燃煤工业锅炉脱硫脱硝工程设计方案.pdf
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1、绍兴市柯兴印染有限公司 20t/h 燃煤工业锅炉脱硫脱硝工程 设计方案 浙江工业大学建筑设计研究院环境工程设计所 设计许可证:国环设乙字980035 2015 年 11月 设 计 证 书 : 国环设乙字第 980035号 工 程 编 号 :浙工大 ENG201533 委 托 单 位 :绍兴市柯兴印染有限公司 设 计 单 位 :浙江工业大学建筑设计研究院 环境工程设计所 单位负责人: 工 艺 设 计 :学号2111505135 姓名 姚帅 工程 : 审核 : 审定: 责 任 表 目录 第一章 项目概况 1 第二章 工程设计 1 2.1 设计原则 1 2.2 设计范围 2 2.3 设计参数 2 2
2、.4 设计标准 2 2.5 设计指标 3 第三章 设计依据 4 3.1 生产情况 4 3.2 相关技术标准 4 3.3 废气成分 4 3.4 废气性质 4 3.5 废气排放量 5 3.5.1 燃煤量计算 5 3.5.2烟气量的计算 . 5 3.5.3 SO2的排放量 6 3.5.4 锅炉及烟气的设计参数 7 3.6 废气处理系统排放标准 7 第四章 工艺路线 8 4.1 工艺流程 8 4.1.1总工艺流程 . 8 4.1.2脱硫工艺 . 8 4.1.3脱硝工艺 . 9 4.2 废气处理工艺说明 12 4.2.1脱硫处理工艺说明 . 12 4.2.2吸收塔设计计算 . 13 4.2.3脱硝处理工
3、艺说明 . 16 第五章 主要设备及构建物 18 5.1 主要设备 20 5.2 主要构建物 21 第六章 施工要求 22 6.1 施工要求 22 6.2 施工进度 22 第七章 环境保护、劳动卫生、工业安全、消防及排水部分 23 7.1 环境保护 . 23 7.2 劳动卫生及工业安全 . 23 7.2.1 工业安全防护措施 23 7.2.2劳动保护措施 . 23 7.3 消防及排水部分 . 24 第八章 技术经济分析及主要技术经济指标 24 8.1 各原料消耗量 24 1、石灰石用量 24 2、原煤消耗量 24 3、用电量见下表 8-1 . 24 8.2 烟气净化系统年运行费用分析 25 8
4、.2.1运行费用估算 . 25 8.2.2经济效益评估 . 25 8.3 主要技术经济指标 26 8.4 投资估算 26 8.5 生产管理和人员编制 27 第九章 结论 27 第一章项目概况 绍兴某印染企业有自备20t/h 燃煤工业锅炉一台,目前除配备布袋除尘器以 外,尚无安装脱硫脱硝装置。今年中华人民共和国大气污染防治法和锅炉 大气污染物排放标准(GB 13271-2014)颁布以后,各地环保局先后制订了当地 大气污染防治 2015 年度实施方案,重点整治燃煤工业锅炉, 要求工业锅炉限 期完成脱硫脱硝改造。 但到目前为止, 中小型工业锅炉烟气污染治理还没有一种 成熟的适用方法, 烟气二氧化硫
5、与氮氧化物几乎在直排,主要原因是现有的火电 厂脱硫脱硝方法和工艺不适合工业锅炉。 规定重点地区脱硫脱硝后烟气出口浓度为:SO2200mg/Nm 3,氮氧化物 200mg/Nm 3。根据新的环保要求编制 20t/h 燃煤工业锅炉脱硫脱硝装置设计方 案 ,脱硫方法推荐石灰石 -石膏法,脱硝方法可以是氨法或其它可行的方法。 第二章工程设计 2.1 设计原则 (1)符合国家环境保护法律、法规和标准要求。 (2)采用成熟可靠、技术先进的工艺,在保证处理效率的前提下,尽可能减 少投资,降低成本。 (3)脱硫脱硝工程的设计结合现场条件,力求使工艺流程和设备布置紧凑、 合理,且不影响已建项目的正常使用。 (4
6、)脱硫后净烟气不加热,烟气尾气温度60 -70 oC。 (5)脱硫吸收剂制浆方式采用外购石灰粉制成浆液。 (6)脱硝产生的废水不能直接排放,通过污水处理站处理达标后排放。 (7)采取必要的措施确保脱硫脱硝系统不影响锅炉的正常运行。 (8)在设备及管道运行中溢流、冲洗和清扫过程中产生的废水应收集在废水 坑(箱)内,然后送至污水处理站处理,废水不得直接排放。 2.2 设计范围 (1) 脱 硫 脱 硝 剂 制 备 系 统 包括从脱硫脱硝剂运输到厂后储存、制备、输送到脱硫脱硝系统等全套主 辅设备。 (2) 脱硫脱硝系 统 除尘器出口烟道到烟囱之间脱硫脱硝主辅设备。 (3) 脱硫副产品处理系统 处理脱硫
