某热电厂双碱法烟气脱硫设计方案.doc

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1、某热电厂双碱法烟气脱硫设计方案 双碱法烟气脱硫技术方案目录一、概述41.1国内中小型锅炉脱硫技术现状41.2 工程概述5二、设计依据及设计原则52.1设计依据52.2 工程主要原始资料62.2.1锅炉系统参数62.2.2 气象参数62.3 设计原则7三、设计范围要求及工艺选择73.1设计范围73.2 主要技术要求73.3工艺选择83.3.1 国内外脱硫现状83.3.2中小型燃煤锅炉脱硫工艺103.3.3 工艺选择13四、双碱法烟气脱硫方案设计134.1 设计参数计算134.2 脱硫系统方案的介绍144.3 脱硫系统的设计方案174.4 电气及控制系统224.5 工艺布局224.6 脱硫系统主设

2、备清单224.7 用电设备24五、经济性分析245.1 计算标准(估算,各地有差异)245.2 脱硫运行费用245.3 综合分析25六、系统具体技术要求256.1 机械部分256.2 烟气系统276.3 SO2吸收系统316.4 石膏脱水系统346.5 管道和阀门346.6 泵366.7 搅拌设备386.8 防腐内衬及玻璃钢(FRP)38七、仪表及控制387.1、控制方式387.2 PLC387.3 电缆及电缆敷设39八、电气部分39九、总结39参考文献40致 谢41附 录42概述1.1国内中小型锅炉脱硫技术现状 我国大气污染以煤烟型为主,首要污染物是二氧化硫。我国二氧化硫年排放量2000万吨

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积达国土面积30%,全国因此每年损失上千亿元。二氧化硫污染已成为制约我国经济、社会可持续发展的要因素,控制二氧化硫污染势在必行。 控制二氧化硫的排放是减少酸雨的主要途径。为此,国家也制定并完善了相应的法规政策,并实施适当的经济政策来控制二氧化硫的排放。其中,火电厂是控制二氧化硫排放的主要行业。预计2005年底,仅火电行业产生二氧化硫量为1800万吨,约占全国产生量的60%。其中,中小型燃煤锅炉因其数量多、范围广、治理难度大及投资限制等诸多因素成为控制二氧化硫排放的老大难。 中小型锅炉主要是针对220t/h以下的燃煤锅炉。国内的大型燃

4、煤锅炉220t/h以上脱硫技术大都是电力系统内部脱硫环保公司引进国外先进的脱硫技术,然后消化吸收,走国产化的道路。大型锅炉采用国外技术并且关键脱硫设备需要进口,系统完善,投资数额巨大,是中小型锅炉无力承担的。 针对中小锅炉占全国燃煤锅炉70%的国情,我国探索了中小型燃煤锅炉二氧化硫污染控制的多种途径,如低硫燃料、型煤固硫等技术的同时,针对中小锅炉特点,开发了一批简易烟气脱硫技术。目前这类技术申请的专利已达几十种,应用数百套。简易烟气脱硫除尘技术一般是在各类除尘设备的基础上,采用石灰、冲渣水等碱性浆液为吸收剂,应用水膜除尘、文丘里除尘、旋风除尘的机理和旋流塔、筛板塔、鼓泡塔、喷雾塔吸收等机理相结

5、合同时除尘脱硫。已形成冲激旋风除尘脱硫技术、湿式旋风除尘脱硫技术、麻石水膜除尘脱硫技术、脉冲供电除尘脱硫技术、多管喷雾除尘脱硫技术、喷射鼓泡除尘脱硫技术、旋流板脱硫除尘一体化等在同一设备内进行除尘脱硫的烟气脱硫技术,还有清华大学开发的在除尘基础上的液柱喷射脱硫技术等。 上述这些简易脱硫方法的共同特点是设备少、流程短、操作简便、维护方便、投资少、运行费用低,一般除尘效率70%90%,脱硫效率30%85%,基本能够满足所使用地区的当地排放标准。但由于这类工程普遍存在投入资金不足、系统不完整、运用国内设备等原因,出现了不少问题,诸如结垢、堵塞、烟气带水造成风机及烟道腐蚀严重、脱硫产物不处理直接排放造

