4x150万吨锅炉石灰石膏法脱硫方案

第一章，概述

1.1项目背景

1.2工程概况

西安西联热电有限公司现有4台150t/h循环流化床锅炉投入使用，根据环保要求，需要配套建设相应的脱硫除尘设施，将排放烟气中的二氧化硫浓度控制在150mg/ m3以下。烟尘排放浓度：≤50mg/Nm3。

第二章，设计依据

2.1设计标准

（1）《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》HJ462-2009（2）《中华人民共和国环境保护法》（1989年12月26日通过）

（3）《中华人民共和国大气染污防治法》（2004年4月29通过）

（4）《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996

（5）《火电厂大气污染排放标准》GB13223-2003

（6）《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2001

（7）《环境空气质量标准》GB3095-2012

（8）《工业企业厂界噪声标准》GB12348-90

（9）《污水综合排放标准》GB8978-1996

（10）《建筑给排水设计规范》GB50015-2003

（11）《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

（12）《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

（13）《花岗岩类湿式烟气脱硫除尘装置》HJT319-2006

（14）《花岗岩建材检验标准》JC204-205-1996

（15）《脱硫除尘专用建材检验标准》GB/T4100.1-1999（16）《湿式烟气脱硫除尘装置技术要求》HJ/T288-2006

（17）《压力容器技术管理规定》YB9070—92 （18）《钢制压力容器》GBl50—98

2.2设计原则

（1）贯彻执行国家经济建设和新、改、扩建项目的一系列方针政策和规范，在工程设计中贯彻切合实际、技术先进、经济合理、安全适用原则，确保排放烟气达标并最大限度地提高工程的经济效益。

（2）选用先进可靠的脱硫技术工艺，确保脱硫效率高的前提下，强调系统的安全、稳定性能，并减少系统运行费用。

（3）充分结合厂方现有的客观条件，因地制宜，制定具有针对

性的技术方案。

（4）系统平面布置要求紧凑、合理、美观，实现功能分区，方便运行管理。

（5）操作简单、维护方便、可靠性高、噪音小、运行稳定，无二次污染。

2.3设计范围

本设计范围包括烟气脱硫系统工艺、系统结构、电气等专业的设计，工程设计范围：从锅炉出口至烟囱进口前水平烟道接口之间的脱硫装置和相应配套的附属设施。包括：

（1）脱硫剂制备系统

（2）烟气系统

（3）SO2吸收系统

（4）石膏脱水处理系统

（5）工艺水系统

（6）电气控制系统

2.4设计参数

2.4.1原始参数：

1）锅炉原始参数

2）煤质资料

2.4.2 排放标准

除尘+脱硫总除尘效率：98%

除尘脱硫后粉尘排放浓度：50mg/ Nm3

脱硫效率：≥96%

脱硫后SO2排放浓度：≤150mg/ Nm3

装置可用率：≥98%

净烟气排放温度：≯50℃；

第三章，工艺选择及说明

3.1脱硫技术现状

煤炭脱硫一般分为燃烧前的煤炭洗选脱硫；燃烧中掺烧石灰石脱

硫以及燃烧后的烟气脱硫技术，目前国内外应用最广泛的方法是烟气

脱硫。

烟气脱硫技术（FGD）主要利用各种碱性的吸收剂或吸附剂捕集

烟气中的二氧化硫，将之转化为较为稳定且易机械分离的硫的化合物

或单质硫，从而达到脱硫的目的。FGD的方法按脱硫剂和脱硫产物含

水量的多少可分为两类：①湿法，即采用液体吸收剂如水或碱性溶液

(或浆液)等洗涤以除去二氧化硫。②干法，用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂以除去二氧化硫。按脱硫产物是否回用可分为回收法和

抛弃法。按照吸收二氧化硫后吸收剂的处理方式可分为再生法和非再

生法（抛弃法）。

国外烟气脱硫研究始于1850年，经过多年的发展，至今为止，

世界上已有2500多套FGD装置，总能力已达200，000MW（以电厂

的发电能力计），处理烟气量700Mm3/h，一年可脱二氧化硫近10Mt，这些装置的90%在美国、日本和德国。

尽管各国开发的FGD方法很多，但真正进行工业应用的方法仅

是有限的十几种。其中湿式洗涤法(含抛弃法及石膏法)占总装置数的73.4%，喷雾干燥法占总装置数的17.7%，其它方法占9.3%。美国的FGD系统中，抛弃法占大多数。在湿法中，石灰/石灰石法占90%以上。可见，湿式石灰/石灰石法在当今FGD系统中占主导地位。