7、灰渣副产品的主辅设备。 2.3 设计参数 表 2-1 锅炉设计参数表 序号项目参数序号项目参数 1 锅炉型号SZL20-1.25-AII 8 额定工作压力1.25MPa 2 额定蒸发量20t/h 9 额定蒸汽温度(oC) 194 3 除尘器出口烟气量 (m3/h) 60000 10 设计热效率 (%) 83 4 烟气温度 ( ) 140 11 锅炉稳定安全运行工 况( %) 70100 5 过剩空气系数1.65 12 烟囱高度( m)40 6 除尘前粉尘排放浓度 (mg/Nm3) 21000 13 SO2 排放浓度 (mg/Nm 3) 2000 7 除尘后粉尘排放浓度 (mg/Nm3) 50
8、14 NOx 排放浓度 (mg/Nm 3) 600 2.4 设计标准 设计标准以锅炉大气污染物排放标准 (GB 13271-2014)为依据,执行重 点地区特别排放限值。见下表: 2.5 设计指标 该型锅炉按类烟煤进行设计,燃料应符合 GB/T18342-2009链条炉排锅炉 用煤技术条件的规定。燃料的挥发份应25%,燃料颗粒度要求最好燃用分选过 或含碎屑较少的煤,燃料颗粒度一般在6-25mm,小于 6 毫米的不宜超过 30%, 最大的粒度不应大于30 毫米。 表 2-2 GB/T18342-2009 链条炉排锅炉用煤技术条件 序号项目名称符号单位设计煤种校核煤种 1 工业分析 收到基全水份M
9、t % 14.40 16.30 干燥无灰基挥发份Vdaf% 24.71 17.21 收到基灰份Aar% 23.08 24.63 收到基低位发热值Qnet.arMJ/kg 20992 20139 2 元素分析 收到基碳份Car% 50.54 49.32 收到基氢份Har% 4.08 3.20 收到基氧份Oar% 6.18 4.86 收到基氮份Nar% 1.00 0.91 收到基硫份Sar% 0.72 0.78 3 可磨性指数KVT11.37 1.37 4 煤灰熔融性 变形温度DT o C 1350 1210 软化温度ST o C1390 1270 流动温度FT o C 1500 1420 第三章
10、设计依据 3.1 生产情况 此染料厂的工业锅炉参数是20 t/h 锅炉耗煤量 3.33 t/h,天工作时间 24 h, 年工作日为 300 d。 3.2 相关技术标准 本工程烟气脱硫系统所有设备、工具、配件的设计、制造、采购、施工、试 验和材料原则上满足中国国家标准(GB 系列)和电力行业标准(DL 系列)及 其它行业最新标准的要求。 (1) 锅炉大气污染物排放标准 (GB 13271-2014) (2) 火力发电厂设计技术规程DL5000-2000 (3) 火电厂烟气排放连续监测技术规范HJ/T 75-2001 (4) 工业炉窑大气污染物排放标准GB9078-1996 (5) 污水综合排放标
11、准 GB 8978-1996 (6) 工业企业厂界噪声标准GB12348-2008 (7) 电气装置安装工程施工及验收规范GBJ232-82; (8) 电力建设施工及验收技术规范 (9) 工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范HJ4622009 (10)HJ/T75 火电厂烟气排放连续监测技术规范。 (11)DL/T5196 火力发电厂烟气脱硫设计技术规程,规范。 3.3 废气成分 工业锅炉废气污染物主要包括锅炉烟气中的烟尘、二氧化硫、含氮氧化物、 一氧化碳以及烟气黑度。 这些污染物主要来自锅炉燃烧煤炭、燃油和燃气过程中 的排放。对大气污染影响最为突出的就是烟尘、二氧化硫以及NOx。 3.4
12、废气性质 工业锅炉中燃烧后产生的氮氧化物(NOx)是一种毒性很大的黄烟,燃烧产 生的氮氧化物包括多种化合物,如一氧化二氮(N2O) 、一氧化氮( NO) 、二氧 化氮( NO2) 、三氧化二氮( N2O3) 、四氧化二氮( N2O4)和五氧化二氮( N2O5) 等。氮氧化物很不稳定,遇光、湿或热变成二氧化氮以及一氧化氮,一氧化氮又 变成二氧化氮,若不经过治理通过烟囱排放到大气中,就会形成触目的棕(红) 黄色烟雾,俗称“黄龙”,所以在众多废气治理中NOx 难度最大,是污染大气的 元凶。如果得不到有效控制不仅对操作人员的身体健康与厂区环境危害极大,而 且随风飘逸扩散,对周边居民生活与生态环境造成公