6、成二次污染等等一系列问题。尽管如此,简易湿法仍因脱硫成本相对较低、针对中小型燃煤锅炉进行脱硫性价比好等优点而得到广泛使用。另外,很多科研院所及环保公司开发了中小型锅炉半干法及干法脱硫技术,来避免烟气升温、烟气带水及脱硫产物的处理问题,也取得了较好的脱硫效果。例如目前广泛采用的回流式循环流化床半干法脱硫技术在相对较低的钙硫比运行情况下,能达到较高的脱硫效率。1.2 工程概述 工程名称:热电有限公司脱硫工程 工程地点:热电有限公司 需 方:热电有限公司 工程规模:工程为275t/h循环流化床锅炉的烟气脱硫工程。 本期工程的锅炉的烟气除尘设备为静电除尘器。由于环保要求,现准备增加脱硫设备,以确保烟气

7、SO2排放浓度达到国家环保标准要求。 结合热电有限公司的情况,结合目前燃煤锅炉常用的脱硫工艺,并充分考虑工程投资和运行等方面具体事宜,进行烟气脱硫设计方案。 二、设计依据及设计原则2.1设计依据 1.热电有限公司提供的锅炉技术特性参数和烟气参数 2.国家环保总局颁布的燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策 3.火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2003) 4.小型火力发电厂设计规范(GB5049-94) 5.工业企业噪声控制设计规范(GBJ87-85) 6.室外给水设计规范(GBJB-86) 7.室外排水设计规范(GBJB-86)2.2 工程主要原始资料2.2.1锅炉系统参数1、锅炉资料1、

8、锅炉资料锅炉型号入口烟温烟气量燃煤量燃煤含硫量备注TG-75/5.29-M11110-150150000M3/H12T/H3%单台锅炉参数2、风机资料引风机型号流量全压电机功率AY75-1221D左135168600M3/H5600Pa400KW 锅炉台数及容量: 2台75t/h 处理烟气量:30万m3/h 正常烟气工作温度范围:150110 瞬间最高温度: 180 标准燃煤量: 212t/h 燃煤含硫量: 3%(设计按含硫量3%考虑) 电除尘出口烟尘浓度: 150mg/Nm32.2.2 气象参数 年平均气温: 12.0 极端最高气温: 38.8 极端最低温度: -15.3 年平均相对湿度:6

9、6% 年平均风速: 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 夏季主导风向: 南风 冬季主导风向: 偏北风 夏季平均大气压:995.4百帕 地震强度: 按7级设防2.3 设计原则(1)脱硫系统能够安全可靠运行。(2)具有足够的脱硫效率,保证达标排放。(3)投资少、运行成本低。(4)脱硫剂来源可靠,副产品处置合理。(5)降低脱硫系统对锅炉的影响。(6)采取适当措施避免脱硫系统结垢、腐蚀、和堵塞的发生。(7)提高整套系统的自动化程度。(8)充分考虑场地要求,使整套脱硫系统结构紧凑,减少占地面积。(9)脱硫系统设置旁路烟道、事故排空管

10、道和检修通道,便于系统维护和检修。 三、设计范围要求及工艺选择3.1设计范围本项烟气脱硫系统的设计范围为:两台75t/h循环流化床锅炉自引风机出口至烟囱入口的整套脱硫系统。包括脱硫剂贮存、制浆系统、脱硫塔及吸收循环系统、烟气系统、脱硫产物的处理处置系统的整套设计。3.2 主要技术要求 本工程不考虑征地,利用原厂用地,不能严重影响生产。 采用成熟的脱硫工艺,要求技术安全可靠、经济合理。 副产品的处理,不应产生二次污染。 SO2排放达到环保局规定排放标准,并具有可满足更高标准的调节裕量。 系统采用PLC自动控制,可与主机DCS联网。3.3工艺选择3.3.1 国内外脱硫现状 为了控制大气中二氧化硫,

11、早在19世纪人类就开始进行有关的研究,但大规模开展脱硫技术的研究和应用是从二十世纪50年代开始的。经过多年研究目前已开发出的200余种SO2控制技术。这些技术按脱硫工艺与燃烧的结合点可分为:(1)燃烧前脱硫(如洗煤,微生物脱硫);2燃烧中脱硫(工业型煤固硫、炉内喷钙);(3)燃烧后脱硫,即烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization, 简称FGD)。FGD是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式,是控制酸雨和二氧化硫污染的最主要技术手段。 烟气脱硫技术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,将之转化较为稳定且易机械分离的硫化合物或单质硫,从而达到脱硫的目的。FGD

12、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(或脱硫液)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)。国外烟气脱硫现状 国外烟气脱硫研究始于1950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200000MW(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

13、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:湿式石灰/石灰石?石膏法 该法用石灰或石灰石的脱硫液吸收烟气中的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,是目前国外的主

