沖天爐廢氣處理

1、某機械鑄造有限公司某機械鑄造有限公司沖沖天天爐爐廢廢氣氣 處理工程處理工程設設計計方方案案目目 錄錄1 概 況.11.1 項目背景.11.2 設計依據(jù).11.3 設計原則.11.4 設計范圍 .21.5 排放標準.22 廢氣情況分析.32.1 廢氣來源 .32.2 廢氣量及成分.33 廢氣處理工藝選擇.43.1 廢氣處理工藝選擇 .43.2 除塵原理 .63.3 脫硫原理 .63.4 設備脫硫除塵工藝特點 .9 4 廢氣處理工程系統(tǒng)設計.104.1 廢氣脫硫除塵系統(tǒng)組成.104.2 廢氣處理工藝設計.115 運行成本分析.135.1 電費分析.135.2 其他費用分析 .135.2 運行成本合

2、計 .136 設備及構筑物一覽表.146.1 構筑物.146.2 材料設備.14- 0 -1 概概 況況1.1 項目背景項目背景某市某機械鑄造有限公司以廢鐵廢鋼為原料，加工鑄造鑄建筑用件、水泵水務用件以及各類機械配件等。年產鑄造鑄建筑用件、水泵水務用件以及各類機械配件 7000 噸。某市某機械鑄造有限公司在日常的生產工序中，沖天爐產生了燃燒廢氣，需經過治理達標后方能排放。某市某機械鑄造有限公司現(xiàn)委托我公司針對該項目的廢氣治理工程進行方案設計。1.2 設計依據(jù)設計依據(jù)1）某市某機械鑄造有限公司提供的基礎資料2） 中華人民共和國環(huán)境保護法3） 中華人民共和國大氣污染物防治法4）廣東省地方標準大氣污

3、染物排放限值 （DB44/27-2001）5） 工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準 （GB9078-1996）6） 工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準 （GBZ1-2002）7） 大氣環(huán)境質量標準 （GB3095-96）8） 環(huán)境工程設計手冊9） 大氣污染防治手冊10）有關的設計規(guī)范和設計手冊1.3 設計原則設計原則1）嚴格執(zhí)行國家有關環(huán)保的各項法規(guī)，保證處理效果達到排放標準的要求；2）積極穩(wěn)妥地采用先進可靠的處理技術，節(jié)省建設資金；3）貫徹經濟性和可靠性并重的設計原則，在最大限度地降低工程造價和運行費- 1 -用的同時，合理兼顧運行操作條件和管理維護條件；4）需要與可能相結合的原則，充分考慮當?shù)氐膶嶋H情況與客觀條

4、件，因地制宜、積極穩(wěn)妥地采用先進、實用的技術，使工程的各項指標都能達到預期的目的。1.4 設計范圍設計范圍1）沖天爐廢氣工程設計方案的編制、設備材料采購及工程建設安裝、負責工程調試直至廢氣達到相關的排放標準并通過環(huán)保驗收。2）負責業(yè)主方管理者、作業(yè)者的培訓及廢氣處理機制的完善。3）負責協(xié)助完成相關環(huán)保報批、驗收的各項手續(xù)。4）質保期內的配套服務。1.5 排放標準排放標準該項目沖天爐的廢氣經處理后，應達到工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準（GB9078-1996）二級標準，煙囪最低允許高度為 15 米。表表 1工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準 （GB9078-1996）二級標準）二級

5、標準污染物污染物排放濃度（排放濃度（mg/m3）煙塵150二氧化硫850氮氧化物400林格曼黑度1 級- 2 -2 廢氣情況分析廢氣情況分析2.1 廢氣來源廢氣來源 該公司的沖天爐共兩臺，熔煉能力為 3t/h，沖天爐使用焦炭作為燃料，年用量約為 250 噸。焦炭的含量為：固定碳 8287%，含 S 0.41%，灰份812%。沖天爐運行過程中其主要污染物為煙塵、SO2。2 臺 3t/h 沖天爐煙氣排放量為14000m3/h。2.2 廢氣量及成分廢氣量及成分 該項目共有熔煉能力 3t/h 的沖天爐 2 臺，兩臺沖天爐在運行過程中產生的廢氣總量是 14000m3/h。沖天爐廢氣與鍋爐煙氣類似，運行工