尽管各国在FGD方面都取得了很大的进步，但运行费用相当惊人，而且各种方法均有其局限性，因此，至今许多研究者仍在不断研究开发更先进、更经济的FGD技术。

目前工业化的主要技术有：

1，湿式石灰/石灰石—石膏法该法用石灰或石灰石的浆液吸收烟气中的SO2，生成半水亚硫酸钙或再氧化成石膏。其技术成熟程度高，脱硫效率稳定，达90%以上，是目前国内外的主要方法。

2，喷雾干燥法该法是采用石灰乳作为吸收剂喷入脱硫塔内，经脱硫及干燥后为粉状脱硫渣排出，属半干法脱硫，脱硫效率85%左右，投资比湿式石灰石-石膏法低，但脱硫效率不高。目前主要应用在美国。

3，炉内喷钙—增湿活化脱硫法该法是一种将粉状钙质脱硫剂(石灰石)直接喷入燃烧锅炉炉膛的脱硫技术，适用于中、低硫煤锅炉，脱硫效率约85%。

4，吸收再生法主要有氨法、氧化镁法、双碱法。脱硫效率可达95%左右，技术较成熟。

①氨法：氨法采用氨水作为SO2的吸收剂，SO2与NH3反应可产生亚硫酸氨、亚硫酸氨与鼓入空气中的氧气反应而生成硫酸氨。氨法主要特点是脱硫效率高，副产物可作为农业肥料，但该肥料属酸性肥料，长期使用易造成土壤板结，在农业上的应用受到限制。该法脱硫剂氨水的来源，运输，储存和使用要求均较为繁杂，操作管理要求高。否则，会造成氨的挥发，污染大气。该方法适合有废氨水的烟气脱硫。

②镁法：氢氧化镁或氧化镁与SO2反应得到亚硫酸镁与硫酸镁，它们通过煅烧可重新分解出氧化镁，使吸收剂得到再生，同时可回收较纯净的SO2气体，脱硫剂可循环使用。由于氧化镁活性比石灰水高，脱硫效率也较石灰法稍高。它的缺点是氧化镁回收过程需结晶、分离、蒸发、煅烧等工序，工艺较复杂；但若直接采用抛弃法，大量可溶性镁盐会进入水体导致二次污染，总体运行费用也较高。另外该系统的管路易结垢，特别是当水质硬度较高时管路结晶堵塞更加严重。一般适用于氧化镁产地及沿海地区。

③双碱法：钠钙双碱法（Na2CO3／Ca(OH)2）结合石灰法和钠碱法优点，利用钠盐易溶于水反应活性高的特点，在吸收塔内部采用钠碱吸收SO2，吸收后的脱硫液在再生槽内利用较廉价的石灰进行再生，从而使得钠离子循环吸收利用。该工艺综合石灰法与钠碱法的特点，解决了石灰法的塔内易结垢的问题，又具备钠碱法吸收效率高的优点。与氧化镁法相比，钙盐不具污染性，因此不产生废渣二次污染。适合于小烟气量脱硫。

我国废气脱硫技术早在1950年就在硫酸工业和有色冶金工业中进行，对电厂锅炉燃烧产生烟气二氧化硫的脱除技术在二十世纪70年代开始起步并在国家“六五”至“九五”期间有了长足的进步。先

后有60多个高校、科研和生产单位对多种脱硫工艺进行了试验研究。

尽管我国对FGD系统的研究开始得很早，涉及的面也很宽，但大部分技术只停留在小试或中试阶段，远未达到大面积工业化应用的程度。而投入巨资引进的示范工程虽然设备先进、运行稳定，但投资巨大，运行费用也相当高。因此加快对国外先进技术的消化吸收，使其国产化、低成本化，是当前重要而艰巨的任务。

3.2湿式石灰—石膏法

石灰—石膏法用石灰或石灰石的浆液吸收烟气中的SO2，生成半水亚硫酸钙再氧化成石膏，是目前国内外的主要方法。具有以下优势：（1）适用于燃料范围大，脱硫效率高。该工艺脱硫率高达95%以上,脱硫后的烟气不但SO2浓度很低,而且烟气含尘量也大大减少。大机组采用湿法脱硫工艺,SO2去除量大,有利于地区和电厂实行总量控制。

（2）技术成熟，运行可靠性好。在世界脱硫市场上占有的份额达85%以上。适用范围广，不受燃煤含硫量与机组容量的限制，单塔处理烟气量大，可达每小时3106m3，所以对高硫煤、大机组的烟气脱硫更有特殊的意义。

