（完整word版）⽯灰⽯-⽯膏湿法脱硫系统的设计计算 ⽯灰⽯-⽯膏湿法脱硫系统
设计
(内部资料)
编制:xxxxx环境保护有限公司
2014年8⽉
1.⽯灰⽯-⽯膏法主要特点
（1）脱硫效率⾼，脱硫后烟⽓中⼆氧化硫、烟尘⼤⼤减少，脱硫效率⾼达95％以上。
（2）技术成熟，运⾏可靠性⾼。国外⽕电⼚湿法脱硫装置的投资效率⼀般可达98％以上，特别是新建的⼤机组采⽤湿法脱硫⼯艺，使⽤寿命长，可取得良好的投资效益。
（3）对燃料变化的适应范围宽，煤种适应性强。⽆论是含硫量⼤于3％的⾼硫燃料，还是含硫量⼩于1％的低硫燃料，湿法脱硫⼯艺都能适应。
（4）吸收剂资源丰富，价格便宜。⽯灰⽯资源丰富，分布很⼴，价格也⽐其它吸收剂便宜。（5）脱硫副产物便于综合利⽤。副产物⽯膏的纯度可达到90％，是很好的建材原料。
（6）技术进步快。近年来国外对⽯灰⽯-⽯膏湿法⼯艺进⾏了深⼊的研究与不断改进，可望使该⼯艺占地⾯积较⼤、造价较⾼的问题逐步得到妥善解决。
（7）占地⾯积⼤，⼀次性建设投资相对较⼤。
2.反应原理
（1）吸收剂的反应
购买回来⽯灰⽯粉（CaCO3）由⽯灰⽯粉仓投加到制浆池，⽯灰⽯粉与⽔结合⽣成脱硫浆液。（2）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(⽓)+H2O→H2SO3(吸收)
H2SO3→H+ +HSO3－
H+ +CaCO3→ Ca2+ +HCO3－（溶解）
Ca2+ +HSO3－+2H2O→ CaSO3·2H2O+H+ (结晶)
H+ +HCO3－→H2CO3(中和)
H2CO3→CO2+H2O
总反应式：SO2＋CaCO3+2H2O→CaSO3·2H2O+CO2
（3）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并结晶，反应如下：
CaSO3＋1/2O2→CaSO4(氧化)
CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O(结晶)
（4）其他污染物
烟⽓中的其他污染物如SO 3、Cl －、F －和尘都被循环浆液吸收和捕集。SO 3、HCl 和HF 与悬浮液中的⽯灰⽯，按以下反应式发⽣反应：
SO 2＋H 2O→2H ＋＋SO 32－ Ca CO 3 +2HCl<==>CaCl 2 + H 2O+ CO 2 Ca CO 3 +2HF <==>CaF 2 +H 2O+ CO 2
3.⼯艺流程
3.1⼯艺说明
经过除尘器处理后的烟⽓由引风机接⼊脱硫吸收塔，在主烟道上设置旁路挡板门，当锅炉启动、进⼊FGD 的烟⽓超温和FGD 装置故障停运时，烟⽓由旁路挡板经烟囱排放。烟⽓经吸收塔进⽓⼝进⼊塔内，折转向上运动（⼊⼝处装有紧急喷淋装置），烟⽓进⼊⾸层喷淋层与吸收浆液进⾏传质吸收，随之进⼊多层喷淋层进⾏烟⽓脱硫洗涤，发⽣复杂的化学反应，利⽤脱硫塔底部循环池储存脱硫液进⾏循环使⽤。脱硫渣浆液经曝⽓氧化后送⼊脱⽔系统进⾏处理，经脱⽔后的滤液返回⾄循环池。脱硫后的净烟⽓通过除雾装置除去烟⽓中的⽔分，然后通过脱硫塔顶部排出⼝排⾄烟道，在经烟道排⾄烟囱排⼊⼤⽓。 4.脱硫系统的设计
4.1 脱硫系统设计的初始条件
在进⾏脱硫系统设计时，所需要的初始条件⼀般有以下⼏个：
脱硫循环池池
