某熱電廠雙堿法煙氣脫硫設計方案

1、某熱電廠雙堿法煙氣脫硫設計方案 雙堿法煙氣脫硫技術方案目錄一、概述41.1國內中小型鍋爐脫硫技術現(xiàn)狀41.2 工程概述5二、設計依據(jù)及設計原則52.1設計依據(jù)52.2 工程主要原始資料62.2.1鍋爐系統(tǒng)參數(shù)62.2.2 氣象參數(shù)62.3 設計原則7三、設計范圍要求及工藝選擇73.1設計范圍73.2 主要技術要求73.3工藝選擇83.3.1 國內外脫硫現(xiàn)狀83.3.2中小型燃煤鍋爐脫硫工藝103.3.3 工藝選擇13四、雙堿法煙氣脫硫方案設計134.1 設計參數(shù)計算134.2 脫硫系統(tǒng)方案的介紹144.3 脫硫系統(tǒng)的設計方案174.4 電氣及控制系統(tǒng)224.5 工藝布局224.6 脫硫系統(tǒng)主設

2、備清單224.7 用電設備24五、經(jīng)濟性分析245.1 計算標準(估算,各地有差異)245.2 脫硫運行費用245.3 綜合分析25六、系統(tǒng)具體技術要求256.1 機械部分256.2 煙氣系統(tǒng)276.3 so2吸收系統(tǒng)316.4 石膏脫水系統(tǒng)346.5 管道和閥門346.6 泵366.7 攪拌設備386.8 防腐內襯及玻璃鋼(frp)38七、儀表及控制387.1、控制方式387.2 plc387.3 電纜及電纜敷設39八、電氣部分39九、總結39參考文獻40致 謝41附 錄42概述1.1國內中小型鍋爐脫硫技術現(xiàn)狀 我國大氣污染以煤煙型為主,首要污染物是二氧化硫。我國二氧化硫年排放量2000萬噸

3、以上,居世界首位。主要由二氧化硫排放所致的硫酸型酸雨污染危害面積達國土面積30%,全國因此每年損失上千億元。二氧化硫污染已成為制約我國經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展的要因素,控制二氧化硫污染勢在必行。 控制二氧化硫的排放是減少酸雨的主要途徑。為此,國家也制定并完善了相應的法規(guī)政策,并實施適當?shù)慕?jīng)濟政策來控制二氧化硫的排放。其中,火電廠是控制二氧化硫排放的主要行業(yè)。預計2005年底,僅火電行業(yè)產生二氧化硫量為1800萬噸,約占全國產生量的60%。其中,中小型燃煤鍋爐因其數(shù)量多、范圍廣、治理難度大及投資限制等諸多因素成為控制二氧化硫排放的老大難。 中小型鍋爐主要是針對220t/h以下的燃煤鍋爐。國內的大型燃

4、煤鍋爐220t/h以上脫硫技術大都是電力系統(tǒng)內部脫硫環(huán)保公司引進國外先進的脫硫技術,然后消化吸收,走國產化的道路。大型鍋爐采用國外技術并且關鍵脫硫設備需要進口,系統(tǒng)完善,投資數(shù)額巨大,是中小型鍋爐無力承擔的。 針對中小鍋爐占全國燃煤鍋爐70%的國情,我國探索了中小型燃煤鍋爐二氧化硫污染控制的多種途徑,如低硫燃料、型煤固硫等技術的同時,針對中小鍋爐特點,開發(fā)了一批簡易煙氣脫硫技術。目前這類技術申請的專利已達幾十種,應用數(shù)百套。簡易煙氣脫硫除塵技術一般是在各類除塵設備的基礎上,采用石灰、沖渣水等堿性漿液為吸收劑,應用水膜除塵、文丘里除塵、旋風除塵的機理和旋流塔、篩板塔、鼓泡塔、噴霧塔吸收等機理相結

5、合同時除塵脫硫。已形成沖激旋風除塵脫硫技術、濕式旋風除塵脫硫技術、麻石水膜除塵脫硫技術、脈沖供電除塵脫硫技術、多管噴霧除塵脫硫技術、噴射鼓泡除塵脫硫技術、旋流板脫硫除塵一體化等在同一設備內進行除塵脫硫的煙氣脫硫技術,還有清華大學開發(fā)的在除塵基礎上的液柱噴射脫硫技術等。 上述這些簡易脫硫方法的共同特點是設備少、流程短、操作簡便、維護方便、投資少、運行費用低,一般除塵效率70%90%,脫硫效率30%85%,基本能夠滿足所使用地區(qū)的當?shù)嘏欧艠藴?。但由于這類工程普遍存在投入資金不足、系統(tǒng)不完整、運用國內設備等原因,出現(xiàn)了不少問題,諸如結垢、堵塞、煙氣帶水造成風機及煙道腐蝕嚴重、脫硫產物不處理直接排放造

6、成二次污染等等一系列問題。盡管如此,簡易濕法仍因脫硫成本相對較低、針對中小型燃煤鍋爐進行脫硫性價比好等優(yōu)點而得到廣泛使用。另外,很多科研院所及環(huán)保公司開發(fā)了中小型鍋爐半干法及干法脫硫技術,來避免煙氣升溫、煙氣帶水及脫硫產物的處理問題,也取得了較好的脫硫效果。例如目前廣泛采用的回流式循環(huán)流化床半干法脫硫技術在相對較低的鈣硫比運行情況下,能達到較高的脫硫效率。1.2 工程概述 工程名稱:××××熱電有限公司脫硫工程 工程地點:××××熱電有限公司 需 方:××××熱電有限公司 工

