单碱烟气脱硫技术方案复制.doc

烟气碱法脱硫工程技术方案二一三年十月脱硫工程初步设计方案第一章 概 述1.1设计依据根据厂方提供的有关技术资料及要求为参考依据，并严格按照所有相关的设计规范与标准，编制本方案：§ 大气污染物排放标准GB13271-2001；§厂方提供的技术文件；§国家相关标准与规范。1.2设计参数本工程的设计参数，主要依据招标文件中的具体参数，其具体参数见表1-1。表1-1 烟气参数序号名称单位数值1进口烟气量Nm3/h720002烟气温度4003烟气进口SO2浓度mg/Nm35004年运行时间小时80001.3设计指标设计指标严格按照国家统一标准治理标准和业主的招标文件的要求，设计参数下表1-2。表1-2 设计指标序 号项 目参 数1SO2排放浓度100 mg/Nm3烟尘60 mg/Nm31.4设计原则§设计采用钠碱法脱硫工艺，该方法技术成熟、脱硫效率高、运行安全可靠、操作简便。§采用一塔方式，吸收塔拟采用喷淋塔，每套脱硫装置的烟气处理能力为40%110%BMCR工况时的烟气量；§脱硫系统设置100%烟气旁路，可以确保脱硫装置对现有焦化生产系统不产生负面影响，提高系统的稳定性；§FGD装置可利用率保证值为不小于95%；脱硫设备年利用小时按8000小时考虑；1.5设计范围本设计范围包括烟气脱硫系统工艺、系统结构、电气等专业的设计，工程设计范围：从焦化炉烟气出口至烟囱进口前水平烟道接口之间的脱硫装置和相应配套的附属设施。包括：§换热系统§烟气降温除尘§脱硫剂制备系统§烟气系统§SO2吸收系统§脱硫液再生循环系统§电气控制系统1.6 技术标准及规范(1)保护标准GB132232003 大气污染物排放标准GB30951996 环境空气质量标准GB309693 城市区域噪音标准(2)材料GB69988 优质碳素结构钢技术条件GB71185 优质碳素结构钢热轧厚钢板技术条件GB71088 优质碳素结构钢薄钢板和钢带技术条件GB308782 碳钢焊条技术条件(3)设备标准JB162083 钢结构制造技术条件GB1501998 钢制压力容器GBJ1791 钢结构设计规范(4)安装调试GB5020595 钢结构施工及验收技术规范TJ231（一）75 机械设备安装工程施工及验收技术规范（一）TJ231（四）75 机械设备安装工程施工及验收技术规范（四）TJ231（五）75 机械设备安装工程施工及验收技术规范（五）TJ231（六）75 机械设备安装工程施工及验收技术规范（六）GB5022195 钢结构工程质量检验评定标准第二章 脱硫工艺概述2.1技术现状（略）2.2工艺选择钠碱法烟气脱硫是先用可溶性的碱性作为吸收剂吸收SO2。钠碱法是以碳酸钠或氢氧化钠溶液为第一碱吸收烟气中的SO2，生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠溶液，向脱硫富液中投加钠碱，使之转化为碱性亚硫酸钠吸收液送回吸收塔循环使用。由于采用钠碱液作为吸收液，不存在结垢和浆料堵塞问题，且钠盐吸收速率比钙盐速率快，所需要的液气比低很多，可以节省动力消耗。由于当地液碱、片碱资源丰富，价格低廉。因此，本工程采用氢氧化钠碱法脱硫工艺。 2.2.1 钠碱法工艺反应原理该法使用NaOH液吸收烟气中的SO2，生成HSO32-、SO32-与SO42-，反应方程式如下：一、脱硫过程 （1） （2） （3） （3）其中：式（1）（2）为启动阶段脱硫溶液吸收SO2的反应；式（3）为再生液pH值较高时（高于9时），溶液吸收SO2的主反应；式（4）为溶液pH值较低（59）时的主反应。