石灰石湿法脱硫系统处理能力设计参考方案

一、项目概述

本项目旨在为[具体工厂/电站名称]设计一套脱硫系统，以满足生产过程中排放气体的脱硫需求，确保其达到国家及地方相关环保排放标准。

二、设计依据

国家及地方现行的环保法规、排放标准，如《大气污染物综合排放标准》（GB 16297 - 1996）、《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223 - 2011）等。

业主提供的原始烟气参数，包括烟气量、二氧化硫浓度、温度、压力、湿度等。

燃料特性数据，如煤质分析报告，包括硫分含量等。

三、设计原则

技术先进、成熟可靠，确保脱硫系统长期稳定运行，脱硫效率满足环保要求。

经济合理，在满足环保指标的前提下，尽量降低设备投资和运行成本。

操作简便，便于维护管理，提高系统的自动化水平，减少人工干预。

充分考虑系统的安全性、可靠性和可扩展性，以适应未来生产规模的变化和环保标准的提高。

四、设计参数

烟气量：[工况烟气量数值] Nm?/h（标态，干基，6% O?），最大工况烟气量为[最大工况烟气量数值] Nm?/h。

二氧化硫浓度：入口烟气中二氧化硫浓度为[入口二氧化硫浓度数值] mg/Nm?（标态，干基，6% O?）。

脱硫效率：不低于[X]%。

净烟气二氧化硫排放浓度：不超过[排放标准规定的排放浓度数值] mg/Nm?（标态，干基，6% O?）。

烟气温度：入口烟气温度为[入口烟气温度数值]℃，设计脱硫系统能适应的最高烟气温度为[最高耐受温度数值]℃。 

烟气压力：入口烟气压力为[入口烟气压力数值] Pa（表压）。

烟气湿度：入口烟气湿度为[入口烟气湿度数值]%。

五、脱硫工艺选择

经过对多种脱硫工艺的技术经济比较，结合本项目的实际情况，拟选用[具体脱硫工艺名称]，如石灰石 - 石膏湿法脱硫工艺。该工艺具有脱硫效率高（可达 95%以上）、技术成熟、运行稳定、吸收剂来源广泛、价格低廉等优点，能很好地满足本项目的脱硫要求。

六、脱硫系统处理能力计算

二氧化硫脱除量计算

根据设计参数，入口烟气中二氧化硫的含量为：

G_{SO?, in} = Q_{in} \times C_{SO?, in} \times 10^{-6} 

式中：

G_{SO?, in} —— 入口烟气中二氧化硫的质量流量，kg/h； 

Q_{in} —— 入口烟气量，Nm?/h；

C_{SO?, in} —— 入口烟气中二氧化硫浓度，mg/Nm?。

经过脱硫系统后，出口烟气中二氧化硫的含量为：

G_{SO?, out} = Q_{out} \times C_{SO?, out} \times 10^{-6}

式中：

G_{SO?, out} —— 出口烟气中二氧化硫的质量流量，kg/h；

Q_{out} —— 出口烟气量，近似等于入口烟气量 Q_{in}，Nm?/h；

C_{SO?, out} —— 出口烟气中二氧化硫浓度，mg/Nm?。

则二氧化硫脱除量 G_{SO?, remove} 为：

G_{SO?, remove} = G_{SO?, in} - G_{SO?, out}

吸收剂用量计算

以石灰石 - 石膏湿法脱硫工艺为例，化学反应方程式为：

CaCO? + SO? + 1/2O? + 2H?O = CaSO?·2H?O + CO?

