定---------------18
2.3.3 小結--------------------------------19
第3章 石灰石－石膏煙氣脫硫系統的構成--------------21
3.1 石灰石漿制備系統----------------------------------21
3.2 煙氣再熱系統----------------------------------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-----------------------------------26
3.3 SO2 吸收系統-----------------------------------26
3.4 石膏制備及處置系統---------------------------27
3.5 脫硫風機---------------------------------------29
3.6 廢水處理-------------------------------------30
3.7 公***系統-------------------------------------31
3.8 小結----------------------------------------------31
第4章 設計計算和配用設施的選擇------------------33
4.1 概述--------------------------------33
4.2 設計計算------------------------------33
4.2.1 基本數據-----------------------------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 管段計算-----------------------------------35
4.3 風機、電動機和循環泵的選擇-----------------43
4.3.1 風機和電動機選擇及計算----------------43
4.3.2 吸收塔循環泵的選擇--------------------45
第5章 系統的技術經濟分析-----------------47
5.1 技術經濟分析的目的和意義---------------------47
5.2 系統技術分析-----------------------------------47
5.2.1 系統技術指標及其分析---------------------47
5.2.2 煙氣脫硫裝置對鍋爐和煙氣系統的影響---------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雜程度---------------49
5.2.5 煙氣脫硫裝置的成熟程度-------------------49
5.3 經濟評價------------------------------49
5.4 小結----------------------------------50
第6章 結論與建議-------------------------------------51
6．1 結論----------------------------------------------51
6．2 問題與建議----------------------------------------52
6．2．1 存在的問題-----------------------------------52
6．2．2 幾點建議-------------------------------------52
畢業設計結論--------------------------------------54
致謝-----------------------------------------------------55
參考文獻------------------------------------------56
第1章 前言
隨著我國經濟的快速發展，煤炭消耗量不斷增加，二氧化硫的排放量也日趨增多，造成二氧化硫汙染和酸雨的嚴重危害。據最新報道[1]，1999年我國二氧化硫排放總量為1857萬噸，其中工業來源為1460萬噸，生活來源為397萬噸。酸雨區面積占國土面積的30％，主要分布在長江以南、青藏高原以東的廣大地區及四川盆地。對106個城市的降水pH值監測結果統計表明，降水年均pH值低於5.6的有43個城市，占統計城市的40.6％。統計的59個南方城市中，降水年均pH低於5.6的有41個，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，金屬和建築材料被腐蝕[2]。空氣中的二氧化硫也嚴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汙染，1990年12月，國務院環委會第19次會議通過了《關於控制酸雨發展的意見》。自1992年在貴州、廣東兩省，重慶、宜賓、等九個城市進行征收二氧化硫排汙費的試點工作。1995年8月，全國人大常委會通過了新修訂的《大氣汙染防治法》。1998年2月17日，國家環保局召開了酸雨和二氧化硫汙染綜合防治工作會議。這都說明我國政府高度重視酸雨和二氧化硫汙染的防治。
國家環保局局長解振華指出[4]：“成熟的二氧化硫汙染控制技術和設備是實現兩控區控制目標的關鍵因素。”他同時指出：為了實現酸雨和二氧化硫汙染控制目標，要加快國產脫硫技術和設備的研究、開發、推廣和應用。因此研究開發適合我國國情的煙氣脫硫技術和裝置，吸收消化國外先進的脫硫是當前的迫切任務。
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、爐內噴鈣[6]等。
（3）燃燒後脫硫，即煙氣脫硫（FGD），是目前應用最廣、效率最高的脫硫技術。