14、要方法。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80%左右,投资比湿式石灰石?石膏法低。目前主要应用在美国。吸收再生法 主要有氧化镁法、双碱法、W?L法。脱硫效率可达95%左右,技术较成熟。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)直接喷入燃烧炉炉膛的脱硫技术,适用于中、低硫煤锅炉,脱硫效率约70%。国内烟气脱硫现状 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

15、、科研和生产单位对多种除尘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。下表列出了我国引进的部分FGD装置情况。最近十几年来,我国加大了FGD技术研究的投入,“八五”、“九五”期间不断有大课题立项支持这方面的研究,取得了可喜的成绩。 表3-1 我国引进的部分FGD装置引进的单位工艺流程烟气量(锅炉吨位或装机容量)Nm3/h脱硫剂效率投运时

16、间胜利油田南华工厂氨?硫铵法2100000NH3、H2SO490%1979重庆珞璜电厂湿式石灰石?石膏法1087000石灰石浆95%1992-1993山东德州电厂荷电干吸收剂喷射法75t/hCa(OH)26070%1995山东潍坊化工厂简易石灰石膏法100000消石灰浆70%1995山东黄岛电厂简易喷雾干燥法300000生石灰、石膏、煤灰70%1995太原发电厂小型高速平流法600000石灰石80%1996广西南宁化工厂简易石灰石石膏法50000Ca(OH)270%1996南京下关电厂炉内喷钙增湿活化法795000石灰石75%1997成都热电厂电子束法300000NH380%1997杭州半山发

17、电厂湿式石灰石?石膏法2410t/h石灰石90%2000深圳西部电厂海水洗涤300MW海水1999浙江钱清电厂炉内喷钙增湿活化法795000石灰石65%20003.3.2中小型燃煤锅炉脱硫工艺 对于中小型燃煤锅炉,宜采用结构简单、投资较低、占地面积较小、脱硫效率高、运行费用低的脱硫工艺。对于130t/h、75t/h及35t/h燃煤锅炉,目前国内较多采用的脱硫工艺有:湿式简易石灰-石膏抛弃法、双碱法、氧化镁抛弃法、氨法、简易氨法、烟气循环半干法、炉内喷钙法、炉内喷钙尾部增湿法、炉内喷钙+湿法的综合脱硫法等。 1、湿式简易石灰-石膏抛弃法 湿式简易石灰-石膏抛弃法是中小型锅炉烟气脱硫工程最普遍采用

18、的一种工艺,该工艺是在传统石灰石(石灰)-石膏湿法脱硫工艺的基础上进行简化,在保证较高的脱硫效率的前提下,大大降低投资和运行成本,采用溶解度和化学活性较高的石灰替代传统工艺的石灰石,省去了石灰石磨粉系统,并将液气比由1520L/Nm3降至38 L/Nm3,脱硫产物亚硫酸钙氧化后抛弃或直接抛弃,省去了庞大的石膏脱水回收系统,整个脱硫过程中产生的废水很少,一般无脱硫废水排放,不需设置专门的废水处理系统。从而将一次性投资降到最低。该工艺的缺点是脱硫塔和循环管道容易磨损、结垢和堵塞,脱硫塔塔型的选择受到限制,只能采用喷淋塔。脱硫产物直接抛弃虽不会造成二次污染,但需要较大的堆放场地。但随着对该工艺研究的

19、深入、对现有工艺的改进和新材料的使用,以及对脱硫石膏的综合利用,这些问题均已基本解决。 2、双碱法 钠钙双碱法是为了解决脱硫塔和循环管道的磨损、堵塞和结垢的问题而在吸收循环过程中采用钠碱(氢氧化钠或碳酸钠)作为吸收剂,并为降低运行成本采用石灰对钠碱进行再生的脱硫工艺。因钠碱溶解度大、化学活性高,脱硫效率高,脱硫塔可采用喷淋塔、填料塔或板式塔,从而提高了装置的灵活性。但钠碱价格昂贵,虽采用价格低廉的石灰进行再生,但再生过程中钠碱会有部分被夹带而损耗,加之对于中小型锅炉,一般生成的石膏不进行回收,甚至不进行脱水,这就加大了钠碱的损耗,提高了运行费用。在整套双碱法脱硫系统中要用到两种强碱,配备两套制