7、程規(guī)模:工程為2×75t/h循環(huán)流化床鍋爐的煙氣脫硫工程。 本期工程的鍋爐的煙氣除塵設備為靜電除塵器。由于環(huán)保要求,現(xiàn)準備增加脫硫設備,以確保煙氣so2排放濃度達到國家環(huán)保標準要求。 結合××××熱電有限公司的情況,結合目前燃煤鍋爐常用的脫硫工藝,并充分考慮工程投資和運行等方面具體事宜,進行煙氣脫硫設計方案。 二、設計依據(jù)及設計原則2.1設計依據(jù) 1.××××熱電有限公司提供的鍋爐技術特性參數(shù)和煙氣參數(shù) 2.國家環(huán)?？偩诸C布的燃煤二氧化硫排放污染防治技術政策 3.火電廠大氣污染物排放標準(gb13223-

8、2003) 4.小型火力發(fā)電廠設計規(guī)范(gb5049-94) 5.工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計規(guī)范(gbj87-85) 6.室外給水設計規(guī)范(gbjb-86) 7.室外排水設計規(guī)范(gbjb-86)2.2 工程主要原始資料2.2.1鍋爐系統(tǒng)參數(shù)1、鍋爐資料1、鍋爐資料鍋爐型號入口煙溫煙氣量燃煤量燃煤含硫量備注tg-75/5.29-m1×1110-150150000m3/h12t/h3%單臺鍋爐參數(shù)2、風機資料引風機型號流量全壓電機功率ay75-1221d左135°168600m3/h5600pa400kw 鍋爐臺數(shù)及容量: 2臺×75t/h 處理煙氣量:30萬m3/h 正

9、常煙氣工作溫度范圍:150110 瞬間最高溫度: 180 標準燃煤量: 2×12t/h 燃煤含硫量: 3%(設計按含硫量3%考慮) 電除塵出口煙塵濃度: 150mg/nm32.2.2 氣象參數(shù) 年平均氣溫: 12.0 極端最高氣溫: 38.8 極端最低溫度: -15.3 年平均相對濕度:66% 年平均風速: 3.3m/s 年最少降雨量: 581mm 年最多降雨量: 1248.5mm 年平均降雨量: 732.9mm 夏季主導風向: 南風 冬季主導風向: 偏北風 夏季平均大氣壓:995.4百帕 地震強度: 按7級設防2.3 設計原則(1)脫硫系統(tǒng)能夠安全可靠運行。(2)具有足夠的脫硫效率

10、,保證達標排放。(3)投資少、運行成本低。(4)脫硫劑來源可靠,副產品處置合理。(5)降低脫硫系統(tǒng)對鍋爐的影響。(6)采取適當措施避免脫硫系統(tǒng)結垢、腐蝕、和堵塞的發(fā)生。(7)提高整套系統(tǒng)的自動化程度。(8)充分考慮場地要求,使整套脫硫系統(tǒng)結構緊湊,減少占地面積。(9)脫硫系統(tǒng)設置旁路煙道、事故排空管道和檢修通道,便于系統(tǒng)維護和檢修。 三、設計范圍要求及工藝選擇3.1設計范圍本項煙氣脫硫系統(tǒng)的設計范圍為:兩臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐自引風機出口至煙囪入口的整套脫硫系統(tǒng)。包括脫硫劑貯存、制漿系統(tǒng)、脫硫塔及吸收循環(huán)系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、脫硫產物的處理處置系統(tǒng)的整套設計。3.2 主要技術要求 本工程不考慮征

11、地,利用原廠用地,不能嚴重影響生產。 采用成熟的脫硫工藝,要求技術安全可靠、經(jīng)濟合理。 副產品的處理,不應產生二次污染。 so2排放達到環(huán)保局規(guī)定排放標準,并具有可滿足更高標準的調節(jié)裕量。 系統(tǒng)采用plc自動控制,可與主機dcs聯(lián)網(wǎng)。3.3工藝選擇3.3.1 國內外脫硫現(xiàn)狀 為了控制大氣中二氧化硫,早在19世紀人類就開始進行有關的研究,但大規(guī)模開展脫硫技術的研究和應用是從二十世紀50年代開始的。經(jīng)過多年研究目前已開發(fā)出的200余種so2控制技術。這些技術按脫硫工藝與燃燒的結合點可分為:(1)燃燒前脫硫(如洗煤,微生物脫硫);2燃燒中脫硫(工業(yè)型煤固硫、爐內噴鈣);(3)燃燒后脫硫,即煙氣脫硫(

12、flue gas desulfurization, 簡稱fgd)。fgd是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應用的脫硫方式,是控制酸雨和二氧化硫污染的最主要技術手段。 煙氣脫硫技術主要利用各種堿性的吸收劑或吸附劑捕集煙氣中的二氧化硫,將之轉化較為穩(wěn)定且易機械分離的硫化合物或單質硫,從而達到脫硫的目的。fgd的方法按脫硫劑和脫硫產物含水量的多少可分為兩類:(1)濕法,即采用液體吸收劑如水或堿性溶液(或脫硫液)等洗滌以除去二氧化硫。(2)干法,用粉狀或粒狀吸收劑、吸附劑或催化劑以除去二氧化硫。按脫硫產物是否回用可分為回收法和拋棄法。按照吸收二氧化硫后吸收劑的處理方式可分為再生法和非再生法(拋棄法)。國外煙

13、氣脫硫現(xiàn)狀 國外煙氣脫硫研究始于1950年,經(jīng)過多年的發(fā)展,至今為止,世界上已有2500多套fgd裝置,總能力已達200000mw(以電廠的發(fā)電能力計),處理煙氣量700mm3/h,一年可脫二氧化硫近10mt,這些裝置的90%在美國、日本和德國。 盡管各國開發(fā)的fgd方法很多,但真正進行工業(yè)應用的方法僅是有限的十幾種。其中濕式洗滌法(含拋棄法及石膏法)占總裝置數(shù)的73.4%,噴霧干燥法占總裝置數(shù)的17.7%,其它方法占9.3%。美國的fgd系統(tǒng)中拋棄法占大多數(shù)。在濕法中,石灰/石灰石法占90%以上?？梢?濕式石灰/石灰石法在當今fgd系統(tǒng)中占主導地位。 盡管各國在fgd方面都取得了很大的進步,