6、程中產生的廢氣主要污染物為煙塵、二氧化硫，處理工藝按鍋爐煙氣的處理工藝進行選擇。 沖天爐的廢氣經處理后，應達到工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準（GB9078-1996）二級標準，煙塵排放濃度150mg/m3，林格曼黑度 1 級，二氧化硫排放濃度900mg/m3，氮氧化物排放濃度400mg/m3。表表 2 沖天爐產生廢氣情況沖天爐產生廢氣情況污染物污染物濃度濃度 mg/m3標準濃度限值標準濃度限值mg/m3廢氣量廢氣量 m3/h煙塵2300150二氧化硫306085014000- 3 -3 廢氣處理工藝選擇廢氣處理工藝選擇3.1 廢氣處理工藝選擇廢氣處理工藝選擇沖天爐廢氣與鍋爐煙氣類似，污染物均為煙塵

7、和二氧化硫，處理工藝按鍋爐煙氣的處理工藝進行選擇。由于煙塵濃度較高，先經過一級除塵后再進行脫硫處理。3.1.1 除塵工藝選擇除塵工藝選擇廢氣除塵的方式主要有機械式除塵（包括重力沉降室、慣性除塵器、旋風除塵器） ，過濾式除塵（包括袋式除塵器、顆粒層除塵器） 、電除塵器、濕式除塵器（包括噴淋塔、泡沫塔、填料塔、湍球塔、文丘里等） 。表表 3 幾種除塵方法性能比較幾種除塵方法性能比較名稱名稱適用粒徑適用粒徑/um效率效率/%阻力阻力/pa設備費設備費運行費運行費重力沉降室509080-8570-7560-70投資比例/%13-198-123-52-4費用(元/tSO2)900-1250750-105

8、0600-900600-800占地面積大中小小灰渣狀態(tài)濕干干干- 4 - 目前工業(yè)廢氣脫硫工藝大體概括為干法、半干法、濕法。 干法是利用固態(tài)（粉狀、粒狀等）的吸收劑、吸附劑或催化劑來脫除廢氣中二氧化硫的方法，如煙氣循環(huán)流化床、活性炭吸附法、催化轉化法。 半干法是采用液態(tài)吸收劑，利用煙氣的熱量，在脫硫反應的同時蒸發(fā)吸收劑的水分，使脫硫產物成為固態(tài)，如旋轉噴霧干燥法。濕法采用液態(tài)（液體或漿液）吸收劑吸收煙氣中的二氧化硫。濕法煙氣脫硫過程是氣液反應，其脫硫反應速度快，脫硫效率高。目前已開發(fā)的濕法煙氣脫硫技術，主要有石灰石（石灰）/石膏洗滌法、雙堿法、氨吸收法、海水脫硫等。常規(guī)中采用的方法石灰石法和雙

9、堿法，石灰石法主要缺點是容易結垢，堵塞布液管和水泵等設備；雙堿法煙氣脫硫工藝采用堿金屬鹽類如NaOH、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3等的水溶液吸收 SO2，然后在另一石灰反應器中用石灰將吸收 SO2后的溶夜再生、再生后的吸收液再循環(huán)使用，最終產物以硫酸鈣和石膏形式析出。雙堿法煙氣脫硫工藝是石灰石（石灰）/石膏洗滌法的變形，克服了克服石灰石/石灰法容易結垢的缺點，提高了 SO2去除率。所以本方案選用“雙堿法”工藝。雙堿法是濕法中比較重要的工藝，具有脫硫除塵效率高，投資少，占地小，運行費用低等特點，非常適合中國國情。 3.1.3 廢氣處理工藝的確定廢氣處理工藝的確定根據(jù)該項目廢氣的溫度，