20、浆系统,并需要一个容积较大的混合再生装置,增大了占地面积,整套系统也较之简易石灰-石膏法复杂,钠碱的贮存和运输也存在这一定的安全隐患。双碱法的脱硫产物与简易石灰-石膏法相同,产量相当,也存在需要堆放场地的问题。 3、氧化镁抛弃法 氧化镁抛弃法是在氧化镁再生法和硫酸镁回收法的基础上,省去了脱硫产物的再生和回收系统简化而成的,该工艺也具有脱硫效率高、结构简单、投资省、占地少的特点,此外该工艺不会产生大量固体废弃物,不需堆放场地。脱硫终产物为硫酸镁(俗称泻盐)溶液,随废水排放。为保证达标排放,脱硫塔排出的亚硫酸镁进行充分氧化,并过滤除去悬浮物,对环境不会造成二次污染。氧化镁脱硫工艺与石灰法相比,不易

21、产生堵塞、磨损和结垢,但氧化镁的价格比石灰高,运行成本相对较高。 4、氨法 氨水作为脱硫剂是反应活性最强的,在低液气比的条件下脱硫效率最高,且有副产品,可创造一定经济效益,但是氨水的价格较高,只有在燃煤含硫量较高,且有废氨溶液的条件下经济效益才是最好的。制约氨法脱硫大规模推广的原因也是副产品的问题,硫铵的蒸发、结晶、回收过程需要一套蒸发结晶和干燥系统,且对设备材质的要求较高,一般需采用316L不锈钢,大大增加了一次性投资,硫铵回收系统的投资甚至要超过脱硫系统。加之硫铵回收还要消耗大量蒸汽,运行费用也较高,如无废氨溶液,氨的贮存和运输也存在很大安全隐患。氨法脱硫较为适用于具有废氨溶液,且燃煤含硫

22、量较高的化肥厂的自备电厂和工业锅炉。 5、简易氨法 简易氨法是去除了硫铵回收的一种简易脱硫方法,常采用文丘理塔作为吸收塔,利用废氨水作为脱硫剂。该法虽然结构简单,投资很低,但脱硫产物亚硫铵的抛弃会造成二次污染,因此不允许直接排放。吸收塔无水洗装置,会造成氨形成气溶胶随烟气排至大气,造成二次污染。若无废氨水,该法的运行费用也是昂贵的,故该法现已被淘汰。 6、烟气循环半干法 烟气循环半干法是一种半干发脱硫工艺,既有干法投资少、占地小的特点,又比干法脱硫工艺的脱硫效率高。循环半干发法一般不需要专门设置脱硫塔,而采用烟道反应器,利用循环灰与脱硫剂一同在反应器中循环吸收二氧化硫,并喷水活化。与湿法相比省

23、去了制浆系统和循环泵,节省了大量投资。但该工艺对于老机组改造存在一定困难,循环半干法脱硫的核心是烟道反应器,需要在锅炉和电除尘之间有足够的空间,并需要加装预除尘。 7、炉内喷钙 炉内喷钙是一种简单的干法脱硫工艺,但因脱硫效率很低,曾一度被淘汰,但随着循环流化床锅炉的广泛应用,又重新焕发出生机。对于循环流化床锅炉,CaO与燃料一同在炉内循环,大大提高了反应时间,也提供了适宜的反应温度,提高了脱硫效率。辅以炉后增湿可达到90%的脱硫效率。如燃煤含硫量过高还可与湿法结合,形成炉内喷钙+湿法的综合脱硫工艺,保证脱硫效率。但该工艺只适用于循环流化床锅炉,且存在磨损的问题,对于煤粉炉无法达到较高的脱硫效率

24、。表3-2 几种常用脱硫工艺比较项目石灰石/石灰?石膏工艺喷雾干燥法炉内喷钙+尾部增湿氧化镁法双碱法技术成熟程度成熟成熟成熟成熟成熟适用煤种不限中低硫煤中低硫煤中低硫煤不限脱硫率95%以上7580%7580%90%以上90%以上吸收剂石灰石/石灰石灰石灰石氧化镁石灰/碱液/电石渣等吸收剂利用率90%以上5070%约40%90%以上85%以上副产物石膏亚硫酸钙亚硫酸钙硫酸镁亚硫酸钙/硫酸钠等副产物处置利用抛弃抛弃抛弃或回收抛弃或回收废水有无无有少量占地面积大 中小中中市场占有率高一般一般低 一般 3.3.3 工艺选择 结合275t/h锅炉的实际情况,从工程投资、运行费用等方面综合考虑,本方案采用