⼯业⽔
烟囱
经除尘器除尘后的烟⽓
引风机
脱硫塔
喷淋吸收塔⽯灰⽯浆池
脱硫液
⽯灰⽯浆液 CaCO 3
出⽓阀门
旁路阀门
进⽓阀门
塔内氧化系统
脱⽔系统
脱硫液
⼯艺⽔池
脱硫废弃物
滤液
循环利⽤
经炉内脱硫将SO 2浓度降⾄3000mg/m 3
事故⽔池
（1）处理烟⽓量，单位：m3/h 或Nm3/h ；（2）燃料的含S 率及消耗量，单位：%、t/h （2）进⽓温度，单位：℃；
（3）SO 2初始浓度，单位：mg/m3或mg/Nm3；（4）SO 2排放浓度, 单位：mg/m3或mg/Nm3；（5）锅炉蒸汽量，单位：t/h ； 4.2 初始条件参数的确定 4.2.1 处理风量的确定
处理烟⽓量的⼤⼩是设计脱硫系统的关键，⼀般处理烟⽓量由业主⽅给出或从除尘器尾部引风机风量⼤⼩去确定。若只知道锅炉蒸汽量，可由以下经验系数去计算：
（1）针对循环流化床锅炉，煤粉锅炉等烧煤锅炉，可按1t 蒸汽对应2500m3风量计算；（2）针对蔗渣锅炉、⽣物质锅炉等烧⽣物质燃料锅炉，可按1t 蒸汽对应3333m3风量计
算；
所计算出来的处理风量最终圆整数，例如：75×2500=187500m3/h，圆整后取值188000m3/h （3）处理风量还存在标况状态
（mg/m3）和⼯况状态（mg/Nm3）的换算，换算采⽤理想⽓体状态⽅程：PV = nRT （P 、n 、R 均为定值） V1/T1=V2/T2
V1: mg/Nm3，T1：273K ； V2: mg/m3，T2：t+273K(t 为进⽓温度)； 4.2.2燃料的含S 率及消耗量
当没有SO 2初始浓度设计值时，可⽤燃料中的含S 率及消耗量去计算SO 2初始浓度。 4.2.3 进⽓温度的确定
进⽓温度为经过除尘后进⼊脱硫塔的烟⽓温度值，进⽓温度⼤⼩关系到脱硫系统烟⽓量的换算和初始SO 2浓度换算。 4.2.4 SO 2初始浓度的确定
SO 2初始浓度⼀般由业主⽅给出，并且由此计算脱硫系统中各项设备参数，也是系统选择液⽓⽐的重要依据。SO 2初始量计算公式如下: S+O 2→SO 2 32 64
C SO2=2×B ×S ar /100×ηso2/100×109
C SO2-SO 2初始量,mg ； B-锅炉BMCR 负荷时的燃煤量，t/h ；
S ar -燃料的含S 率，%；ηso2-煤中S 变成SO 2的转化率，%,⼀般取0.85；
4.2.4 SO 2排放浓度的确定
⼀般根据所在地区环保标准确定。 4.3脱硫系统的设计计算 4.3.1 参数定义
（1）液⽓⽐（L/G ）：即单位时间内浆液喷淋量和单位时间内流经吸收塔的烟⽓量之⽐.单位为L/m3；
)
/3()
/(h m h L 的湿烟⽓体积流量单位时间内吸收塔⼊⼝单位时间内浆液喷淋量液⽓⽐=
（2）钙硫⽐（Ca/S ）：理论上脱除1mol 的S 需要1mol 的Ca ，但在实际反应设备中，反应条件并不处于理想状态，⼀般需要增加脱硫剂的量来保证⼀定的脱硫效率，因此引⼊了Ca/S 的概念。⽤来表⽰达到⼀定脱硫效率时所需要钙基吸收剂的过量程度，也说明在⽤钙基吸收剂脱硫时钙的有效利⽤率。
液⽓⽐、钙硫⽐选择依据根据《⼯业锅炉及炉窑湿法烟⽓脱硫⼯程技术规范》HJ462-2009
（3）脱硫效率：单位时间内烟⽓脱硫系统脱除SO 2的量与进⼊脱硫系统时烟⽓中的SO 2量之⽐。