14、但運行費用相當驚人,而且各種方法均有其局限性,因此,至今許多研究者仍在不斷研究開發(fā)更先進、更經(jīng)濟的fgd技術。 目前工業(yè)化的主要技術有:濕式石灰/石灰石?石膏法 該法用石灰或石灰石的脫硫液吸收煙氣中的so2,生成半水亞硫酸鈣或再氧化成石膏。其技術成熟程度高,脫硫效率穩(wěn)定,達90%以上,是目前國外的主要方法。噴霧干燥法 該法是采用石灰乳作為吸收劑噴入脫硫塔內,經(jīng)脫硫及干燥后為粉狀脫硫渣排出,屬半干法脫硫,脫硫效率80%左右,投資比濕式石灰石?石膏法低。目前主要應用在美國。吸收再生法 主要有氧化鎂法、雙堿法、w?l法。脫硫效率可達95%左右,技術較成熟。爐內噴鈣?增濕活化脫硫法 該法是一種將粉狀鈣

15、質脫硫劑(石灰石)直接噴入燃燒爐爐膛的脫硫技術,適用于中、低硫煤鍋爐,脫硫效率約70%。國內煙氣脫硫現(xiàn)狀 我國廢氣脫硫技術早在1950年就在硫酸工業(yè)和有色冶金工業(yè)中進行,對電廠鍋爐燃燒產生煙氣二氧化硫的脫除技術在二十世紀70年代開始起步并在國家“六五”至“九五”期間有了長足的進步。先后有60多個高校、科研和生產單位對多種除塵脫硫工藝進行了試驗研究。 盡管我國對fgd系統(tǒng)的研究開始得很早,涉及的面也很寬,但大部分技術只停留在小試或中試階段,遠未達到大面積工業(yè)化應用的程度。而投入巨資引進的示范工程雖然設備先進、運行穩(wěn)定,但投資巨大,運行費用也相當高。因此加快對國外先進技術的消化吸收,使其國產化、低

16、成本化,是當前重要而艱巨的任務。下表列出了我國引進的部分fgd裝置情況。最近十幾年來,我國加大了fgd技術研究的投入,“八五”、“九五”期間不斷有大課題立項支持這方面的研究,取得了可喜的成績。 表3-1 我國引進的部分fgd裝置引進的單位工藝流程煙氣量(鍋爐噸位或裝機容量)nm3/h脫硫劑效率投運時間勝利油田南華工廠氨?硫銨法2100000nh3、h2so490%1979重慶珞璜電廠濕式石灰石?石膏法1087000石灰石漿95%1992-1993山東德州電廠荷電干吸收劑噴射法75t/hca(oh)26070%1995山東濰坊化工廠簡易石灰石膏法100000消石灰漿70%1995山東黃島電廠簡易

17、噴霧干燥法300000生石灰、石膏、煤灰70%1995太原發(fā)電廠小型高速平流法600000石灰石80%1996廣西南寧化工廠簡易石灰石石膏法50000ca(oh)270%1996南京下關電廠爐內噴鈣增濕活化法795000石灰石75%1997成都熱電廠電子束法300000nh380%1997杭州半山發(fā)電廠濕式石灰石?石膏法2×410t/h石灰石90%2000深圳西部電廠海水洗滌300mw海水1999浙江錢清電廠爐內噴鈣增濕活化法795000石灰石65%20003.3.2中小型燃煤鍋爐脫硫工藝 對于中小型燃煤鍋爐,宜采用結構簡單、投資較低、占地面積較小、脫硫效率高、運行費用低的脫硫工藝。

18、對于130t/h、75t/h及35t/h燃煤鍋爐,目前國內較多采用的脫硫工藝有:濕式簡易石灰-石膏拋棄法、雙堿法、氧化鎂拋棄法、氨法、簡易氨法、煙氣循環(huán)半干法、爐內噴鈣法、爐內噴鈣尾部增濕法、爐內噴鈣+濕法的綜合脫硫法等。 1、濕式簡易石灰-石膏拋棄法 濕式簡易石灰-石膏拋棄法是中小型鍋爐煙氣脫硫工程最普遍采用的一種工藝,該工藝是在傳統(tǒng)石灰石(石灰)-石膏濕法脫硫工藝的基礎上進行簡化,在保證較高的脫硫效率的前提下,大大降低投資和運行成本,采用溶解度和化學活性較高的石灰替代傳統(tǒng)工藝的石灰石,省去了石灰石磨粉系統(tǒng),并將液氣比由1520l/nm3降至38 l/nm3,脫硫產物亞硫酸鈣氧化后拋棄或直接

19、拋棄,省去了龐大的石膏脫水回收系統(tǒng),整個脫硫過程中產生的廢水很少,一般無脫硫廢水排放,不需設置專門的廢水處理系統(tǒng)。從而將一次性投資降到最低。該工藝的缺點是脫硫塔和循環(huán)管道容易磨損、結垢和堵塞,脫硫塔塔型的選擇受到限制,只能采用噴淋塔。脫硫產物直接拋棄雖不會造成二次污染,但需要較大的堆放場地。但隨著對該工藝研究的深入、對現(xiàn)有工藝的改進和新材料的使用,以及對脫硫石膏的綜合利用,這些問題均已基本解決。 2、雙堿法 鈉鈣雙堿法是為了解決脫硫塔和循環(huán)管道的磨損、堵塞和結垢的問題而在吸收循環(huán)過程中采用鈉堿(氫氧化鈉或碳酸鈉)作為吸收劑,并為降低運行成本采用石灰對鈉堿進行再生的脫硫工藝。因鈉堿溶解度大、化學