（3）对煤种变化的适应性强。该工艺适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫,无论是含硫量大于3%的高硫煤,还是含硫量低于1%的低硫煤。

（4）紧凑的吸收塔设计（吸收塔集吸收、氧化、结晶于一体），节约投资和空间。

（5）吸收剂消耗接近化学理论计算值并且吸收剂的资源丰富,

价格便宜

作为该工艺吸收剂的石灰石在我国分布很广,资源丰富,品位也很好,碳酸钙含量多在90%以上,优者可达95%以上。在脱硫工艺的各种吸收剂中,石灰石价格最便宜,破碎磨细较简单,钙利用率较高。

（6）脱硫副产物石膏可作为水泥缓凝剂或加工成建材产品。不仅可以增加电厂效益、降低运行费用，而且可以减少脱硫副产物处置费用，延长灰场使用年限。

（7）技术进步快。近年来国外对工艺进行了深入的研究与不断改进,如吸收装置由原来的冷却、吸收、氧化三塔合为一塔,塔内流速大幅度提高,喷嘴性能进一步改善等。通过技术进步和创新,可望使该工艺占地面积较大、造价较高的问题逐步得到解决。石灰石(石灰)—石膏湿法脱硫是目前世界上技术最为成熟、应用最多的脱硫工艺,特别在美国、德国和日本,应用该工艺的机组容量约占电站脱硫装机总容量的80%以上,应用的单机容量已达1000MW及以上。

因此，本工程采用湿式石灰—石膏法。

3.3工艺流程

湿式石灰—石膏法工艺流程如下所示：

石

灰－石膏法烟气脱硫工艺的反应机理为：在脱硫吸收塔内烟气中SO2首先被浆液中的水吸收与浆液中的CaO反应生成CaSO3，CaSO3被鼓入氧化空气中的O2氧化最终生成石膏晶体CaSO4·2H2O。其主要化学反应式为：

吸收过程：SO2(g)→SO2 (l)+H2O→H++HSO3-→H++SO32-

溶解过程：CaO+H2O=Ca(OH)2

Ca (OH)2→Ca2++2OH-

氧化：HSO3-+1/2O2→HSO42-→H++SO42-

结晶：Ca2++SO32-+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O (s)

Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O (s)

烟气从烟道引出后经增压风机增压，进入GGH烟气冷却器冷却

后从下部进入吸收塔。与上面喷淋下来的的石灰浆液逆向接触，吸收烟气中的SO2。洁净烟气从吸收塔顶部经过两级除雾后排出脱硫塔，再经GGH烟气加热器加热后经烟道排出。在吸收塔内浆液吸收SO2后生成亚硫酸钙并沉降下来，在强制鼓风氧化作用下亚硫酸钙生成硫酸钙晶体，然后通过石膏排出泵输送到水力旋流器，经旋流分离（浓缩）、真空脱水后生成石膏回收利用。旋流器上层清夜输送到滤液池，滤液大部分用泵送回脱硫系统循环使用，当浆液经过多次循环利用后富集重金属元素和Cl-等时，再用泵将浆液输送到污水处理系统进行处理。

3.4 石灰石—石膏湿法脱硫工艺系统描述

湿式石灰烟气脱硫工艺流程，主要由石灰浆液制备系统、SO2吸收，氧化系统、烟气系统和石膏脱水系统组成。

（1）石灰浆液制备与供给系统

石灰制备系统是将从市场直接购进粒度（250目）、纯度（85%以上）符合要求的石灰粉由罐车运到脱硫塔附近的料仓内存储，然后计量落入石灰乳制浆搅拌罐中，加水进行搅拌，配置成质量分数为10%-15%的石灰浆液，然后进入石灰浆液配送箱，设置2台石灰浆液输送泵，配有一条石灰浆液输送管。每条输送管上分支出一条再循环管，回到石灰浆液箱，以防止浆液在管道内沉淀。