25、钠钙双碱法湿法烟气脱硫工艺。(同时考虑了循环流化床锅炉将在燃煤中拌烧石灰石以实现炉内部分脱硫的工艺。) 该方案在锅炉对应的引风机后面,增加湿法脱硫设备. 该方案中,不对原有的静电除尘器进行改动,在引风机出口烟道直接增加脱硫系统即可,脱硫后烟气直接进入烟囱。四、双碱法烟气脱硫方案设计4.1 设计参数计算 (1)产生的SO2量=2单台炉燃煤量燃煤应用基含硫量280% =2121000kg/h3%280% =1152kg/h (2)锅炉标态烟气量=2150000=191706 Nm3/h (3)烟气SO2含量=产生SO2量 /标态烟气量 锅炉烟气SO2含量=1152kg/h1000000mg/kg

26、191706 Nm3/h =6009mg/Nm3 (4)脱硫量计算 按SO2初始浓度6009mg/Nm3,SO2排放浓度要求400mg/Nm3的要求,可计算出要求的脱硫效率为93.34%。 设计时按脱硫效率为94%考虑,此时锅炉脱硫系统工作需脱除SO2的量为1082.8kg/h。4.2 脱硫系统方案的介绍4.2.1 双碱法反应过程 双碱法是为克服湿式石灰石/石灰-石膏法结垢的缺点而发展起来的。双碱法采用纯碱启动系统,钠碱吸收SO2生成可溶的Na2SO3类盐,之后,脱硫溶液进入石灰再生系统,通过离子交换反应,生产不可溶的CaSO3以及CaSO4盐类,作为沉淀物被外排或后处理,重新生成的钠碱上清液

27、回到吸收塔循环使用。其主要反应方程式如下: Na2CO3+SO2 Na2SO3+CO2 (1) Na2SO3+SO2+H2O 2NaHSO3 (2) 2NaOH+SO2 Na2SO3+H2O (3)其中式(1)是启动阶段纯碱溶液吸收SO2 反应方程;式(2)是运行过程的主要反应式;式(3)是再生液pH值较高时发生的反应式。 吸收液送至石灰反应器进行吸收液再生和固体副产物的析出: 2NaHSO3+CaOH2 Na2SO3+CaSO3?1/2H2O+3/2H2O (4) Na2SO3+ CaOH2 2NaOH+CaSO3?1/2H2O(5)式(4)是再生反应的主要反应式;式(5)是再生液高pH值时

28、的再生反应。 产物CaSO3?1/2H2O在空气中被氧化为石膏CaSO4?2H2O,可作为商业用途或定期抛弃处置。4.2.2 双碱法技术优点 钠基作为吸收液,避免了结垢; 钠基吸收速率高,较低的液气比,较高的脱硫效率; 吸收剂利用率高; 系统占地规模小,投资、运行费用低;4.2.3 湿式喷淋塔技术优点喷淋装置设计在顶部,避免了腐蚀问题喷淋塔为空塔,不含有易造成结垢的部件,不存在堵塞等问题; 喷嘴采用特殊设计,彻底避免了喷嘴的堵塞和腐蚀磨损等问题;设有除雾器,总体脱硫塔内部为双腔体结构,从而达到除雾的目的,同时为了防止除雾器堵塞,在除雾器顶部设有清洗装置,通过系统工艺水进行清洗,达到系统损耗水量

29、补充和清洗除雾器的双重目的。 总之,本系统脱硫技术具有如下显著特点: (1)该工艺在35t/h至220t/h的燃煤锅炉的除尘脱硫项目中运行效果非常好; (2)技术成熟,运行可靠性高。脱硫装置投入率为95%以上,系统主要设备很少发生故障,因此不会因脱硫设备故障影响锅炉的安全运行; (4)操作弹性大,对煤种变化的适应性强。用高活性的钠碱液作为除尘脱硫剂,工艺吸收效果好,吸收剂利用率高,可根据锅炉煤种变化,适当调节pH值、液气比等因子,以保证设计脱硫率的实现; (5)再生和沉淀分离在塔外进行,大大降低塔内和管道内的结垢机会; (6)钠碱循环利用,损耗少,运行成本低; (7)正常操作下吸收过程无废水排

30、放; (8)脱硫渣无毒,溶解度极小,无二次污染,可综合利用; (9)钠碱吸收剂反应活性高、吸收速度快,可采用低液气比,从而既可降低运行费用; (10)石灰作再生剂实际消耗物,运行成本低。4.2.4 脱硫工艺流程 在本工程中,脱硫系统分为以下几个部分: 1.脱硫剂存储系统; 2.脱硫液循环系统; 3.喷淋吸收/除雾系统; 4.脱硫剂再生系统; 5.脱硫浆液后处理系统 脱硫系统工艺流程如下: 配制好的脱硫液保存在碱槽中,通过计量喷淋系统进入水膜塔进行喷淋;脱硫液的用量根据燃煤的含硫量以及锅炉的负荷进行动态调整,使得脱硫浆液泵能够从流量0100%之间连续运行,从而达到流量可调。 在喷淋塔内,通过喷淋