二、氧化过程(副反应) （4） （5）三、再生过程 （6） 式（6）为一步再生反应本工程选择氢氧化钠碱法脱硫工艺，脱硫系统不会出现结垢等问题，运行安全可靠。且由于钠碱吸收液和二氧化硫反应的速率快，能在较小的液气比条件下，达到较高的二氧化硫脱除率。2.2.2低阻高效喷雾脱硫工艺喷淋塔也成为喷雾塔，是在吸收塔内上部布置几层喷嘴，脱硫剂通过喷嘴喷出形成液雾，通过液滴与烟气的充分接触，来完成传质过程。空塔喷淋吸收塔主体为矩形塔体，塔体内配置有多个高效喷嘴及高效除雾装置，浆液在吸收塔内通过高效雾化喷嘴雾化，雾化覆盖面积可达200%，形成良好的气液接触反应界面，烟气进入塔内之后，在塔内匀速上升，与雾状喷液进行全面高效混合接触，脱除SO2等酸性气体。根据燃煤含硫量、脱硫效率等，一般在脱硫塔内布置几层喷嘴。喷嘴形式和喷淋压力对液滴直径有明显的影响。减少液滴直径，可以增加传质表面积，延长液滴在塔内的停留时间，两者对脱硫效率均起到积极的作用。液滴在塔内的停留时间与液滴直径、喷嘴出口速度和烟气流动方向有关。带雾点的烟气上升至高效除雾装置时，通过除雾装置的作用，气液进行接触二次吸收并同时得到有效分离，从而避免烟气夹带雾沫，最大限度地减少烟气带水现象。空塔喷淋烟气洗涤技术是现在国际国内技术成熟，最为前沿流行使用的空塔喷淋技术。 1、空塔喷淋具有很高的脱硫效率，最高时可达95; 2、可操作弹性大，对烟气变化适应性强，含硫率在4以下可确保二氧化硫排放浓度，在工况110以下均能正常等等; 3、系统阻力小，运行费用低，权为大型湿法的十分之一; 4、采用出口的除雾技术，烟气含湿量确保符合要求; 5、控制恰当的脱硫液密度不存在堵塞问题; 6、设备利用率高，保证与焦化系统同步运行达100以上; 7、空塔投资与其它塔形相差无几; 8、运行操作简便，维护方便，稳定性是其它塔形的三到五倍。 除雾器可安装在吸收塔上部，用以分离净烟气夹带的雾滴。除雾器出口烟气湿度不大于75mg/Nm3，分为两级布置在脱硫塔上部，设置两级四通道平板式除雾器，一层粗除雾，一层精除雾。除雾器型式能够保证其具有较高的可利用性和良好的去除液滴效果，且保证脱硫后的烟气以一定流速均匀通过除雾器，防止发生二次携带，堵塞除雾器。除雾器系统的设计考虑了FGD装置入口的飞灰浓度的影响。该系统还包括去除除雾器沉积物的冲洗和排水系统，运行时根据给定或可变化的程序，既可进行自动冲洗，也可进行人工冲洗。设计了合理的冲洗时间和冲洗水量，既能冲洗干净除雾器，又防止生成二次携带。位于下面的第一级除雾器是一个大液滴分离器，叶片间隙稍大，用来分离上升烟气所携带的较大液滴。上方的第二级除雾器是一个细液滴分离器，叶片距离较小，用来分离上升烟气中的微小浆液液滴和除雾器冲洗水滴。烟气流经除雾器时，液滴由于惯性作用，留在挡板上。由于被滞留的液滴也含有固态物，因此存在挡板上结垢的危险，同时为保证烟气通过除雾器时产生的压降不超过设定值，需定期进行在线清洗。为此，设置了定期运行的清洁设备，包括喷嘴系统。冲洗介质为工业水。一级除雾器的上下面和二级除雾器的下面设有冲洗喷嘴，正常运行时下层除雾器的底面和顶面，上层除雾器的底面自动按程序轮流清洗各区域。除雾器每层冲洗可根据烟气负荷、除雾器两端的压差自动调节冲洗的频率。冲洗水由除雾器冲洗水泵提供，冲洗水还用于补充吸收塔中的水分蒸发损失。2.2.3脱硫系统组成脱硫系统的工艺流程图和平面布置图见附图1和附图2。整个工艺由五大部分组成：(1)脱硫剂制备系统把片碱或液碱投入碱池中与工艺水混合成一定浓度的碱液，一部分自流到再生池。一部分直接送入脱硫塔。