脱硫所需要的石灰浆液量由锅炉烟气量、SO2浓度负荷，Ca/S比和排出浆液的PH来联合控制。

需要制备的石灰浆液投加量由石灰浆液箱的液位和浆液的浓度进行联合控制，其中浆液的浓度由浆液的密度控制（设置有浆液密度仪）。

（2）烟气系统

原烟气通过烟道经增压风机进入吸收塔，在吸收塔中脱除SO2后，通过烟道经烟囱排放。

系统由烟道、旁路挡板门、入口挡板门、出口挡板门、增压风机，膨胀节等等组成。

1）烟道

根据温度、压力、流量、污染物含量等最不利条件进行烟道设计。

烟道最小钢板厚度6mm，烟道内最大流速小于等于15m/s。

烟道采用Q235+玻璃鳞片防腐。

2）烟气挡板门

烟道系统中共设有3个带气动或电动执行机构的、保证零泄露的烟气挡板门(1个原烟气挡板门、1个净烟气挡板门、1个旁路挡板门)。当脱硫系统正常运行时，旁路挡板门关闭，原烟气挡板门、净烟气挡板门开启，烟气经原烟道和新增的烟气挡板门，再进入脱硫系统进行脱硫反应，脱硫后的净烟气经净烟道、净烟气挡板门后进入主体烟道后排放；当脱硫系统或锅炉发生事故时，旁路挡板门开启，原烟气挡板门及净烟气挡板门关闭，烟气不经过脱硫装置而直接从旁路烟道进入烟囱后排入大气。

与钢制烟道的防腐措施不同，烟气挡板门主要靠正确选用金属材料来保证。

（3）吸收氧化系统

石灰浆液通过循环泵从吸收塔浆池送至塔内喷嘴系统，与烟气接触发生化学反应吸收烟气中的SO2，在吸收塔循环浆池中利用氧化空气将亚硫酸钙氧化成硫酸钙。石膏排出泵将石膏浆液从吸收塔送到石膏脱水系统。

除

吸

吸收塔是脱硫装置的核心设备,采用集冷却、吸收、除雾于一体的喷淋空塔。脱硫塔由塔筒体、吸收器、除雾器、冲洗系统等组成。按其功能自下而上可分为三个主要的功能区：（1）氧化结晶区，该区即为吸收塔浆液池区，主要功能是石灰石溶解、亚硫酸钙的氧化和石膏结晶；（2）吸收区，该区包括吸收塔入口及其以上的1层托盘和3层喷淋层。其主要功能是用于吸收烟气中的酸性污染物及飞灰等物质；（3）除雾区，该区包括两级除雾器，用于分离烟气中夹带的雾滴，降低对下游设备的腐蚀、减少结垢和降低吸收剂及水的损耗。

喷淋层设在吸收塔的中上部，吸收塔浆液循环泵对应各自的喷淋层。每个喷淋层都是由一系列喷嘴组成，其作用是将循环浆液进行细化喷雾。一个喷淋层包括母管和支管，母管的侧向支管成对排列，喷嘴就布置在其中。喷嘴的这种布置安排可使吸收塔断面上实现均匀的喷淋效果。

吸收塔循环泵将塔内的浆液循环打入喷淋层，为防止塔内沉淀物吸入泵体造成泵的堵塞或损坏及喷嘴的堵塞，循环泵前都装有网格状不锈钢滤网（塔内）。单台循环泵故障时，FGD系统可正常进行，若全部循环泵均停运，FGD系统将保护停运，烟气走旁路。

氧化空气系统是吸收系统内的一个重要部分，氧化空气的功

能是保证吸收塔反应池内生成石膏。氧化空气由塔外的罗茨风机提供。

吸收系统还包括除雾器及其冲洗设备，吸收塔内最上面的喷淋层上部设有二级除雾器，它主要用于分离由烟气携带的液滴，采用阻燃聚丙烯材料制成。每级除雾器都安装了喷淋水管，通过控制程序进行脉冲冲洗，用以去除除雾器表面上的结垢和补充因烟气饱和而带走的水分，以维持吸收塔内要求的液位。