13、害。 锅炉燃烧产生的二氧化硫也是大气污染的主要污染物之一,二氧化硫(SO2) 是无色透明的气体,有刺激性臭味。溶于水、乙醇和乙醚,在业态的情况下,二 氧化硫比较稳定不活泼。气态的二氧化硫加热到2000 oC 不分解,不燃烧,与 空气也不会组成爆炸性混合物, 在火山爆发时也会喷出该气体, 二氧化硫溶于水, 会形成亚硫酸 (酸雨的主要成分),若亚硫酸进一步被氧化, 在催化剂的存在下, 便会迅速高效生成硫酸。 3.5 废气排放量 3.5.1 燃煤量计算 已知 1 t/h 标煤产生 6 t/h 蒸汽,则 20 t/h 锅炉的耗煤量为: 20/6=3.333 t/h 锅炉年耗煤量: 3.333 24 3
14、00=24000 t/h。 3.5.2烟气量的计算 1、以 1kg 煤燃烧为基础,即 燃料成 分名称 可燃成分含 量() 可燃成分的物质的 量/mol 理论需氧 量/mol C 49.32 41.1 41.1 H 3.2 16 8 O 4.86 1.519 -1.519 S 0.78 0.244 0.244 N 0.91 0.325 - 水分16.30 - - 灰分24.63 - - (1)理论需氧量 41.1+8-1.519+0.244=47.825 mol (2)理论空气量Va0 干空气中 N:O=3.78:1, 则理论空气量 Va0 = 47.825*4.78=228.604 mol/k
15、g 228.604*22.4/1000=5.120 m 3/kg (3)理论烟气量 Vfg0 已知 CO2的物质的量为 41.1 mol,SO2的物质的量为 0.244 mol,H2O 的 物质的量为 25.056 mol,N2的物质的量为 181.104 mol,则 理论烟气量 Vfg0= 41.1+0.244+25.056+181.104= 247.503 mol 247.503*22.4/1000=5.544 m 3/kg (4)实际烟气量 Vfg 根据公式 Vfg= Vfg0+ Va 0( -1) 式中: 空气过剩系数,为1.65; Vfg 0 标准状态下理论空气量 m 3/kg; V
16、fg 0 标准状态下理论烟气量 m 3/kg; 则实际烟气量 Vfg=5.544+5.120*(1.65-1)= 8.873 m 3/kg 2、20 /h 锅炉耗煤量,即 3.333t 煤燃烧的情况下: (1)在标准状况下的烟气量VN VN=8.873*3.333*1000=29575.099 m 3/h (2)在烟气出口温度T=140 oC,压强 P=125kPa下的烟气量 VS 根据理想气体状态方程, 将该状态气体转化为锅炉烟气出口处温度及压力下 的体积,则有 即 29575.099*101325/273= VS*125000/(273+140) VS= 36267.72 m 3/h 3.
17、5.3SO2的排放量 SO2的排放量的计算根据公式 100 S ) 100 q (1) 100 (1BgK2M ar 4 so SO 2 2 式中: MSO2 脱硫前烟气中的SO2含量, t/h; K 燃煤中的含硫量燃烧后氧化成SO2的份额; Bg 锅炉 BMCR 负荷时的燃煤量, t/h; so2 除尘器的脱硫效率; q4 锅炉机械未完全燃烧的热损失,; Sar 燃料煤的收到基硫分,。 表 3-1 除尘器的脱硫效率 除尘器形式干式除尘器洗涤式水膜除尘器文丘里水膜除尘器 SO2 () 0 5 15 已知除尘器是布袋除尘器,属于干式除尘器,SO2取 0%,则 SO2的浓度 =43.758/295
18、75.10 =1.479*10 -3 kg/Nm3= 1479.556 mg/Nm3 脱硫效率 =1 -200/1479.556=86.48% 3.5.4 锅炉及烟气的设计参数 根据设计依据,锅炉及烟气的设计初始条件见下表3-2 表 3-2 锅炉及烟气的设计初始条件 项目参数 锅炉煤耗量20 t/h 燃煤含硫量15.6 g/kg 煤 标况下锅炉烟气流量29575.10 Nm 3/h 实际锅炉烟气流量36267.72 m 3/h 烟气温度140 oC 标况下 SO2排放浓度1479.556 mg/Nm 3 标况下 NOx排放浓度600 mg/Nm 3 年运行时间7200 h 3.6 废气处理系统
19、排放标准 (1)GB16297-1996 大气污染物综合排放标准 (2)GB13271-2001 锅炉大气污染物排放标准 第四章工艺路线 4.1 工艺流程 4.1.1 总工艺流程 针对 20t/h 的燃煤工业锅炉, 采用以下流程对锅炉燃煤产生的废气进行脱硫 脱硝。见图 4-1 图 4-1 脱硝脱硫总工艺流程图 4.1.2 脱硫工艺 石灰石 石膏湿法脱硫工艺是目前世界上应用比较广泛和较成熟的工艺。该 工艺以石灰石浆液作为吸收剂, 通过石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行洗涤,发 生反应,以去除烟气中的SO2,反应产生的亚硫酸钙通过强制氧化生成含两个结 晶水的硫酸钙 (石膏)。 该工艺特点是: 圆柱形空