根据化学反应计量关系，计算石灰石（CaCO?）的理论用量 G_{CaCO?, theory}：

G_{CaCO?, theory} = \frac{M_{CaCO?}}{M_{SO?}} \times G_{SO?, remove}

式中：

- M_{CaCO?} —— 碳酸钙（CaCO?）的摩尔质量，100.09 g/mol；

M_{SO?} —— 二氧化硫（SO?）的摩尔质量，64.06 g/mol。

考虑到石灰石的纯度及反应效率等因素，实际石灰石用量 G_{CaCO?, actual} 为： 

G_{CaCO?, actual} = \frac{G_{CaCO?, theory}}{\eta_{CaCO?} \times \xi_{CaCO?}}

式中：

eta_{CaCO?} —— 石灰石纯度，一般取值 90% - 95%；

xi_{CaCO?} —— 石灰石利用率，一般取值 90% - 95%。

石膏产量计算

根据化学反应方程式，生成石膏（CaSO?·2H?O）的质量 G_{CaSO?·2H?O} 为：

G_{CaSO?·2H?O} = \frac{M_{CaSO?·2H?O}}{M_{SO?}} \times G_{SO?, remove}

式中：

M_{CaSO?·2H?O} —— 二水硫酸钙（CaSO?·2H?O）的摩尔质量，172.17 g/mol。

工艺水用量计算

工艺水主要用于吸收塔补水、除雾器冲洗水、设备及管道冲洗水等。根据经验数据和物料衡算，工艺水用量可按下式估算：

Q_{water} = Q_{abs} + Q_{mist} + Q_{wash} + Q_{other}

式中：

Q_{water} —— 工艺水总用量，m?/h；

Q_{abs} —— 吸收塔补水用量，根据吸收塔内水分蒸发量、石膏带走水分等因素确定；

Q_{mist} —— 除雾器冲洗水用量，一般根据除雾器的形式、面积及冲洗频率等确定；

 Q_{wash} —— 设备及管道冲洗水用量，根据设备和管道的数量、规格及冲洗制度等确定；

 Q_{other} —— 其他用水量，如杂用水等。

脱硫系统主要设备选型

根据上述计算结果，结合工艺要求和设备性能参数，对脱硫系统的主要设备进行选型，包括吸收塔、循环泵、氧化风机、浆液搅拌器、石膏脱水设备等。

（1）吸收塔：根据烟气量、二氧化硫脱除量及吸收塔内气液传质等因素，确定吸收塔的塔径、塔高、喷淋层数、喷嘴数量等参数。吸收塔材质一般选用碳钢内衬防腐材料，如玻璃鳞片、橡胶等。

（2）循环泵：根据吸收塔的循环浆液流量、扬程及阻力损失等要求，选择合适型号和数量的循环泵。循环泵材质一般采用耐磨耐腐蚀的合金材料。

（3）氧化风机：根据二氧化硫脱除量及氧化反应所需的氧气量，计算氧化风机的风量和压力，选择合适的氧化风机。氧化风机一般采用罗茨风机或离心风机。

（4）浆液搅拌器：为防止吸收塔内浆液沉淀，需设置浆液搅拌器。根据吸收塔的尺寸和浆液性质，选择合适的搅拌器类型、功率和转速。

（5）石膏脱水设备：根据石膏产量和石膏品质要求，选择合适的石膏脱水设备，如真空皮带脱水机、板框压滤机等。同时，配备相应的滤液处理系统，将脱水过程中产生的滤液回收利用。 

七、脱硫系统工艺流程

1.烟气系统

锅炉排出的原烟气经烟道进入脱硫系统，首先通过增压风机升压，以克服脱硫系统的阻力损失。然后，烟气进入吸收塔，在吸收塔内与自上而下喷淋的吸收浆液逆流接触，发生脱硫反应，脱除烟气中的二氧化硫。净化后的烟气经除雾器除去携带的雾滴后，通过烟囱排放至大气。

2.吸收剂制备系统

外购的石灰石（粒径一般小于20mm）由自卸汽车运至厂区，卸入石灰石卸料斗，经斗式提升机提升至石灰石贮仓。石灰石贮仓内的石灰石通过称重给料机送入湿式球磨机，同时加入一定量的工艺水，在球磨机内磨制成一定粒度的石灰石浆液（一般粒径小于90μm的颗粒含量不低于90%）。石灰石浆液经旋流器分离后，合格的浆液进入石灰石浆液箱，由石灰石浆液泵输送至吸收塔。

如果采购石灰石粉制浆液可以减少球磨机系统。

3.吸收塔系统

吸收塔是脱硫系统的核心设备，在吸收塔内，烟气中的二氧化硫与吸收浆液中的碳酸钙发生化学反应，生成亚硫酸钙。亚硫酸钙在吸收塔底部的氧化区被氧化风机鼓入的空气氧化成硫酸钙，即石膏。吸收塔内的浆液通过循环泵不断循环喷淋，以提高脱硫效率。为防止浆液在吸收塔内沉淀，塔底设置了浆液搅拌器。同时，为保证吸收塔内的液位稳定，设有吸收塔补水系统。

4.氧化空气系统

氧化风机将空气压缩后，通过氧化空气喷枪送入吸收塔底部的氧化区，为亚硫酸钙的氧化提供充足的氧气。氧化空气系统一般设有备用风机，以保证系统的可靠性。

5.石膏脱水及处理系统

吸收塔底部排出的石膏浆液经石膏排出泵输送至石膏旋流器进行一级脱水，使石膏浆液的含固量提高至 40% - 60%。旋流器底流的石膏浆液进入真空皮带脱水机进行二级脱水，进一步将石膏的含水量降低至 10%以下。脱水后的石膏由皮带输送机输送至石膏贮存间，外运综合利用。旋流器溢流和真空皮带脱水机产生的滤液返回吸收塔或进入滤液处理系统进行处理。

6.工艺水系统

工艺水主要来自厂区内的工业水系统，用于吸收剂制备、吸收塔补水、除雾器冲洗、设备及管道冲洗等。工艺水系统设有工艺水箱、工艺水泵等设备，以保证工艺水的稳定供应。

7.废水处理系统

脱硫系统产生的废水含有重金属离子、悬浮物、氟化物等污染物，需进行处理达标后排放。废水处理系统一般采用中和、沉淀、絮凝、过滤等工艺，去除废水中的污染物，使处理后的废水达到国家及地方相关排放标准。