31、层喷入从浆液槽输送过来的脱硫液,与烟气中的二氧化硫接触发生反应,产生Na2SO3、NaHSO3,均为可溶性钠盐,因此脱硫液进行反应后无结垢现象产生,脱硫后的钠盐溶液进入中和池与加入的钙基反应,达到钠碱再生的目的,因此,最初加入的纯碱可多次重复使用,直到系统自然损耗至脱硫浆液的PH值低于8以后,再次补充纯碱。实际损耗物是石灰。 中和反应后的脱硫污泥(CaSO4、CaSO3混合固体),用污泥泵输送到旁边的沉淀池中沉积,定期将污泥排走即可。沉淀池中的上清液输送到中和池中循环使用。 系统工艺水可考虑使用锅炉冲渣水回用或厂用自来水,脱硫系统的用水经过多次循环使用有一定的自然损耗,需要不断的向系统中补水。

32、补水靠除雾器清洗水即可,整个系统闭路循环,无废水排放,不会造成二次水污染问题。 脱硫浆液后处理系统:由渣浆泵从沉淀池底部抽取沉淀的浆液,送入板框压滤机,经压滤后的泥饼堆积到一定量后用汽车外运,滤液则流回沉淀池池中进行循环利用。 系统工艺可参照下图:双碱法脱硫工艺示意图4.3 脱硫系统的设计方案 只采用一座脱硫塔,本方案中称之为#1脱硫塔。烟气由引风机尾部烟道引入新增的联通烟道中,然后进入#1脱硫塔中,经过脱硫的干净烟气再进入砖混烟道中,最终排入烟囱,整个系统处于正压运行状态。 脱硫塔布置在引风机后面,整个系统为正压运行模式。本系统主体包括脱硫塔脱硫废液和脱硫废渣后处理系统。 洗涤塔采用空塔喷淋

33、,有效减少运行中结垢问题的的产生。4.3.1工艺计算1. 脱硫液系统工艺计算:A 喷淋装置的工艺计算 喷淋层间的选取 喷淋层布置原则:喷淋空塔内喷淋层的安装应使吸收塔横断面被喷淋液滴完全、均匀地覆盖。最重要的设计参数是层数和层间的垂直距离。这些参数涉及吸收塔的总高度,因而也是影响设备费用的重要因素。典型的喷淋空塔设计35 个喷淋层。第一层必须布置在离烟气进口烟道上方足够远的位置,使得喷淋浆液能够接触进入的烟气,且不会有过多浆喷入进口烟道,距进口烟道顶部的典型距离为23 m。相邻喷淋层的典型距离为12 m。最上层与除雾器底部至少应为2 m。 本设计设置5层喷淋层,每层间距2m喷嘴的选择及参数计算

34、喷淋层喷嘴选择与布置的一般原则:选择合适的喷嘴和对喷嘴进行合理布置对于保证系统性能与运行可靠性至关重要。进行WFGD 的喷嘴设计时应考虑如下问题:a.根据工程实际情况确定喷嘴类型与材料;b.根据所需的雾化液滴尺寸来确定喷嘴特性参数;c.选择合理的喷嘴间距, 一般水平间距取0.7 1.2m , 垂直间距取1.51.7m,可确保覆盖率和覆盖的均匀性;d. 在确定入口烟气量及根据工程具体情况选定合适的塔内烟气流速、液气比之后, 塔径、浆液喷淋量随即确定, 在塔截面内根据选定的喷嘴特性及确保气液有效传质所需的水平间距确定合理的喷嘴数量。 喷淋系统的覆盖率 喷淋覆盖率是指喷淋层覆盖的重叠度, 它由喷淋覆

35、盖高度、喷淋角来确定。覆盖高度是指液膜离开喷嘴后至破碎前的垂直高度, 典型值取1m。喷淋覆盖率的计算公式:100%式中为覆盖率,%;n为单层喷嘴数量;为单个喷嘴的覆盖面积,;A为吸收塔的截面积, 工程设计时通常要求塔内喷淋覆盖率为200%300%,且覆盖比较均匀。本设计选取覆盖率为300%,选取宙斯泵业有限公司雾冠直径为3m的AL型喷嘴,此种喷头为陶瓷材质耐腐蚀,流速范围大无堵塞,雾化效果好。则有: 300%100% 可求得n12,单层布置12个喷嘴,五层共布置60个喷嘴。除雾器冲洗喷淋层布置6个,冲洗水由工艺水供给。 B 喷淋塔工艺计算:1 喷淋塔的直径的计算方法和直径设计原则喷淋塔的尺寸设