20、塔, 吸收剂与烟气在塔内逆向流动,吸收和氧化在 同一个塔内进行,塔内设置喷淋层,氧化方式采用强制氧化。总的来说石灰(石 灰石)石膏法脱硫工艺为湿式脱硫工艺,工艺流程简单、技术先进又可靠,是 目前国内外烟气脱硫应用最广泛的脱硫工艺。 锅炉烟气通过增压风机、 降温后进入吸收塔。 在吸收塔内烟气向上流动且被 向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射 到吸收塔中,以便脱除SO2、SO3,与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应 的副产物被导入的空气氧化为石膏 (CaSO4 2H2O) , 并消耗作为吸收剂的石灰石。 循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中,通过喷嘴进行雾化
21、, 可使气体和 液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接,即通常采用单元制。 在吸收塔中, 石灰石与二氧化硫反应生成石膏,这部分石膏浆液通过石膏浆 液泵排出, 进入石膏脱水系统。 脱水系统主要包括石膏水力旋流器(作为一级脱 水设备) 、浆液分配器和真空皮带脱水机。 经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾,在此处将清洁烟气中所携带的浆 液雾滴去除。 同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲 洗有两个目的, 一是防止除雾器堵塞, 二是冲洗水同时作为补充水,稳定吸收塔 液位。 在吸收塔出口,烟气一般被冷却到4655 oC 左右,且为水蒸气所饱和。 最后,烟气通过烟道进入下一
22、步脱硝的工艺流程。下图4-2 是脱硫工艺设备设计 流程图。 图4-2脱硫工艺设备流程图 4.1.3 脱硝工艺 此烟气脱硝工艺采用的是湿法烟气脱硝工艺,主要是以雾态的氧化性溶液及 雾态的碱性溶液对烟气进行脱硝。此工艺采用的烟气增压湍流-是对脱硫后的 锅炉烟气实施增压后且使其呈现出湍流的状态,增压湍流状态的烟气有利于与其 后各工艺过程的实施。 在氧化反应的阶可以使用湍流状态的烟气与雾态的氧化液 充分混合且进行氧化反应,这是脱硝过程中很关键的工序。 此项目所采用的工艺, 在烟气经过氧化反应区雾态氧化液,能够自然聚集成 雾滴,继而对雾滴进行收集后又回流到氧化液池中,这样氧化液池中的氧化液通 过初管道、
23、氧化液循环泵、后管道、喷嘴,使液态的氧化液呈现出雾态的状态, 从而构成氧化液从液态到雾态、 再从雾态到液态的循环, 同时氧化液的浓度、 pH 值均在氧化液池中进行, 实施方便, 从而可以保持氧化液始终处于有效状态,有 利于对烟气的反应的发生。 在碱液吸收部分,经过氧化反应的烟气在经过雾态的碱液进行充分化学反 应,这是脱硝过程的另外一个重要的工序,在气体经过碱液吸收剂的时候,反应 完成后的雾态碱液, 能够自然聚集成雾滴, 继而对雾滴进行收集后又回流到碱液 池中,这样子碱液池中的碱液通过前管道、碱液循环泵、尾管道、碱液喷嘴、使 碱液呈现出雾态的状态, 从而构成了碱液从液态到雾态、 再从雾态到液态的
24、循环, 同时碱液的浓度、 pH 均可以在碱液池中进行调节,实施很方便,从而可以保持 碱液始终处于有效的状态,有利于对烟气的化学反应。 在除雾区,经过碱液吸收后的气体在上升过程中遇到折板形状的除雾器的阻 挡,使烟气中携带的雾气凝结为液体,对经过除雾的烟气进行排放,在除雾一段 时间后定时开启水喷嘴对折板形状的除雾器进行清洗降温,清楚除雾器上的杂 质。 在此湿法脱销工艺中,所使用的氧化剂是次氯酸钙,氧化液的浓度为 0.3%5%、pH 值为 3.55.7,所述的氧化液与烟气的比例为(28) :1;所述的 碱液中的吸收剂为氢氧化钠,所述碱液浓度为0.1%5%、pH 值为 811,所述的 碱液与烟气的比例
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