10、廢氣的成分以及污染物濃度等的特點，治理方法應選用效果好、質量可靠、操作方便和運行費用低的工藝為宜。為此，處理工藝選用“噴淋沉降室噴淋沉降室+高效旋流板塔高效旋流板塔” 對廢氣進行脫硫除塵。廢氣經噴淋沉降室初步除塵和降溫后、配備獨立多級脫硫塔對其進一步除塵和脫硫治理，經處理后污染物指標達到工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準 （GB9078-1996）二級標準及地方環(huán)保要求。其處理工藝流程如圖 1 所示。- 5 -圖圖 1 沖天爐廢氣處理工藝流程圖沖天爐廢氣處理工藝流程圖3.2 除塵原理除塵原理3.2.1 噴淋沉降室的除塵機理噴淋沉降室的除塵機理噴淋沉降室是構造簡單的一種洗滌器，在噴淋沉降室內水通過噴嘴噴

11、成霧狀，當含塵煙氣通過霧狀空間時，因塵粒與液滴之間的碰撞、攔截和凝聚作用，塵粒隨液滴降落下來。根據(jù)氣體與液體的流動方向，可分為順流、逆流和錯流三種型式。3.2.2 旋流板塔的除塵機理旋流板塔的除塵機理 煙氣自脫硫除塵塔底部切向進入后，繞著底部的穩(wěn)流柱旋轉上升，利用離心力作用除去較大塵粒，然后變速通過流旋流板。在變速運動中，高速氣流對堿液做激烈攪拌使水達到最佳的霧化質量(液滴直徑 0.2mm)，從而使得煙氣與堿液達到最大的接觸面積。這樣，較大的塵粒在離心力作用下被除去，較小的塵粒受到液滴的碰撞與攔截、冷凝，以及多次的布朗擴散等作用而凝并成較大的塵粒而被除去，此外，還有部分微小塵粒通過紊流、吸附、

12、凝聚、催化傳質后被捕集，最后都流至塔底部再排至沉灰池。3.3 脫硫原理脫硫原理3.3.1 雙堿濕法脫硫機理雙堿濕法脫硫機理 脫硫是利用二氧化硫的特性，即酸性、溶解性、氧化性、還原性。而二氧- 6 -化硫溶于水后與堿反應的速度很快不需多加考慮。一般情況下，當沖天爐產生的煙氣排入脫硫器，噴入一定量堿液時，堿液的霧化質量越好、脫硫效率越高。本脫硫除塵器獨特的設計能使高速運動的氣流對堿液作激烈的攪拌，產生渦流內循環(huán)，重復霧化，使堿液完全霧化，液滴粒徑基本在 0.2mm 以下，達到最佳霧化質量，液霧與 SO2充分攪拌在一起，達到最佳的接觸方式與接觸面積，從而達到理想的脫硫效果。用堿性液洗滌含 SO2的氣

13、體時，首先 SO2與水相互反應生成亞硫酸，部分亞硫酸水解生成 H-、HSO3-及少量的 SO32-離子。同時水中的堿則離解成 Na和OH-離子。生成 OH-離子時因下列反應而使 H+離子減少： SO2 H2SO3 H+ HSO3-OH- + H+ H2O H+減少的結果是使 HSO3-和 SO32-離子量增加，從而使溶液中未離解的亞硫酸和物理溶解的 SO2含量減少，因此繼續(xù)從氣體中吸收 SO2。 起初堿過剩時，SO2與堿反應生成正鹽亞硫酸鈉（Na2SO3） 。2NaOH + SO2 Na2SO3 + H2O 待至堿耗盡而繼續(xù)從煙氣中吸收 SO2時，則生成酸式鹽亞硫酸氫鈉（NaHSO3） 。Na