20、活性高,脫硫效率高,脫硫塔可采用噴淋塔、填料塔或板式塔,從而提高了裝置的靈活性。但鈉堿價格昂貴,雖采用價格低廉的石灰進行再生,但再生過程中鈉堿會有部分被夾帶而損耗,加之對于中小型鍋爐,一般生成的石膏不進行回收,甚至不進行脫水,這就加大了鈉堿的損耗,提高了運行費用。在整套雙堿法脫硫系統(tǒng)中要用到兩種強堿,配備兩套制漿系統(tǒng),并需要一個容積較大的混合再生裝置,增大了占地面積,整套系統(tǒng)也較之簡易石灰-石膏法復雜,鈉堿的貯存和運輸也存在這一定的安全隱患。雙堿法的脫硫產物與簡易石灰-石膏法相同,產量相當,也存在需要堆放場地的問題。 3、氧化鎂拋棄法 氧化鎂拋棄法是在氧化鎂再生法和硫酸鎂回收法的基礎上,省去了

21、脫硫產物的再生和回收系統(tǒng)簡化而成的,該工藝也具有脫硫效率高、結構簡單、投資省、占地少的特點,此外該工藝不會產生大量固體廢棄物,不需堆放場地。脫硫終產物為硫酸鎂(俗稱瀉鹽)溶液,隨廢水排放。為保證達標排放,脫硫塔排出的亞硫酸鎂進行充分氧化,并過濾除去懸浮物,對環(huán)境不會造成二次污染。氧化鎂脫硫工藝與石灰法相比,不易產生堵塞、磨損和結垢,但氧化鎂的價格比石灰高,運行成本相對較高。 4、氨法 氨水作為脫硫劑是反應活性最強的,在低液氣比的條件下脫硫效率最高,且有副產品,可創(chuàng)造一定經(jīng)濟效益,但是氨水的價格較高,只有在燃煤含硫量較高,且有廢氨溶液的條件下經(jīng)濟效益才是最好的。制約氨法脫硫大規(guī)模推廣的原因也是副

22、產品的問題,硫銨的蒸發(fā)、結晶、回收過程需要一套蒸發(fā)結晶和干燥系統(tǒng),且對設備材質的要求較高,一般需采用316l不銹鋼,大大增加了一次性投資,硫銨回收系統(tǒng)的投資甚至要超過脫硫系統(tǒng)。加之硫銨回收還要消耗大量蒸汽,運行費用也較高,如無廢氨溶液,氨的貯存和運輸也存在很大安全隱患。氨法脫硫較為適用于具有廢氨溶液,且燃煤含硫量較高的化肥廠的自備電廠和工業(yè)鍋爐。 5、簡易氨法 簡易氨法是去除了硫銨回收的一種簡易脫硫方法,常采用文丘理塔作為吸收塔,利用廢氨水作為脫硫劑。該法雖然結構簡單,投資很低,但脫硫產物亞硫銨的拋棄會造成二次污染,因此不允許直接排放。吸收塔無水洗裝置,會造成氨形成氣溶膠隨煙氣排至大氣,造成二

23、次污染。若無廢氨水,該法的運行費用也是昂貴的,故該法現(xiàn)已被淘汰。 6、煙氣循環(huán)半干法 煙氣循環(huán)半干法是一種半干發(fā)脫硫工藝,既有干法投資少、占地小的特點,又比干法脫硫工藝的脫硫效率高。循環(huán)半干發(fā)法一般不需要專門設置脫硫塔,而采用煙道反應器,利用循環(huán)灰與脫硫劑一同在反應器中循環(huán)吸收二氧化硫,并噴水活化。與濕法相比省去了制漿系統(tǒng)和循環(huán)泵,節(jié)省了大量投資。但該工藝對于老機組改造存在一定困難,循環(huán)半干法脫硫的核心是煙道反應器,需要在鍋爐和電除塵之間有足夠的空間,并需要加裝預除塵。 7、爐內噴鈣 爐內噴鈣是一種簡單的干法脫硫工藝,但因脫硫效率很低,曾一度被淘汰,但隨著循環(huán)流化床鍋爐的廣泛應用,又重新煥發(fā)出

24、生機。對于循環(huán)流化床鍋爐,cao與燃料一同在爐內循環(huán),大大提高了反應時間,也提供了適宜的反應溫度,提高了脫硫效率。輔以爐后增濕可達到90%的脫硫效率。如燃煤含硫量過高還可與濕法結合,形成爐內噴鈣+濕法的綜合脫硫工藝,保證脫硫效率。但該工藝只適用于循環(huán)流化床鍋爐,且存在磨損的問題,對于煤粉爐無法達到較高的脫硫效率。表3-2 幾種常用脫硫工藝比較項目石灰石/石灰?石膏工藝噴霧干燥法爐內噴鈣+尾部增濕氧化鎂法雙堿法技術成熟程度成熟成熟成熟成熟成熟適用煤種不限中低硫煤中低硫煤中低硫煤不限脫硫率95%以上7580%7580%90%以上90%以上吸收劑石灰石/石灰石灰石灰石氧化鎂石灰/堿液/電石渣等吸收劑

25、利用率90%以上5070%約40%90%以上85%以上副產物石膏亞硫酸鈣亞硫酸鈣硫酸鎂亞硫酸鈣/硫酸鈉等副產物處置利用拋棄拋棄拋棄或回收拋棄或回收廢水有無無有少量占地面積大 中小中中市場占有率高一般一般低 一般 3.3.3 工藝選擇 結合2×75t/h鍋爐的實際情況,從工程投資、運行費用等方面綜合考慮,本方案采用鈉鈣雙堿法濕法煙氣脫硫工藝。(同時考慮了循環(huán)流化床鍋爐將在燃煤中拌燒石灰石以實現(xiàn)爐內部分脫硫的工藝。) 該方案在鍋爐對應的引風機后面,增加濕法脫硫設備. 該方案中,不對原有的靜電除塵器進行改動,在引風機出口煙道直接增加脫硫系統(tǒng)即可,脫硫后煙氣直接進入煙囪。四、雙堿法煙氣脫硫方