(2)烟气系统热烟气自焦化炉除尘器出来后进入换热器，回收利用部分高温热能，之后，经风机加压进入清洗降温塔，塔内喷淋现有含微量氨废水，烟气中的大部分粉尘污染物被水扑捉，少量二氧化硫与氨反应生成亚硫酸氢铵。烟气得到初步净化后通过烟道导入脱硫塔，最后通过烟筒排放。从除尘器出口至脱硫塔进口段的连接烟道采用A3钢制作，并根据需要设置膨胀节。连接烟道上设有挡板系统，以便于烟气脱硫系统事故时旁路运行。挡板采用手动抽板阀门，包括1个入口挡板、1个旁路挡板和1个脱硫装置出口挡板。在正常运行时，入口挡板和出口挡板开启，旁路挡板关闭。在故障情况下，开启烟气旁路挡板，关闭入口挡板和出口挡板，烟气通过旁路烟道绕过烟气脱硫系统直接排到烟囱。(3)SO2吸收系统在吸收塔内，脱硫液中的氢氧化钠与从烟气中捕获的SO2、SO3、HF、HCl等发生化学反应，生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等物质。脱硫后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴后排出吸收塔。吸收塔脱硫主要反应原理如下：a）吸收在吸收塔中，烟气中的SO2和SO3按照以下反应式被溶液中的水吸收：SO2 + H2O<=> H2SO3SO3 + H2O<=> H2SO4b）中和反应H2SO3和H2SO4必须很快被中和以保证有效的SO2和SO3.吸收。H2SO3、H2SO4 、HCl和HF与悬浮液中碱按以下反应式发生反应：2NaOH + H2SO3 <=>Na2SO3+H2O2NaOH+ H2SO4 <=> Na2SO4 + H2O2NaOH + HCl <=> NaCl+H2ONaOH+ HF <=>NaF +H2ONaOH + H2SO3 <=>NaHSO3+H2ONaOH+ H2SO4 <=> NaHSO4 + H2Oc）副反应烟气中所含的氧量将把脱硫反应中生成的亚硫酸钠(Na2SO3)氧化成硫酸钠(Na2SO4)：2 NaHSO3+3/2O2 <=>2 Na2SO4+H2O(4)脱硫液循环系统脱硫液通过循环泵送到脱硫塔内与烟气接触反应后，从脱硫装置底部排出，排出的含有亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫酸钠（硫酸氢钠）及少量粉尘渣的混合浆液体，进入再生池，与新鲜碱液液发生再生反应，上清液流入脱硫液循环池，由循环泵抽送到脱硫装置进行脱硫循环利用。再生池底少量渣浆由人工清出。 (5)电气控制系统供电方式系统内的动力设备为分散式布置，均为三相电源供电，厂内照明为单路三相电源供电分配使用，设计处理系统供电采用放射式供电方式，优点是安全可靠。接地系统处理系统低压配电系统接地接零保护采用TN-C-S系统，所有电气设备金属外壳均需可靠接地和接零，照明接地接零保护采用TT系统。低压配电位置的确定设计要求低压配电位置尽可能靠近负荷中心，由于区内大功率用电设备主要为循环泵、风机等，其它动力及照明负荷较小，故在电控室安装电源总柜、动力柜和仪表柜等。动力设备起动和控制方式§所有动力设备均设有欠压、短路和过载保护，电源总柜设过流保护。§照明设有短路、过载和漏电保护。§动力电缆采用铠装电缆沿电缆沟暗敷设，无电缆沟地方软电缆和信号电缆均采用穿钢管埋地暗敷设，电缆沟支架均可靠接地，形成接地网。脱硫系统内所有设备间电缆的设计、供货由供方负责。供货及岛外部分（分界点为脱硫岛外1米）的敷设由业主方负责。脱硫岛采用手动控制.本工程系统涉及的所有规范、标准或材料规格（包括一切有效的补充或附录）均为最新版本，即以合同生效之日作为采用最新版本的截止日期。