14、2SO3 + SO2 +H2O 2NaHSO3 亞硫酸氫鈉與堿反應又再生出正鹽亞硫酸鈉。NaHSO3 + NaOH Na2SO3 + H2O 在運行過程中，不可避免地會發(fā)生副反應，即少量亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉（Na2SO4） 。2Na2SO3 + O2 2Na2SO4 噴淋后流入沉淀池時加入 Ca(OH)2，再生成 NaOH 和石膏等沉淀物Na2SO3 + Ca(OH)2 CaSO3 + 2NaOHNa2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2NaOH - 7 - 亞硫酸鈉的氧化率與煙氣中的氧含量、煙塵雜質種類及循環(huán)液濃度、PH 值高低等有關。 系統(tǒng)在正常運行時，脫硫操作是在吸收再生中循

15、環(huán)進行，由此可見，循環(huán)液是由 Na2SO4- Na2SO3- NaHSO3組成的溶液體系，溶液中的 Na2SO3與NaHSO3的濃度和比例是影響吸收率的關健因素。其中有脫硫能力的成份是Na2SO3。在不斷吸收 SO2生成 NaHSO3過程中，表現(xiàn)為循環(huán)液 PH 值逐漸下降，循環(huán)液面上的二氧化硫分壓 PSO2逐漸升高，脫硫能力逐漸降低。為了恢復循環(huán)液的吸收能力，必須再生 Na2SO3。為此，按需要的堿量投入 PH 調節(jié)槽，調節(jié)循環(huán)液的 PH 值，即可再生出 Na2SO3。 當循環(huán)液中的 Na2SO3全部變?yōu)?NaHSO3，繼續(xù)吸收 SO2時，不可能再起化學反應，此時僅因 SO2對該溶液的溶解度關

16、系而溶解于溶液中并達到飽和，循環(huán)液 PH 值急劇下降，循環(huán)液面上的二氧化硫分壓 PSO2急劇升高，吸收過程無法進行。因此，循環(huán)液的 PH 值必須控制。Na2SO3、NaHSO3和 Na2SO4在水中的溶解度隨溫度變化而變化，除 NaHSO3隨溫度升高而增加外，其余兩種都是在 40時溶解度最大，然后隨著溫度的升高而減少。通常，循環(huán)液的溫度可升至 6065。當循環(huán)液濃度較高時，NaHSO3在循環(huán)液的溫度下處于不飽和狀態(tài)，而當投入 Ca(OH)2再生 NaOH 時，由于 CaSO3溶解度較少，達到飽和并結晶析出，從而使水平中的 SO32-濃度下降，達到循環(huán)水再吸收 SO2的效果。但是因為分壓問題，還

17、是需要定時換水，保持循環(huán)水噴淋脫硫除塵的效果。 吸收了 SO2、SO3和 NO2的堿液在塔外混合池中用第二堿石灰或石灰石再生 NaOH，生成的 CaSO3和部分 CaSO4在池內沉淀，上清液返回吸收系統(tǒng)循環(huán)使用：2NaHSO3+CaCO3Na2SO3+CaSO31/2H2O+CO2+1/2H2O2NaHSO3+Ca（OH）2Na2SO3+CaSO31/2H2O+3/2H2O2Na2SO3+Ca（OH）2+1/2H2O2NaOH+CaSO31/2H2O2CaSO3+O2+4H2O2CaSO42H2ONa2SO4+Ca（OH）2+2H2O2NaOH+CaSO42H2O- 8 -3.3.2 雙堿脫硫