（4）石膏脱水系统

石膏脱水系统由水力旋流器、真空皮带脱水机、真空泵、滤液箱、废水箱、石膏仓等组成。

1）石膏旋流器

吸收塔的含固为10%石膏浆液通过石膏排出泵送入石膏水力旋流站，在真空旋流的作用下，将石膏浆液浓缩至50%含固量左右，然后排入真空皮带脱水机。

2）石膏脱水机

浓缩后的石膏浆液既进入真空皮带脱水机。50%含固量的石膏浆液经脱水处理后表面含水率不大于10％，由皮带输送机送入石膏储存间存放待运，可供综合利用。

石膏旋流站出来的溢流浆液进入滤液箱后一部分返回吸收塔循环使用，一部分进入泵送至废水处理区域。石膏旋流站浓缩后的石膏浆液全部送到真空皮带机进行脱水运行。

为控制脱硫石膏中Cl-，F-等成份的含量，确保石膏品质，在石膏脱水过程中用工业水对石膏及滤饼滤布进行冲洗，石膏过滤水收集在滤液箱中，然后用泵送到吸收塔。

（5）供水系统

从业主供水系统接至脱硫系统的水源，提供脱硫系统工业和工艺水的需要。

工艺水系统设有工艺水箱，配2台工艺水泵，主要用于制浆加水，同时也用作清洗除雾器、输送管道和设备的冲洗水。

（6）电气系统

整个锅炉烟气脱硫处理的配电装置，包括现场控制柜、配电柜，相应的动力电缆、控制电缆、信号电缆和现场电缆，具体的数量根据各自的系统配套；

整个锅炉烟气脱硫处理系统的自动化控制设备，包括PLC、现场控制柜、仪表等，保证锅炉烟气脱硫处理系统安全、可靠运行所需要的一切保护措施。

第四章，建构筑物，设备选型

4.1 脱硫装置的主要设备材料

本工程设计采用两炉一塔，共设脱硫塔2座。每个脱硫塔的处理烟气量为340000 m3/h

脱硫装置的主要设备见表3所示。

表3 脱硫系统主要设备一览表

第五章，投资估算

脱硫工程投资包括：吸收剂制备系统，烟气系统，吸收氧化系统，石膏脱水系统以及相应配套的辅助生产项目、公用工程项目等工程费用、工程建设其它费用、铺底流动资金。

项目造价人民币万元（大写：）。

合同总价，涵盖了承包方为履行本合同规定的义务所需

的全部费用，包括设计、非标制作设备采购、建筑、安装、调试试运、技术资料等和与本合同有关的费用，具体明细如下：

1 设计总费用为人民币万元。

设计总费用包括工程设计费、技术服务费、技术资料、设计联络、技术支持等费用。

2 合同设备价格为人民币万元。

合同设备价格包括，与合同设备有关的设备、各类箱罐、工艺管道阀门配件购置、运输、非标加工件材料费等。

3 合同电器仪表价格为人民币万元。

电器仪表价格包括项目各种规格电缆、配电箱盘、电器、仪表控制系统、电缆桥架现场安装运输、和设备包装费。

4 合同施工建筑工程费价格为人民币万元。

建筑工程价格，包括项目规定范围内所有相关工程建筑费用。

5 合同安装工程费价格为人民币万元。

安装工程价格包括所承包范围内相关安装费人工费、耗材费、大型施工机械使用费、施工措施费、非标件加工件等各项的费用。

6 合同防腐、保温工程费；万元。

防腐、保温工程费包括合同内外漏箱灌、系统工艺管道的保温、油漆材料人工费等。部分箱罐内部防腐材料，人工费。

7 调试费为人民币万元。

调试费是指本合同工程的系统调试、整套启动调试费及按政

策法规要求的监测接口调试的费用。承包方对发包方技术人员的培训费用。

8 不可预见费为人民币万元。

9 各项税费按照价4.5%计取，工程决算时计算；开据发票。(未在报价内计取)

第六章，运行成本及效益分析

6.1材料、公用工程耗量及三废的排放量

本项目的材料、公用工程耗量及三废的排放量是按照处理烟气量340000 m3/h，年操作时间8000h计算。具体数据如表7所示：

表7材料、公用工程耗量及三废排放量

6.2主要技术经济指标

本项目属于环保项目，无明显经济效益，主要表现为社会效益。其经济指标主要为原料、水、电、人员的消耗费用，其年运行消耗费为万元，其中生产过程中的副产品石膏可以销售，产生一定的经济回报，按照40元/吨的现市场价格计算，石膏的销售额可以达到约3200 万元/年，可对其年运行消耗费用进行一定的补偿，因此该项目实际年运行费用为万元。

6.3 主要社会效益指标

本项目属于环保项目，主要表现为SO2对废气的排放量指标的控制，经脱硫处理完之后的气体每年少排放2094.4吨SO2到大气中。因此对周边的大气环境具有很好的净化。

第七章，结论及建议

1）本脱硫工程技术先进，安全可靠，投资少，运行费用低，不产生二次污染，适合电厂实际情况，项目实施期间不影响锅炉安全生产运行，项目实施后可以保证企业的可持续发展。

2）本项目实施后，每年减少二氧化硫排放总量2094.4吨，极大改善了周边地区的环境质量，具有良好的经济、环境效益和社会效益。

综上所述，该项目最终拟采用石灰-石膏法脱硫，处理能力为340000 m3/h，处理效率SO2排放量小于150ppm，满足《锅炉大气污