36、计遵循下述原则:(1)喷淋塔的直径(D)由塔内烟气量决定,保证喷淋塔内气体流速不大于4m/s; 烟气流速的确定 根据国内外多年的运行经验,喷淋塔内烟气的流速应控制在不大于4m/s为宜。由于设计工况下烟气量为确定值,因此喷淋塔直径决定了塔内烟气流速的大小。 当烟气流速过低时,吸收塔直径过大,同时低流速时传热传质效果不佳,除雾器中液滴“逃逸”现象比较明显。 流速较高时,虽然可以降低塔径,节省材料,有利于传热和传质的进行,但塔内停留时间过短,同样不利于吸收反应的进行,而且液滴“夹带”现象严重,不利于除雾器的安全运行2 喷淋塔高度的计算方法和高度设计原则喷淋塔高度目前定义为喷淋塔最高液面至最顶层喷淋层

37、间的距离;高度设计遵循下述原则:(1)喷淋塔最高液面距离吸收塔入口段最低点保持1.5m以防止喷淋塔内液体的倒灌;(2)最低层喷淋层距离喷淋塔烟气出口段最高处保持一定距离以满足气体在塔内均布和停留时间的要求;(3)喷淋塔喷淋层间间距2m保证喷淋浆液分布最优。 (4)喷淋塔的高度由吸收区高度(H1)、除雾器空间高度(H2)以及进出烟道高度(H3)等决定;除雾器空间高度应满足除雾器前后的空间要求。工艺计算:(a)确定喷淋塔内径设喷淋塔截面为圆形。按上述实际运行烟气体积流量 选取烟速“,则塔内径为:D2, 根据工程经验取3m(湿法脱硫中,一般不大于4m/s,流速太高的话,容易把雾化的很小的液雾带走),

38、则D25.95m故喷淋塔直径取6m.(b)确定喷淋塔高度 在塔内横截面积确定之后,根据烟气流速、塔内停留时间来确定高度的 J。为了确保足够气液反应时间,烟气塔内最短停留时间取5s,则塔高在15m以上。本设计设置5层喷淋层,每层间距2m;第1层距进口烟道顶部3m,进口烟道距塔基3m,进口烟道直径2.5m,塔基高1m 。第5层喷淋层距除雾器3m,除雾器高度为0.5m,喷雾器清洗喷淋层距除雾器上表面1m,清洗层距出口烟道下端1.5m,出口烟道直径2.5m,出口烟道顶部紧靠塔顶。累计可得塔全高约27m2 浆液系统工艺计算:(1)喷淋量: 根据工程经验,喷淋系统脱硫液与锅炉烟气的液气比为1L/m3喷淋量

39、为 21.510000m3/h1L/m3 300m3/h以此定碱池体积。结合现场条件碱池设计为250m3(2)纯碱启动用量: Na2CO3+SO2 Na2SO3+CO2 Na2SO3+SO2+H2O 2NaHSO3 根据启动阶段存在的吸收反应式,可知启动阶段1mol的Na2CO3 可吸收2mol的SO2。 Na2CO3?2SO2264 x 1082.8kg/h 可求得Na2CO3消耗量x1082.8106128896 kg/h 为保证吸收效率,纯碱启动用量应过量,工程上对吸收液Na+的选择以0.05 mol/L 左右为宜。考虑碱池有效容积250 m3,则启动阶段纯碱添加量为 :0.05 mol

40、/L 250 m310000.106 kg/mol1325Kg(3)石灰用量及石灰浆液流量: 2NaHSO3+CaOH2 Na2SO3+CaSO3?1/2H2O+3/2H2O Na2SO3+ CaOH2 2NaOH+CaSO3?1/2H2O根据再生反应式,可知1mol的s 需要1mol的ca 为保证反应效率,再生剂需过量,根据工程经验,ca:s取1.05, ca需要量为 : 21210003%80%1.05604.8 kg/h Cao需要量为604.8 846.72kg/h石灰纯度85%,则石灰消耗量846.7285%996kg/h系统消耗石灰量为996 kg/h石灰消化生成消石灰量 9961