26、案設計4.1 設計參數(shù)計算 (1)產生的so2量=2×單臺爐燃煤量×燃煤應用基含硫量×2×80% =2×12×1000kg/h×3%×2×80% =1152kg/h (2)鍋爐標態(tài)煙氣量=2×150000×=191706 nm3/h (3)煙氣so2含量=產生so2量 /標態(tài)煙氣量 鍋爐煙氣so2含量=1152kg/h×1000000mg/kg ÷191706 nm3/h =6009mg/nm3 (4)脫硫量計算 按so2初始濃度6009mg/nm3,so2排放濃度

27、要求400mg/nm3的要求,可計算出要求的脫硫效率為93.34%。 設計時按脫硫效率為94%考慮,此時鍋爐脫硫系統(tǒng)工作需脫除so2的量為1082.8kg/h。4.2 脫硫系統(tǒng)方案的介紹4.2.1 雙堿法反應過程 雙堿法是為克服濕式石灰石/石灰-石膏法結垢的缺點而發(fā)展起來的。雙堿法采用純堿啟動系統(tǒng),鈉堿吸收so2生成可溶的na2so3類鹽,之后,脫硫溶液進入石灰再生系統(tǒng),通過離子交換反應,生產不可溶的caso3以及caso4鹽類,作為沉淀物被外排或后處理,重新生成的鈉堿上清液回到吸收塔循環(huán)使用。其主要反應方程式如下: na2co3+so2 na2so3+co2 (1) na2so3+so2+h

28、2o 2nahso3 (2) 2naoh+so2 na2so3+h2o (3)其中式(1)是啟動階段純堿溶液吸收so2 反應方程;式(2)是運行過程的主要反應式;式(3)是再生液ph值較高時發(fā)生的反應式。 吸收液送至石灰反應器進行吸收液再生和固體副產物的析出: 2nahso3+caoh2 na2so3+caso3?1/2h2o+3/2h2o (4) na2so3+ caoh2 2naoh+caso3?1/2h2o(5)式(4)是再生反應的主要反應式;式(5)是再生液高ph值時的再生反應。 產物caso3?1/2h2o在空氣中被氧化為石膏caso4?2h2o,可作為商業(yè)用途或定期拋棄處置。4.2

29、.2 雙堿法技術優(yōu)點 鈉基作為吸收液,避免了結垢; 鈉基吸收速率高,較低的液氣比,較高的脫硫效率; 吸收劑利用率高; 系統(tǒng)占地規(guī)模小,投資、運行費用低;4.2.3 濕式噴淋塔技術優(yōu)點噴淋裝置設計在頂部,避免了腐蝕問題噴淋塔為空塔,不含有易造成結垢的部件,不存在堵塞等問題; 噴嘴采用特殊設計,徹底避免了噴嘴的堵塞和腐蝕磨損等問題;設有除霧器,總體脫硫塔內部為雙腔體結構,從而達到除霧的目的,同時為了防止除霧器堵塞,在除霧器頂部設有清洗裝置,通過系統(tǒng)工藝水進行清洗,達到系統(tǒng)損耗水量補充和清洗除霧器的雙重目的。 總之,本系統(tǒng)脫硫技術具有如下顯著特點: (1)該工藝在35t/h至220t/h的燃煤鍋爐的

30、除塵脫硫項目中運行效果非常好; (2)技術成熟,運行可靠性高。脫硫裝置投入率為95%以上,系統(tǒng)主要設備很少發(fā)生故障,因此不會因脫硫設備故障影響鍋爐的安全運行; (4)操作彈性大,對煤種變化的適應性強。用高活性的鈉堿液作為除塵脫硫劑,工藝吸收效果好,吸收劑利用率高,可根據(jù)鍋爐煤種變化,適當調節(jié)ph值、液氣比等因子,以保證設計脫硫率的實現(xiàn); (5)再生和沉淀分離在塔外進行,大大降低塔內和管道內的結垢機會; (6)鈉堿循環(huán)利用,損耗少,運行成本低; (7)正常操作下吸收過程無廢水排放; (8)脫硫渣無毒,溶解度極小,無二次污染,可綜合利用; (9)鈉堿吸收劑反應活性高、吸收速度快,可采用低液氣比,從

31、而既可降低運行費用; (10)石灰作再生劑實際消耗物,運行成本低。4.2.4 脫硫工藝流程 在本工程中,脫硫系統(tǒng)分為以下幾個部分: 1.脫硫劑存儲系統(tǒng); 2.脫硫液循環(huán)系統(tǒng); 3.噴淋吸收/除霧系統(tǒng); 4.脫硫劑再生系統(tǒng); 5.脫硫漿液后處理系統(tǒng) 脫硫系統(tǒng)工藝流程如下: 配制好的脫硫液保存在堿槽中,通過計量噴淋系統(tǒng)進入水膜塔進行噴淋;脫硫液的用量根據(jù)燃煤的含硫量以及鍋爐的負荷進行動態(tài)調整,使得脫硫漿液泵能夠從流量0100%之間連續(xù)運行,從而達到流量可調。 在噴淋塔內,通過噴淋層噴入從漿液槽輸送過來的脫硫液,與煙氣中的二氧化硫接觸發(fā)生反應,產生na2so3、nahso3,均為可溶性鈉鹽,因此脫硫

32、液進行反應后無結垢現(xiàn)象產生,脫硫后的鈉鹽溶液進入中和池與加入的鈣基反應,達到鈉堿再生的目的,因此,最初加入的純堿可多次重復使用,直到系統(tǒng)自然損耗至脫硫漿液的ph值低于8以后,再次補充純堿。實際損耗物是石灰。 中和反應后的脫硫污泥(caso4、caso3混合固體),用污泥泵輸送到旁邊的沉淀池中沉積,定期將污泥排走即可。沉淀池中的上清液輸送到中和池中循環(huán)使用。 系統(tǒng)工藝水可考慮使用鍋爐沖渣水回用或廠用自來水,脫硫系統(tǒng)的用水經(jīng)過多次循環(huán)使用有一定的自然損耗,需要不斷的向系統(tǒng)中補水。補水靠除霧器清洗水即可,整個系統(tǒng)閉路循環(huán),無廢水排放,不會造成二次水污染問題。 脫硫漿液后處理系統(tǒng):由渣漿泵從沉淀池底部