18、工藝特點雙堿脫硫工藝特點1）用 NaOH 脫硫，循環(huán)水基本上是 NaOH 的水溶液，在循環(huán)過程中對水泵、管道、設備均無腐蝕與堵塞現(xiàn)象，便于設備運行與保養(yǎng)。2）吸收劑的再生和脫硫渣的沉淀發(fā)生在塔外，這樣避免了塔內堵塞和磨損，提高了運行的可靠性，降低了操作費用；同時可以用高效的板式塔或填料塔代替空塔，使系統(tǒng)更緊湊，且可提高脫硫效率。3）鈉基吸收液吸收 SO2速度快，故可用較小的液氣比，達到較高的脫硫效率，一般在 90%以上。4）對脫硫除塵一體化技術而言，可提高石灰的利用率。5）NaSO3氧化副反應產物 Na2SO4較難再生，需不斷的補充 NaOH 或 Na2CO3而增加堿的消耗量。另外，Na2SO

19、4的存在也將降低石膏的質量。3.4 設備脫硫除塵工藝特點設備脫硫除塵工藝特點 考慮經濟成本，本方案采用麻石旋流板塔式多層脫硫器脫硫。由于高溫煙氣冷卻后再經多級脫硫效果更佳，煙氣排放達標更有把握。麻石脫硫除塵器性能特點：麻石是花崗巖的一種，屬于天然石材，具有硬度高、耐磨損、耐風化、耐腐蝕的特點，用麻石砌塊砌筑的脫硫除塵器，經久耐用、耐酸霧腐蝕等特點。其主要不足之處在于塔體重，對基礎要求較為嚴格，容易因基礎不穩(wěn)定、安裝過程控制不當以及高溫等因素而發(fā)生開裂滲漏現(xiàn)象，導致內部結構產生松動或者變位，從而致使對脫硫效果產生影響。因其材質較重，其內部構造維護維修方面也較為困難。- 9 -4 廢氣處理工程系統(tǒng)

20、設計廢氣處理工程系統(tǒng)設計4.1 廢氣脫硫除塵系統(tǒng)組成廢氣脫硫除塵系統(tǒng)組成根據(jù)該項目處理廢氣的廢氣濃度、廢氣成分、負荷變化的特點，選用效果好、質量可靠、操作方便和運行費用低的“噴淋沉降室+高效旋流板塔”工藝。4.1.1 噴淋沉降室噴淋沉降室在噴淋沉降室內水通過噴嘴噴成霧狀，當含塵煙氣通過霧狀空間時，因塵粒與液滴之間的碰撞、攔截和凝聚作用，塵粒隨液滴降落下來。這種除塵器構造簡單、阻力較小、操作方便。其突出的優(yōu)點是，可以處理含塵濃度較高的煙氣而不會導致堵塞。又因為它噴淋的液滴較粗，所以不需要霧狀噴嘴，這樣運行更可靠，噴淋沉降室可以使用循環(huán)水，直至洗液中顆粒物質達到相當高的程度為止，從而大大簡化了水處

21、理設施。4.1.2 旋流板高效脫硫塔旋流板高效脫硫塔 旋流板高效脫硫塔由主塔和副塔組成。煙氣自脫硫除塵塔底部切向進入主塔后，繞著底部的穩(wěn)流柱旋轉上升，利用離心力作用除去較大塵粒，然后變速通過流旋流板。在變速運動中，高速氣流對堿液做激烈攪拌使水達到最佳的霧化質量(液滴直徑 0.2mm)，從而使得煙氣與堿液達到最大的接觸面積，從而對煙氣進行脫硫，然后經頂部塔頂短道進入副塔進行除霧處理，最終從副塔底部經引風機從煙囪排向大氣。這樣，使得煙氣在高效脫硫塔中達到脫硫除塵的目的。4.1.3 循環(huán)水池系統(tǒng)循環(huán)水池系統(tǒng) 循環(huán)水系統(tǒng)包括有 1#沉灰池、2#沉灰池、循環(huán)池。噴淋沉降室的噴淋水排入 1#沉淀池進行灰水