41、316 kg/h5%浓度的石灰浆液流量为: 1316(2.241000)0.0511.75 m3/h 工艺参数单位数据烟气工况温度14510工况烟气流量m3/h 300000标况烟气流量Nm3/h 191706燃煤含硫量%3烟气SO2进口浓度mg/ Nm36009烟气SO2排放浓度mg/ Nm3400SO2总量kg/h 1152脱硫效率%94SO2脱除总量kg/h 1082.8物料计算石灰纯度%85石灰消耗总量kg/h996石灰浆液流量(5%浓度)m3/h11.75初始纯碱添加量Kg1325 4.3.2 脱硫剂存储系统 脱硫剂存储系统设有纯碱粉仓一座,配有斗式提升机向仓内供料(或直接散装罐车压

42、入),粉仓通过电动卸料阀向碱槽内供料。 纯碱粉仓25m3,全钢结构,仓顶设有真空释放阀,可存储纯碱粉体约60吨;整座粉仓分为桶体及椎体部分,设有钢平台及检修爬梯,纯碱通过电动卸料阀经落粉管进入碱槽。4.3.3 脱硫液系统 脱硫液系统设有地埋式碱槽一座,按锅炉满负荷运行设计并考虑燃煤含硫量增加的可能,#1脱硫塔每小时最大喷淋量约350m3;钠盐在脱硫系统内循环使用,因此粉仓中纯碱只需间断向碱槽内加料,在pH值降低时加入纯碱进行调节,保证碱槽内pH值保持在89间即可。 碱池有效容积250m3,配电动搅拌装置一套,碱池中碱液可提供约40分钟的喷淋;碱池预埋管道,脱硫塔配两台循环碱泵,一用一备。管道上

43、均配有电磁流量计以监控系统运行状况。4.3.4 喷淋/除雾系统 喷淋系统由上下两层喷淋装置组成,使用大流量雾化喷枪,安装在脱硫塔的上部,脱硫液与锅炉烟气进行反应后在塔内下落,进入塔底的溢流槽后经管道自流入再生池内。 多层喷淋装置将脱硫液雾化后喷出,在塔内形成多层雾化液幕,当上升的锅炉烟气遇到脱硫剂液幕时发生剧烈的碰撞,同时即进行气、液传质过程;烟气中的二氧化硫与脱硫剂中的Na+反应生成钠盐,进入脱硫液循环系统,喷淋系统脱硫液与锅炉烟气的液气比为1L/m3。 喷淋系统上部,靠近水膜塔出口端,设有除雾器,当经过洗涤的烟气继续上升,流经除雾器时,借助于烟气流速及雾滴的运动惯性而碰撞在除雾器的折板上,

44、集结为较大的水滴流入塔内,达到除雾的目的。为了防止除雾器堵塞,在除雾器顶部设有清洗喷嘴一组,定期用清水清洗除雾器,清洗频率为一小时一次,由电磁阀自动控制。4.3.5 脱硫剂再生系统 脱硫剂再生系统设有生石灰粉仓、化灰池、中和搅拌池各一座。 生石灰粉仓一座,全钢结构,仓顶设有真空释放阀;容积80m3,可储备CaO约160吨,按照锅炉满负荷运行,一天所需CaO量为24吨计算,一次储满,可使用1周。粉库通过斗式提升机向粉库内输送纯碱,斗式提升机依粉仓而建,型号DT30,每小时最大输送量10吨;粉仓通过仓底的电动卸料阀、落料管向化灰池内供料。 化灰池、中和池均为地埋式,其中,化灰池56m3,一次配置石

45、灰乳后可使用约4.7小时。通过碱泵将石灰乳打入再生池参与再生反应,化灰池配有工艺水管一根,最大供水量为35m3/min即可。运行过程中依据石灰浆液消耗情况添加工艺水与石灰。 脱硫后废液通过自然溢流进入中和池,中和池有效容积为200m3,按照最大流量350m3/h,即5.8m3/min计算,在中和池内,脱硫液及石灰乳约有35分钟的停留时间,池底设有一台污泥泵,通过泥浆泵将池底脱硫浆液打入沉淀池。4.3.6 脱硫浆液后处理系统 中和反应后的脱硫浆液经泥浆泵打入沉淀池后进行固体沉淀,沉淀池500m3,地埋辅流式,沉淀池上清液经碱泵输送至中和池;沉淀后的脱硫产物经压滤机专用料浆泵输送至压滤机压滤后外运综合利用,压滤残液经碱泵回送至沉淀池。 4.4 电气及控制系统 为了保证烟气脱硫效果和脱硫设备的安全经济运行,脱