%
1002
1
2C ?-=
C C 脱硫效率 C1—脱硫后烟⽓中SO 2的折算浓度（mg/m 3或mg/Nm 3） C2—脱硫前烟⽓中SO 2的折算浓度（mg/m 3或mg/Nm 3）
（4）系统可利⽤率：指脱硫装置每年正常运⾏时间与发电机组每年总运⾏时间的百分⽐。
可⽤率 = (A – B)/ A ×100%
A：发电机组每年的总运⾏时间，h
B：脱硫装置每年因脱硫系统故障导致的停运时间,h 4.3.2 脱硫系统的组成及主要设备选型
⽯灰⽯-⽯膏湿法脱硫系统主要由以下⼏部分组成： 4.3.2.1 SO 2吸收系统
该系统包含：脱硫塔（喷淋层）、浆液循环泵（卧式单吸离⼼泵）、氧化风机（罗茨风机）、除雾器、浆液搅拌装置、监测控制仪表等设备。（1）脱硫塔的设计计算
脱硫塔分为循环氧化区和喷淋除雾区两部分。
a.喷淋除雾区直径设计：⾸先设定喷淋区烟⽓流速v ，则喷淋区直径D1
14.3360021
=v Q
D
Q-进脱硫塔的烟⽓流量，m3/h ；
v-喷淋区烟⽓流速,m/s,⼀般设定为3-3.5m/s
注意：D1计算出来后取整数（保留前2位数字）后，再反算出最终流速值v1。 b.喷淋除雾区⾼度设计：
喷淋除雾区总⾼度H1=h1+（n-1）×h2+h3+h4+h5+h6+h7 mm
h1：第⼀层喷淋层中⼼到脱硫塔进⽓⼝顶⾯距离，⼀般为2000-2500mm ； h2：每⼀层喷淋层的中⼼⾼度，⼀般为1700mm ；n-喷淋层数量；
h3：最上层喷淋层中⼼到除雾器第⼀层冲洗层中⼼⾼度，⼀般为2500-3000mm ； h4：除雾器第⼀层冲洗层到最上层除雾板顶⾯⾼度，由除雾器⼚家确定。 h5：除雾器最上层除雾板顶⾯到喷淋除雾区直筒段顶端⾼度，⼀般为1500mm ； h6：喷淋除雾区收⼝段⾼度，⼀般为1000mm ；
h7：脱硫塔出⼝烟道衔接直筒段⾼度，直筒段直径D3=D4+0.2m(D4脱硫出⽓⼝直径)； c. 循环氧化区有效容积设计：主要由循环浆液在该区的停留时间所确定，⾸先必须先确定脱硫浆液循环总量G=Q ×液⽓⽐（m3）÷1000
循环氧化区有效容积V 循=G ÷60×T 停 m3
T
停
-循环浆液在该区的停留时间，⽯膏颗粒在循环浆池中⾜够长的停留时间对于晶体化
和晶体的⽣长是⾮常有必要的。只有这样，FGD 的副产物⽯膏才能得到更好的利⽤。⼀般设计4min(最低不⼩于2.5min)，浆液浓度维持在20-25wt%。
得出循环氧化区有效容积V 循后，则需确定循环氧化区直径D2和⾼度。直径D2略⼤于喷淋
除雾区直径D1（⼀般⼤2m，D2=D1+2）需具体考虑。取定循环氧化区直径D2后可计算出循环÷3.14÷（D2）2×4 (m)
氧化区有效⾼度H2=V
循
循环氧化区总⾼度H3=H2+h8+h9 mm
h8：循环氧化区有效⾼度（即循环液液⾯）到脱硫塔进⽓⼝底⾯距离，⼀般为1000mm。
h9：脱硫塔进⽓⼝底⾯到进⽓⼝顶⾯距离。
（2）浆液循环泵（卧式单吸离⼼泵）选型单台循环泵流量G
泵
=Q×液⽓⽐（m3）÷1000÷n (m3/h)
单台循环泵扬程H
泵=H
喷淋层
+ H
喷嘴
(m)
单台循环泵轴功率Ne=G
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