对脱硫系统及其辅助系统进行启/停控制、正常运行的监视和调整以及异常与事故工况的报警。工艺系统和仪表、控制设备的设计、供货能够满足上述要求。2.3本技术工艺的主要优点Ø 工艺先进，技术指标完全能满足环保要求和厂家要求；Ø 部分高温余热回收利用，节约能源。利用现有废水作为清洗降温介质，实现废水再利用，节约资源，减少二次污染。Ø 采用特制进口高效、防腐、耐磨喷头，喷雾液滴8001200m，具有极大的比表面积，同时又不易引起二次夹带；Ø 脱硫效果好，脱硫效率达65%95%，脱硫塔烟所出口浓度不高于100mg/m3；Ø 投资省、运行费用低，具有良好的经济性；Ø 防结垢、防堵性能好，运行稳定，安全性能高；Ø 阻力小，压降低（湿法脱硫系统小于1000Pa）；Ø 操作弹性宽，运行管理方便，系统简便，投资省；Ø 可确保风机安全可靠长期运行。第三章 脱硫工程内容3.1脱硫剂制备系统脱硫剂制备系统主要包括：碱溶池、再生槽、循环池、搅拌器及相应的阀门、管道及管件等。 (1)碱液池池碱溶池有效容积为3m3数量：一座在最大工况下运行4小时的碱液消耗量，基本尺寸：1600*1600，结构：钢混，半地下式布置，池内设有搅拌器（其功率为1.1Kw、浆叶采用SUS316L制作），工艺水用水为来自其它非金属盐废水。浆液隔膜泵2台，Q=2m3/h,H=32m N=1.5kw（2） 再生槽：脱硫富液与新鲜氢氧化钠溶液充分反映，生成碱性亚硫酸钠脱硫液。反应时间大于10S，尺寸：L*B*H=10000*500*800结构：钢混数量：2套 (4) 阀门、管道及管件阀门、管道及管件均采用SUS304材质。3.2烟气系统烟气系统包括烟道、膨胀节及电动挡板、换热器、清洗降温塔。换热器 净烟气与除尘后高温烟气换热，提高净烟气温度，防止净烟气带水腐蚀下行管道和烟筒。降温塔 烟气从换热器出来后进入降温塔，通过喷水降温，温度降至105度左右。同时通过水膜出去烟气中的颗粒物。达到降温除尘的作用。从降温塔出口至脱硫塔进口段的连接烟道采用A3钢制作，并根据需要设置膨胀节。连接烟道上设有挡板系统，以便于烟气脱硫系统事故时旁路运行。挡板采用手动插板阀，包括1个入口挡板、1个旁路挡板和1个脱硫装置出口挡板。本烟气系统可实现100%烟气旁路。以满足脱硫塔内检修与维护的需要从而保证锅炉的正常稳定的运行。3.3 SO2吸收系统SO2吸收系统主要由脱硫主塔、连接烟道、喷淋层、组合式除雾器、预埋件及外部钢结构、冲洗系统组成。(1) 脱硫塔 脱硫塔是系统的核心，脱硫塔的材质是本脱硫硫工程能否长期稳定运行的关键，按照要求，脱硫塔体材质采用钢结构，玻璃鳞片防腐。按国家相应的规范执行。§吸收塔采用空塔喷淋结构（根据脱硫率的需要设置3层高效雾化喷淋层）。§吸收塔所有部件包括塔体和内部结构设计均考虑防腐要求。§吸收塔设计能防止液体泄漏。塔体上的人孔、通道、连接管道等在壳体穿孔的地方进行密封，防止泄漏。§吸收塔壳体设计能承受各种荷载，包括吸收塔及作用在吸收塔上的设备和管道的自重、介质重、保温重，以及风载、雪载、地震荷载等。§吸收塔底面能完全排空浆液。§塔的整体设计方便塔内部件的检修和维护，吸收塔内部的导流板、喷淋系统和支撑等不易堆积污物和结垢。§吸收塔烟道入口段的设计考虑防止烟气倒流和固体物堆积。§吸收塔配备足够数量和大小合适的人孔门，在附近设置走道和平台。§喷淋系统的设计能合理分布要求的喷淋量, 使烟气流向均匀，并确保吸收浆液与烟气充分接触和反应。§所有喷咀能避免快速磨损、结垢和堵塞。喷咀的磨损寿命至少为2年。§喷咀与管道的设计便于检修，冲洗和更换，可实现不停炉检修。