1.1 煙氣脫硫技術的現狀
1.1.1 煙氣脫硫經典工藝
煙氣脫硫(FGD)是目前世界上唯壹大規模商業應用的脫硫方式,也是最經濟切實可行的方法。迄今為止,世界各國研究開發的FGD技術估計超過了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物的幹濕狀態分為濕法、半幹法和幹法[7]。
1.1.1.1 濕法脫硫
這是目前較成熟、運行較穩定的方法。由於是氣液反應,脫硫反應速率快、效率高、脫硫劑利用率高。但其廢水處理量大,運行成本
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,在吸收塔內對SO2煙氣進行洗滌吸收的方法,其產物為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),由於其鼓入氣體使料液更為均勻,脫硫率更高,其堵塞和結垢的幾率大大降低。
(3)雙堿法
此法種類較多,主要是鈉堿雙堿法。即采用NaCO3或NaOH溶液為第壹吸收液,再用石灰石或石灰溶液為第二堿液使之再生,再生後溶液繼續循環使用。此法得到的SO2仍以CaSO3 和CaSO4的形式沈澱出來。
(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,是美國和日本應用較多的脫硫方法。此法實際上是采用Na2CO3和NaHSO3混合液為吸收劑。當吸收劑中NaHSO3濃度達到80%-90%時,就要對吸收劑進行再生,可獲得較高濃度的SO2和Na2CO3。再生後的Na2CO3可用於循環使用, SO2可用於生產硫酸。對煙氣的吸收效率可達到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。這些方法由於吸收效率不高,應用範圍較窄。
1.1.1.2半幹法脫硫
(1)爐內噴鈣式活化(LIFAC)法
是在傳統爐內噴鈣法基礎上增加了活化反應器,並促進噴水增濕。脫硫效率可達到75%-80%左右。
(2)旋轉噴霧幹燥(SDA)法
此法是利用噴霧幹燥的原理,將吸收劑(如石灰漿液)霧化噴入吸收塔內,使得吸收劑與煙氣中的SO2發生化學反應。得到的固體以廢渣形式排出。
1.1.1.3幹法脫硫
傳統是用石灰蘇打(CaO-Na2CO3)幹粉來除去煙道內廢氣所含的SO2。從而得到幹粉狀鈣鹽和鈉鹽及未反應的幹燥粉塵的混合產物的方法。
1.1.2 新工藝發展現狀
由於傳統工藝存在效率低、操作復雜等特點,在科技的發展和環保要求下,許多國家已不局限於傳統經典工藝。所以,新工藝不斷被研究開發出來。
(1)荷電幹式噴射脫硫(CDSI)法。
此法是美國ALANCO公司開發的專利技術。其技術核心是吸收劑以高速通過高壓靜電電暈充電區,得到強大的靜電荷後,被噴射到煙氣中,擴散形成均勻的懸浮狀態。此法投資及占地僅為傳統濕法的10%~27%。但脫硫效率相對較低。
(2)電子束照射(EBA)法
其原理是在煙氣進入反應器之前先加入氨氣,然後在反應器中用電子加速器產生的電子束照射煙氣,使水蒸氣與氧等分子激發產生氧化能力強的自由基,這些自由基使煙氣中的SO2很快氧化,產生硫酸。再和氨氣反應形成硫酸氨。其主要特點是系統簡單,操作方便,過程易於控制,副產物可用於生產化肥。脫硫成本低於傳統方法。但此法需要大功率、長期溫度的電子槍,同時需要防輻射屏蔽。
(3)脈沖電暈等離子體(PPCP)法。
是日本專家增田閃壹在EBA法的基礎上提出的。它是*脈沖高壓電源在普通反應器中形成等離子體,產生高能電子。此法設備簡單,操作簡便,投資是EBA法的60%。
除以上介紹的以外,近年發展的新工藝還有ABB公司開發的新型集成半幹式脫硫(NID)法,適合於海邊工廠的海水脫硫工藝、常溫精脫硫工藝[8]等。
1.2 國外主要的幾種煙氣脫硫技術簡介
(1) LIFAC脫硫工藝[9]
（1.1.1.2半幹法脫硫中已經提到）芬蘭IVO公司和Tampella公司開發了LIFAC脫硫工藝,這項技術是改進的石灰石噴射工藝,進壹步提高了脫硫率。它的主要優點是,耗電量小,經濟效益高,工藝設備簡單,投資明顯低於濕式和霧化幹式脫硫方法,且無廢水排放。同時維修較方便,占地面積小。
(2) 尿素法[10]
尿素法凈化煙氣工藝由俄羅斯門捷列夫化學工藝學院等單位聯合開發,可同時去除SO2和NOX,SO2的脫除率可達99%～100%,NOX脫除率大於95%。對設備無腐蝕作用, NOX,SO2的脫除率與煙氣中NOX,SO2的濃度無關,尾氣可直接排放,吸收液經處理後可回收硫酸銨。
此外還有丹麥開發的SNOX技術[9，11]和微生物煙氣脫硫技術。
1.3 煙氣脫硫技術的發展趨勢與前景
1.3.1 新工藝發展趨勢
各項資料顯示,國外最新脫硫技術研究主要有以下幾個特點。
(1)除塵、脫硫、脫氮壹體化
由於硫氧化物、氮氧化物同是國家限制排放的汙染物,而分開處理明顯增加了設備的投資和空間的占用。
(2)自動化技術更加明顯
最新的幾個脫硫工藝更多的是向幹法脫硫方向發展,而幹法脫硫是最容易達到自動化目的。這也是向社會不斷發展的電子技術*攏。相應的,其科技含量也將越來越高。
(3)生產成本不斷下降
新工藝的脫硫成本相對較低,在這個講究經濟效益的時代要想不被淘汰,其各項成本應越低越好。
1.3.2煙氣脫硫技術發展的前景
在未來十幾年內，循環流化床煙氣脫硫裝置在我國電廠脫硫應用中將會有巨大的潛力和應用前景，同時海水煙氣脫硫裝置在我國沿海電廠，海水資源方便的地區將會有不可替代的優勢。
微生物法用於煙氣脫硫將具有不需高溫、高壓、催化劑,均為常溫常壓下操作,操作費用低、設備要求簡單,利用微生物脫硫,營養要求低,無二次汙染等特點。因此,微生物煙氣脫硫是實用性強、技術新穎的生物工程技術,具有誘人的應用前景,應引起重視,加速開發。
我國FGD技術進展我國煙氣脫硫技術基本處於試驗階段。從試驗結果看,有幾項技術已接近世界水平,如清華大學煤清潔燃燒工程研究中心開發的幹式循環流化床煙氣脫硫技術、液柱噴射煙氣脫硫除塵集成技術已受到廣泛重視。