33、抽取沉淀的漿液,送入板框壓濾機,經(jīng)壓濾后的泥餅堆積到一定量后用汽車外運,濾液則流回沉淀池池中進行循環(huán)利用。 系統(tǒng)工藝可參照下圖:雙堿法脫硫工藝示意圖4.3 脫硫系統(tǒng)的設計方案 只采用一座脫硫塔,本方案中稱之為#1脫硫塔。煙氣由引風機尾部煙道引入新增的聯(lián)通煙道中,然后進入#1脫硫塔中,經(jīng)過脫硫的干凈煙氣再進入磚混煙道中,最終排入煙囪,整個系統(tǒng)處于正壓運行狀態(tài)。 脫硫塔布置在引風機后面,整個系統(tǒng)為正壓運行模式。本系統(tǒng)主體包括脫硫塔脫硫廢液和脫硫廢渣后處理系統(tǒng)。 洗滌塔采用空塔噴淋,有效減少運行中結垢問題的的產生。4.3.1工藝計算1. 脫硫液系統(tǒng)工藝計算:a 噴淋裝置的工藝計算 噴淋層間的選取 噴

34、淋層布置原則:噴淋空塔內噴淋層的安裝應使吸收塔橫斷面被噴淋液滴完全、均勻地覆蓋。最重要的設計參數(shù)是層數(shù)和層間的垂直距離。這些參數(shù)涉及吸收塔的總高度,因而也是影響設備費用的重要因素。典型的噴淋空塔設計35 個噴淋層。第一層必須布置在離煙氣進口煙道上方足夠遠的位置,使得噴淋漿液能夠接觸進入的煙氣,且不會有過多漿噴入進口煙道,距進口煙道頂部的典型距離為23 m。相鄰噴淋層的典型距離為12 m。最上層與除霧器底部至少應為2 m。 本設計設置5層噴淋層,每層間距2m噴嘴的選擇及參數(shù)計算噴淋層噴嘴選擇與布置的一般原則:選擇合適的噴嘴和對噴嘴進行合理布置對于保證系統(tǒng)性能與運行可靠性至關重要。進行wfgd 的

35、噴嘴設計時應考慮如下問題:a.根據(jù)工程實際情況確定噴嘴類型與材料;b.根據(jù)所需的霧化液滴尺寸來確定噴嘴特性參數(shù);c.選擇合理的噴嘴間距, 一般水平間距取0.7 1.2m , 垂直間距取1.51.7m,可確保覆蓋率和覆蓋的均勻性;d. 在確定入口煙氣量及根據(jù)工程具體情況選定合適的塔內煙氣流速、液氣比之后, 塔徑、漿液噴淋量隨即確定, 在塔截面內根據(jù)選定的噴嘴特性及確保氣液有效傳質所需的水平間距確定合理的噴嘴數(shù)量。 噴淋系統(tǒng)的覆蓋率 噴淋覆蓋率是指噴淋層覆蓋的重疊度, 它由噴淋覆蓋高度、噴淋角來確定。覆蓋高度是指液膜離開噴嘴后至破碎前的垂直高度, 典型值取1m。噴淋覆蓋率的計算公式:×1

36、00%式中為覆蓋率,%;n為單層噴嘴數(shù)量;為單個噴嘴的覆蓋面積,;a為吸收塔的截面積, 工程設計時通常要求塔內噴淋覆蓋率為200%300%,且覆蓋比較均勻。本設計選取覆蓋率為300%,選取宙斯泵業(yè)有限公司霧冠直徑為3m的al型噴嘴,此種噴頭為陶瓷材質耐腐蝕,流速范圍大無堵塞,霧化效果好。則有: 300%×100% 可求得n12,單層布置12個噴嘴,五層共布置60個噴嘴。除霧器沖洗噴淋層布置6個,沖洗水由工藝水供給。 b 噴淋塔工藝計算:1 噴淋塔的直徑的計算方法和直徑設計原則噴淋塔的尺寸設計遵循下述原則:(1)噴淋塔的直徑(d)由塔內煙氣量決定,保證噴淋塔內氣體流速不大于4m/s;

37、煙氣流速的確定 根據(jù)國內外多年的運行經(jīng)驗,噴淋塔內煙氣的流速應控制在不大于4m/s為宜。由于設計工況下煙氣量為確定值,因此噴淋塔直徑?jīng)Q定了塔內煙氣流速的大小。 當煙氣流速過低時,吸收塔直徑過大,同時低流速時傳熱傳質效果不佳,除霧器中液滴“逃逸”現(xiàn)象比較明顯。 流速較高時,雖然可以降低塔徑,節(jié)省材料,有利于傳熱和傳質的進行,但塔內停留時間過短,同樣不利于吸收反應的進行,而且液滴“夾帶”現(xiàn)象嚴重,不利于除霧器的安全運行2 噴淋塔高度的計算方法和高度設計原則噴淋塔高度目前定義為噴淋塔最高液面至最頂層噴淋層間的距離;高度設計遵循下述原則:(1)噴淋塔最高液面距離吸收塔入口段最低點保持1.5m以防止噴淋

38、塔內液體的倒灌;(2)最低層噴淋層距離噴淋塔煙氣出口段最高處保持一定距離以滿足氣體在塔內均布和停留時間的要求;(3)噴淋塔噴淋層間間距2m保證噴淋漿液分布最優(yōu)。 (4)噴淋塔的高度由吸收區(qū)高度(h1)、除霧器空間高度(h2)以及進出煙道高度(h3)等決定;除霧器空間高度應滿足除霧器前后的空間要求。工藝計算:(a)確定噴淋塔內徑設噴淋塔截面為圓形。按上述實際運行煙氣體積流量 選取煙速“,則塔內徑為:d2×, 根據(jù)工程經(jīng)驗取3m(濕法脫硫中,一般不大于4m/s,流速太高的話,容易把霧化的很小的液霧帶走),則d2×5.95m故噴淋塔直徑取6m.(b)確定噴淋塔高度 在塔內橫截面積

