湿法钙基烟气脱硫吸收塔设计
一、钙基湿法脱硫工艺 (2)
1工艺简介 (2)
2化学反应过程 (4)
3石灰石湿法烟气脱硫装置 (5)
4 FGD运行主要控制参数 (8)
二、工艺设计计算 (9)
1基础资料处理 (9)
2烟气量计算 (10)
3吸收塔设计计算 (11)
4配套设备选型 (16)
三、结垢问题及解决办法 (18)
1脱硫系统中常出现的结垢及固体堆积现象 (18)
2结垢的原因 (18)
3结垢的防止措施 (20)
四、总平面图设计 (21)
1 一般规定 (21)
2 总平面布置 (22)
3 交通运输 (22)
4 管线布置 (23)
五、课程设计体会 (23)
六、致谢 (24)
七、附录 (24)
1工艺设计主要依据的标准和规范 (24)
2附图 (25)
八、参考文献 (25)
一、钙基湿法脱硫工艺
1工艺简介
石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺是目前世界上治理工业烟气脱硫工艺中应用最广泛的一种脱硫技术。目前，其工艺技术完善、运行稳定、脱硫效率高、单塔出力大，脱硫剂—石灰石地理分布广，价格低廉，特别适合工业规模的应用。
石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺流程图如图1所示。从锅炉引风机后烟道引出的烟气，通过增压风机升压，烟气换热器（GGH）降温后，进入吸收塔，在吸收塔内与雾状石灰石浆液逆流接触，将烟气脱硫净化，经除雾器除去水雾后，又经GGH升温至大于75℃，再进入净烟道经烟囱排放。脱硫剂石灰石粉则由磨石粉厂破碎磨细成粉状，通过制浆系统制成一定浓度的石灰石浆液，运行时根据FGD处理的烟气量和SO2的浓度，由循环泵不断地把新鲜浆液补充到吸收塔内。当塔内石膏浆液达到一定浓度后由外排泵排出，经一级旋流、二级真空皮带脱水后，得到含水率低于10%的石膏，装车外运。
由于湿法脱硫的特点，有多种因素影响到吸收洗涤塔的长期可靠运行。
（1）设备腐蚀
化石燃料燃烧的排烟中含有多种微量的化学成分，如氯化物。在酸性环境中，他们对金属（包括不锈钢）的腐蚀性相当强。目前广泛应用的吸收塔材料是合金
C-276，其价格是常规不锈钢的15倍。为延长设备的使用寿命，溶液中氯离子的浓度不能太高。为保证氯离子不发生浓缩，有效的方法是在脱硫系统中根据物料平衡排除适量的废水，并以清水补充。
（2）结垢和堵塞
固体沉积主要以三种方式出现：湿干结垢，即因溶液或料浆中的水分蒸发而使固体沉积；2()Ca OH 或3CaCO 沉积或结晶析出；3CaSO 或4CaSO 从溶液中结晶析出。其中后者是导致脱硫塔发生结垢的主要原因，特别是硫酸钙结垢坚硬、板结，一旦结垢难以去除，影响到所有与脱硫液接触的阀门、水泵、控制仪器和管道等。
硫酸钙结垢的原因是24SO -和2Ca +的离子积在局部达到过饱和。为此，在吸收塔
中要保持亚硫酸盐的氧化率在20%以下。亚硫酸盐的氧化需在脱硫液循环池中完成，可通过鼓气或者空气等方式进行，形成的硫酸钙发生沉淀。从循环池返回吸收塔的脱硫液中，还因为含有足量的硫酸钙晶体，起到了晶体的作用，因此在后续的吸收过程中，可防止固体直接沉积在吸收塔设备表面。
（3）除雾器堵塞
在吸收塔中，雾化喷嘴并不能产生尺寸完全均一的雾滴，雾滴的大小存在尺寸分布。较小的雾滴会被气流所夹带，如果不进行除雾，雾滴将进入烟道，造成烟道腐蚀和堵塞。早期的除雾器通常用的是金属编织网，容易因雾滴中的固体颗粒沉积而堵塞。因此，除雾器必须易于保持清洁。
（4）脱硫剂的利用率
脱硫产物亚硫酸盐和硫酸盐可沉积在脱硫剂颗粒表面，从而堵塞了这些颗粒的溶解通道。这会造成石灰石或石灰脱硫剂来不及溶解和反应就随产物排出，增加了脱硫剂和脱硫产物的处理费用。因此，脱硫液在循环池中的停留时间一般要达到5~10min 。实际停留时间设计与石灰石的反应性能有关，反应性能越差，为使之完全溶解，要求它在池内的停留时间越长。
（5）脱硫产物及综合利用
半水亚硫酸钙通常是较细的片状晶体，这种固体产物难以分离，也不符合填埋要求。而二水硫酸钙是大的圆形晶体，易于析出和过滤。因此，从分离的角度，在循环池中鼓氧或空气将亚硫酸盐氧化为硫酸盐是十分必要的，通常要保证95%的脱硫产物转化为硫酸钙。
2化学反应过程
脱硫塔中烟气和石灰石脱硫剂进行着复杂的反应过程。烟气中的主要有害成分有SO2、HCl、NO x等；石灰石浆液主要由Ca2+、Mg2+等离子组成。它们在溶液中相互作用，生成多种反应产物。烟气中的SO2与石灰石浆液经过一系列的化学反应，最后生成石膏。湿法烟气脱硫吸收过程多采用双膜理论模型解释。SO2的吸收过程以膜扩散的方式进行。在气液相间的物质迁移主要是分子扩散的结果，物质迁移方向与相界面垂直。
化学反应可以简化为下列过程。
石灰石和石灰法湿法烟气脱硫的反应机理
脱
硫
剂
石灰石石灰溶
解反应
2222
(g)+=()
SO H O SO l H O
+
2223
()
SO l H O H SO
+=
2
2333
2
H SO H HSO H SO
+-+-
=+=+
2222
(g)+=()
SO H O SO l H O
+
2223
()
SO l H O H SO
+=
2
2333
2
H SO H HSO H SO
+-+-
=+=+
解离反应
2
33
H CaCO Ca HCO
++-
+=+()
22
CaO H O Ca OH
+=
()2
2
2
Ca OH Ca OH
+-
=+
吸收反应
22
3232
0.50.5
Ca SO H O CaSO H O
+-
++=⋅
2
3232
22
Ca HSO H O CaSO H O H
+-+
++=⋅+
22
3232
0.50.5
Ca SO H O CaSO H O
+-
++=⋅
2
3232
22
Ca HSO H O CaSO H O H
+-+
++=⋅+
中
和反应
323
H HCO H CO
+-
+=
2322
H CO CO H O
=+
2
H OH H O
+-
+=
总
反应
322322
0.50.5
CaCO SO H O CaSO H O CO
++=⋅+↑
2232
0.50.5
CaO SO H O CaSO H O
++=⋅