八、控制系统设计

1.自动化控制水平

脱硫系统采用集散控制系统（DCS）进行集中监控和管理，实现对整个脱硫系统的工艺参数、设备运行状态的实时监测和控制。DCS 系统具备数据采集、过程控制、报警处理、报表打印等功能，操作人员可通过操作站对系统进行远程操作和调整。

主要控制参数

（1）吸收塔液位：通过调节吸收塔补水量和石膏排出量，保持吸收塔液位在设定范围内。

（2）吸收塔浆液 pH 值：通过调节石灰石浆液的加入量，控制吸收塔浆液的 pH 值在 5.0 - 5.8 之间，以保证脱硫效率和石膏品质。

（3）氧化空气流量：根据吸收塔内的氧化反应需求，调节氧化风机的出口流量，确保亚硫酸钙充分氧化。

（4）烟气流量、二氧化硫浓度、温度、压力等参数：实时监测烟气参数，并根据参数变化自动调整脱硫系统的运行工况，保证脱硫系统的稳定运行和脱硫效率。

2.联锁保护

为确保脱硫系统的安全运行，设置了完善的联锁保护功能，如增压风机与相关设备的联锁、循环泵与吸收塔液位的联锁、氧化风机与吸收塔浆液 pH 值的联锁等。当系统出现异常情况时，联锁保护装置自动动作，防止事故扩大。

九、设备布置及管道设计

1.设备布置

根据工艺流程和场地条件，合理布置脱硫系统的各个设备，尽量减少占地面积，同时保证设备之间的连接管道最短、操作维护方便。吸收塔、氧化风机、循环泵等主要设备布置在室外，吸收剂制备系统、石膏脱水系统等设备布置在室内。各设备之间设置必要的通道和检修空间，以满足设备安装、检修和日常维护的需要。

2.管道设计

管道设计应根据工艺要求和介质特性，选择合适的管材和管径。对于输送腐蚀性介质的管道，如吸收塔浆液管道、石灰石浆液管道等，采用耐腐蚀的材料，如衬胶管、玻璃钢管等。管道布置应尽量减少弯头和阻力部件，以降低管道阻力损失。同时，管道应设置必要的支撑、吊架和补偿器，以保证管道的稳定性和热胀冷缩补偿。

十、运行成本分析

1.吸收剂费用

根据吸收剂用量计算结果和当地吸收剂的市场价格，计算吸收剂的年费用。

2.电耗费用

统计脱硫系统各设备的功率及运行时间，计算电耗总量，结合当地的电价，计算电耗年费用。

3.水耗费用

根据工艺水用量和当地的水价，计算水耗年费用。 

4.设备维护费用

包括设备的维修保养费用、备品备件更换费用等，一般按照设备投资的一定比例估算，如 3% - 5%。

5.人工费用

根据脱硫系统的运行管理要求，确定操作人员和管理人员的数量，结合当地的工资水平，计算人工年费用。

6.其他费用

如废水处理费用、场地租赁费用等。

综合以上各项费用，得出脱硫系统的年运行成本，并对运行成本进行分析和优化，提出降低运行成本的措施和建议。 

十一、环保与安全措施

1.环保措施

（1）确保脱硫系统正常运行，保证脱硫效率，使净烟气中二氧化硫排放浓度达到国家及地方相关环保排放标准。

（2）对脱硫系统产生的废水进行处理达标后排放，避免对水体造成污染。

（3）对石膏等固体废弃物进行综合利用，减少固体废物的排放量。如无法综合利用，应按照相关规定进行妥善处置。

（4）加强对脱硫系统的运行管理和监测，定期对设备进行维护保养，确保设备处于良好的运行状态，减少污染物的无组织排放。

2.安全措施

（1）在设计和建设过程中，严格遵守国家及地方有关安全生产的法律法规和标准规范，确保脱硫系统的安全性能。

（2）对可能存在危险的设备和区域，如增压风机、氧化风机、吸收塔等，设置必要的安全防护设施和警示标志，防止人员伤亡和设备损坏。

（3）制定完善的安全生产管理制度和操作规程，加强对操作人员的安全培训和教育，提高操作人员的安全意识和操作技能。

（4）配备必要的应急救援设备和物资，制定应急预案，并定期进行演练，以应对可能发生的突发安全事故。 

十二、结论

本设计方案通过对脱硫系统处理能力的详细计算和分析，选择了合适的脱硫工艺和设备，制定了合理的工艺流程和控制系统，同时考虑了设备布置、管道设计、运行成本分析、环保与安全措施等方面的内容。该方案能够满足[具体工厂/电站名称]的脱硫需求，确保排放气体达到国家及地方相关环保排放标准，具有技术先进、经济合理、运行稳定、操作简便等优点，为项目的实施提供了可靠的技术依据。在项目实施过程中，应根据实际情况对设计方案进行进一步优化和完善，确保项目顺利建成并投入运行