39、確定之后,根據(jù)煙氣流速、塔內停留時間來確定高度的 j。為了確保足夠氣液反應時間,煙氣塔內最短停留時間取5s,則塔高在15m以上。本設計設置5層噴淋層,每層間距2m;第1層距進口煙道頂部3m,進口煙道距塔基3m,進口煙道直徑2.5m,塔基高1m 。第5層噴淋層距除霧器3m,除霧器高度為0.5m,噴霧器清洗噴淋層距除霧器上表面1m,清洗層距出口煙道下端1.5m,出口煙道直徑2.5m,出口煙道頂部緊靠塔頂。累計可得塔全高約27m2 漿液系統(tǒng)工藝計算:(1)噴淋量: 根據(jù)工程經(jīng)驗,噴淋系統(tǒng)脫硫液與鍋爐煙氣的液氣比為1l/m3噴淋量為 2×1.5×10000m3/h×1l/

40、m3 300m3/h以此定堿池體積。結合現(xiàn)場條件堿池設計為250m3(2)純堿啟動用量: na2co3+so2 na2so3+co2 na2so3+so2+h2o 2nahso3 根據(jù)啟動階段存在的吸收反應式,可知啟動階段1mol的na2co3 可吸收2mol的so2。 na2co3?2so22×64 x 1082.8kg/h 可求得na2co3消耗量x1082.8×106÷128896 kg/h 為保證吸收效率,純堿啟動用量應過量,工程上對吸收液na+的選擇以0.05 mol/l 左右為宜?？紤]堿池有效容積250 m3,則啟動階段純堿添加量為 :0.05 mol

41、/l ×250 m3×1000×0.106 kg/mol1325kg(3)石灰用量及石灰漿液流量: 2nahso3+caoh2 na2so3+caso3?1/2h2o+3/2h2o na2so3+ caoh2 2naoh+caso3?1/2h2o根據(jù)再生反應式,可知1mol的s 需要1mol的ca 為保證反應效率,再生劑需過量,根據(jù)工程經(jīng)驗,ca:s取1.05, ca需要量為 : 2×12×1000×3%×80%×1.05604.8 kg/h cao需要量為604.8 × 846.72kg/h石灰純度85

42、%,則石灰消耗量846.72÷85%996kg/h系統(tǒng)消耗石灰量為996 kg/h石灰消化生成消石灰量 996×1316 kg/h5%濃度的石灰漿液流量為: 1316÷(2.24×1000)÷0.0511.75 m3/h 工藝參數(shù)單位數(shù)據(jù)煙氣工況溫度145±10工況煙氣流量m3/h 300000標況煙氣流量nm3/h 191706燃煤含硫量%3煙氣so2進口濃度mg/ nm36009煙氣so2排放濃度mg/ nm3400so2總量kg/h 1152脫硫效率%94so2脫除總量kg/h 1082.8物料計算石灰純度%85石灰消耗總量kg

43、/h996石灰漿液流量(5%濃度)m3/h11.75初始純堿添加量kg1325 4.3.2 脫硫劑存儲系統(tǒng) 脫硫劑存儲系統(tǒng)設有純堿粉倉一座,配有斗式提升機向倉內供料(或直接散裝罐車壓入),粉倉通過電動卸料閥向堿槽內供料。 純堿粉倉25m3,全鋼結構,倉頂設有真空釋放閥,可存儲純堿粉體約60噸;整座粉倉分為桶體及椎體部分,設有鋼平臺及檢修爬梯,純堿通過電動卸料閥經(jīng)落粉管進入堿槽。4.3.3 脫硫液系統(tǒng) 脫硫液系統(tǒng)設有地埋式堿槽一座,按鍋爐滿負荷運行設計并考慮燃煤含硫量增加的可能,#1脫硫塔每小時最大噴淋量約350m3;鈉鹽在脫硫系統(tǒng)內循環(huán)使用,因此粉倉中純堿只需間斷向堿槽內加料,在ph值降低時加

44、入純堿進行調節(jié),保證堿槽內ph值保持在89間即可。 堿池有效容積250m3,配電動攪拌裝置一套,堿池中堿液可提供約40分鐘的噴淋;堿池預埋管道,脫硫塔配兩臺循環(huán)堿泵,一用一備。管道上均配有電磁流量計以監(jiān)控系統(tǒng)運行狀況。4.3.4 噴淋/除霧系統(tǒng) 噴淋系統(tǒng)由上下兩層噴淋裝置組成,使用大流量霧化噴槍,安裝在脫硫塔的上部,脫硫液與鍋爐煙氣進行反應后在塔內下落,進入塔底的溢流槽后經(jīng)管道自流入再生池內。 多層噴淋裝置將脫硫液霧化后噴出,在塔內形成多層霧化液幕,當上升的鍋爐煙氣遇到脫硫劑液幕時發(fā)生劇烈的碰撞,同時即進行氣、液傳質過程;煙氣中的二氧化硫與脫硫劑中的na+反應生成鈉鹽,進入脫硫液循環(huán)系統(tǒng),噴淋