22、分離，上清液由水泵抽往噴淋沉降室進行噴淋除塵。高效旋流板塔中脫硫除塵噴淋水先排至沉灰池沉淀使灰水分離，灰水沉淀后上清液再進入循環(huán)池，使酸性上清液與新加的堿液充分混和 PH 值達到 11 以上，這樣就能達到最佳的脫硫效果。由循環(huán)水泵抽至脫硫除塵器進行噴淋脫硫，實現(xiàn)水的循環(huán)。沉灰池內的底泥定期外運處理。循環(huán)過程中由于液體的蒸發(fā)和會有少理 Na2SO4和 NaNO3的生成，因而不可避免地會有鈉的損失，必須定期往循環(huán)- 10 -池中加入少量的堿，以補充鈉的損失。4.2 廢氣處理工藝設計廢氣處理工藝設計4.2.1 噴淋沉降室設計噴淋沉降室設計噴淋沉降室起初步除塵和降溫的作用，分前后兩室，前室的噴淋水由自

23、來水提供，后室的噴淋水由沉淀池的上清液循環(huán)使用。根據(jù)廢氣特點，噴淋沉降室的設計工藝尺寸采用：4m3.5m2.5m；采用磚混或鋼混；氣水比：1:3；噴淋水量：噴淋沉降室前室為 35m3/h，噴淋沉降室后室為 15m3/h；水泵采用 Q=15m3/h、N=2.2kw 的不銹鋼泵。4.2.2 脫硫除塵塔設計脫硫除塵塔設計高效旋流板塔是整個廢氣處理系統(tǒng)關鍵的處理單元。廢氣中大部分粉塵都將在此階段去除。高效旋流板塔中噴淋的堿液用于凈化去除廢氣中的 SO2，使廢氣經處理后能夠達標排放。根據(jù)計算高效脫硫除塵塔的尺寸為：塔高 7500mm；主塔內徑 1200mm；副塔內徑 800mm。設備基礎：4m2m0.5

24、m。噴淋水量為 20m3/h，水泵采用Q=20m3/h、N=2.2kw 的不銹鋼泵。 高效脫硫除塵塔結構：由麻石塔體、填料支架、氣體分布柵版、填料、噴淋液輸送和旋流板裝置和除霧裝置等組成。 脫硫除塵塔主體采用采用麻石結構，防滲處理，要求密閉不漏氣。液體管道采用 PVC-U 材質；水泵采用不銹鋼材質；設備安裝支架采用鋼結構，防腐處理。脫硫除塵塔配套引風機用于抽取沖天爐產生的廢氣進入廢氣處理系統(tǒng)。廢氣處理系統(tǒng)引風機選用 Q=14000m3/h，風壓 2500Pa，N=11kw。4.2.3 循環(huán)水系統(tǒng)設計循環(huán)水系統(tǒng)設計循環(huán)水池系統(tǒng)包括 1#沉灰池、2#沉灰池、循環(huán)池，根據(jù)廢氣處理系統(tǒng)的噴淋用水量，循

25、環(huán)水系統(tǒng)的設計參數(shù)為：1#沉灰池 4m2.5m2.5m、2#沉灰池4m2.5m2.5m、循環(huán)池 2m1.5m2m、污泥泵選用 Q=10m3/h、N=0.75kw 的不銹鋼泵。- 11 -4.2.4 流程簡介流程簡介沖天爐廢氣經煙管輸送匯至噴淋沉降室進行初步除塵、降溫處理。經噴淋沉降處理后的煙氣沿切線方向進入主塔底部，在塔內經脫硫除塵后，自塔頂短煙道進入副塔，進一步除霧后通過煙囪高空排放。噴淋沉降室前部分噴淋液從自來水管直接提供，沉降室的后室噴淋液由 1#沉灰池的上清液循環(huán)使用，加堿調節(jié)后的噴淋液從高效脫硫除塵塔頂部進入，在旋流塔板上分散成霧滴與煙氣充分接觸后，從主塔底部經明渠流入 2#沉灰池，沉降到泥斗。沉淀池出水流回循環(huán)池，在池內調節(jié) PH 值后用噴淋泵打回主