45、系統(tǒng)脫硫液與鍋爐煙氣的液氣比為1l/m3。 噴淋系統(tǒng)上部,靠近水膜塔出口端,設有除霧器,當經(jīng)過洗滌的煙氣繼續(xù)上升,流經(jīng)除霧器時,借助于煙氣流速及霧滴的運動慣性而碰撞在除霧器的折板上,集結為較大的水滴流入塔內,達到除霧的目的。為了防止除霧器堵塞,在除霧器頂部設有清洗噴嘴一組,定期用清水清洗除霧器,清洗頻率為一小時一次,由電磁閥自動控制。4.3.5 脫硫劑再生系統(tǒng) 脫硫劑再生系統(tǒng)設有生石灰粉倉、化灰池、中和攪拌池各一座。 生石灰粉倉一座,全鋼結構,倉頂設有真空釋放閥;容積80m3,可儲備cao約160噸,按照鍋爐滿負荷運行,一天所需cao量為24噸計算,一次儲滿,可使用1周。粉庫通過斗式提升機向粉

46、庫內輸送純堿,斗式提升機依粉倉而建,型號dt30,每小時最大輸送量10噸;粉倉通過倉底的電動卸料閥、落料管向化灰池內供料。 化灰池、中和池均為地埋式,其中,化灰池56m3,一次配置石灰乳后可使用約4.7小時。通過堿泵將石灰乳打入再生池參與再生反應,化灰池配有工藝水管一根,最大供水量為35m3/min即可。運行過程中依據(jù)石灰漿液消耗情況添加工藝水與石灰。 脫硫后廢液通過自然溢流進入中和池,中和池有效容積為200m3,按照最大流量350m3/h,即5.8m3/min計算,在中和池內,脫硫液及石灰乳約有35分鐘的停留時間,池底設有一臺污泥泵,通過泥漿泵將池底脫硫漿液打入沉淀池。4.3.6 脫硫漿液后

47、處理系統(tǒng) 中和反應后的脫硫漿液經(jīng)泥漿泵打入沉淀池后進行固體沉淀,沉淀池500m3,地埋輔流式,沉淀池上清液經(jīng)堿泵輸送至中和池;沉淀后的脫硫產物經(jīng)壓濾機專用料漿泵輸送至壓濾機壓濾后外運綜合利用,壓濾殘液經(jīng)堿泵回送至沉淀池。 4.4 電氣及控制系統(tǒng) 為了保證煙氣脫硫效果和脫硫設備的安全經(jīng)濟運行,脫硫系統(tǒng)采用plc控制系統(tǒng)以實現(xiàn)集中控制。 4.5 工藝布局 鍋爐煙氣除塵脫硫系統(tǒng)的主要工藝流程如下: 在滿足生產工藝要求的前提下,在靜電除塵器后,安裝脫硫噴淋塔,經(jīng)除塵器處理后的煙氣進入引風機,后經(jīng)過引風機煙道進入噴淋塔,而后進入噴淋塔內反應脫硫,經(jīng)過脫硫后的干凈煙氣從塔頂部進入煙囪。4.6 脫硫系統(tǒng)主設

48、備清單序號項目型號數(shù)量備注1脫硫液系統(tǒng)全鋼純堿粉倉lv-301座真空釋放閥d-5081臺斗式提升機dt301臺電動卸料閥1臺落料管1套2脫硫液系統(tǒng)堿池250m31座攪拌裝置3000×1800型1臺11 kw循環(huán)堿泵200uhb-zk-350-342臺75kw,一備一用電磁流量計1臺3噴淋塔/除霧系統(tǒng)脫硫塔6,h25m1座碳鋼內襯玻璃鋼一級噴淋組合pe12061套二級噴淋組合pe12051套除霧器316l+增強型pp6套清水噴淋pf12313套電磁閥3臺4脫硫劑再生系統(tǒng)全鋼石灰粉庫lv-501座真空釋放閥d-5081臺斗式提升機dt301臺化灰池56m31座化灰池攪拌3000×

49、;1800型1臺11 kw中和池200m31座堿泵50uhb-zk-25-181臺4 kw5脫硫漿液后處理系統(tǒng)沉淀池500m31座渣漿泵80uhb-z-45-321臺5.5kw壓濾機40m21臺3kw壓濾機專用泵80uhb-zk-45-181臺7.5 kw6控制系統(tǒng)電氣系統(tǒng)1套plc西門子s7-3001套上位機1臺其它檢測儀表1套7管道/閥門1套4.7 用電設備電氣設備表序號設備名稱數(shù)量備用功率(kw)使用功率(kw)備注1#1主循環(huán)水泵275751用1備2化灰池液泵2441用1備3化灰池攪拌1114堿池攪拌1115渣漿泵15.56壓濾機專用泵17.57板框壓濾機138照明1179118 總裝

50、機容量為197kw,運行功率為118kw,按年運行時間7200小時計,年耗電量為849600kw?h。五、經(jīng)濟性分析5.1 計算標準(估算,各地有差異) 4.1.1電的單價:0.5元/kwh(廠用電);水的單價:2元/m3 4.1.2石灰單價:240元/噸(純度為85%)5.2 脫硫運行費用 按鍋爐均滿負荷運行,燃煤持續(xù)含硫量3%條件下計算:序號項目小時消耗量單價小時運行費用(元)1電耗118kwh0.5元/kwh592水1噸2元/噸23石灰0.996噸240元/噸239 每小時運行費用3005.3 綜合分析 依照so2排污費:600元/噸計算,按設計要求可計算出在鍋爐年運行7200小時狀態(tài)下,脫硫系統(tǒng)每年so2削減量為7796.16噸,免交脫硫費用為467.8萬元。 原始so2排放量(噸/年) 8294.4 脫除so2總量(噸/年) 7796.16 排放so2總量(噸/年) 498.24 免交排污費(萬元/年) 467.8 脫硫運行費用(萬元/年) 216 間接利潤(萬元/年) 251.8 說明:上述計算均以鍋爐年運行7200小時計算。六、系統(tǒng)具體技術要求6.1 機械部分6.1.1技術要求 為了與鍋爐運行匹配,脫硫裝置的設計必須保證能快速啟動旁路擋板必須有快速開啟功能,且在鍋爐負荷波動時應有良好的適應特性。 (1)脫硫裝置必須滿足如下運行特性: 原則上,脫硫裝置應能適