(2)连接烟道连接烟道是指从脱硫塔主塔出口至风机进口段。连接烟道采用碳钢。其要求按国家相应的规范执行。(3)喷淋层在本脱硫系统中，为了达到良好的吸收效果，吸收塔设计成逆流式喷淋塔，设置2层的喷淋层，每层喷淋层由若干个高效雾化实心喷嘴组成，而每个喷嘴自成体系统，可单独开启与关闭并可调节其喷液量。吸收液由喷嘴喷出，喷嘴均匀布置塔内横截面上，喷射出来的成实心锥型的浆液可以覆盖整个横截面，在满足吸收SO2所需的比表面积的同时，该技术把喷淋造成的压力损失减少到最小。传质吸收时间为2-3秒。喷嘴是本净化装置最关键的部件，它具有以下特点：高效雾化喷嘴雾化程度好，雾化粒径小，脱硫剂的比表面积大，再加上喷嘴的科学合理布置，使得在预处理区形成无漏洞、重叠少的吸收液雾化区段，同时喷液可大幅减少，由此带来烟气温降小，由于烟气温度高、气液接触面积大，SO2与脱硫剂之间反应剧烈、反应速度快，这是保证脱硫效率高的一个主要因素，也给烟尘的成球提供了良好的条件。喷嘴内液体流道大而畅通，具有良好的防堵性能；采用碳化硅制作，具有很好的防腐耐磨性能。 喷嘴体积小，安装清洗方便。喷淋层主要由环形分配管、雾化喷嘴、套管、阀门，喷雾连接管。(4)组合式除雾装置平板折流式除雾器，两级四通道，确保除雾效果。不再描述。 (5)冲洗系统 由于本脱硫工艺采用双碱法工艺，理论上除雾器、喷头及管道不存在结垢问题，但实际运行过程中除雾器、脱硫塔底部及部分管道均有沉积物与结垢现象的存在，故本工程在这些地方均设有冲洗装置，冲洗水为工艺用水。可以定期冲洗除雾器、脱硫塔底部等部位因长期运行中可能产生的死角结灰，解决了除雾器无需停炉清灰的问题。冲洗系统用水为业主方的供水压力为0.3MPa的工艺水，由单独设置的除雾器冲洗水泵。3.4 脱硫液循环和脱硫渣处理系统(1)脱硫液循环系统1循环泵循环泵选用防腐耐磨性能优良的高分子量衬塑泵，型号为： 流量：100m3/h，扬程：32m，功率：15kw数量为：3台。泵吸入口配备了滤网，以便泵及系统的堵塞。3循环池循环池采用现浇整体钢砼结构循环池的有效容积：50立方米。循环池地下布置，设计标高0.200 m。尺寸：5.0m*5.0m*2.5m3.5消防及给水部分本工程消防及给排水系统由业主负责。(1)消防室外采用消火栓灭火，室内使用化学灭火器。设计消防用水水源取自厂现有给水管网，采用DN150镀锌管引接消防水源至设计消火栓消防系统，通过DN100镀锌管直接供室外消火栓用水。(2)给排水脱硫装置场地、吸收剂制备系统场地的雨水经排水沟、雨水口、检查井等收集后排至厂现有排水点排走。3.6 浆液管道布置及配管管道布置以平直和就近为总原则。由于脱硫吸收液的特性，工程上浆管道材质一般工程塑料管、不锈钢管三种。3.7电气系统3.9工程主要设备投资估算及构筑物(1) 工程主要设备投资估算（见表3-1）表3-1 主要设备表投资估算表序号名 称规格（型号）单位数量单价（元）备注一、脱硫剂制备系统101石灰消化池搅拌器拆叶式 7.5kw套1含支架103阀门、管道与管件若干小计二、烟气系统201手动插板门1500*1000件3202连接烟道及支撑架L= m，1500套1包括保温203膨胀节1500*1000个3清洗降温塔换热器28000*14500*3台台11三、SO2吸收系统301脱硫主塔内径2.8m， H=16m座1302连接烟道及支撑架L=20m，1500座1包括保温303喷淋层2800套2304组合式除雾装置2800套1305冲洗系统2800套1306检修孔、进出口预埋件、支架、平台、直梯套1风机72000-110000Nm3/h套1四、脱硫液循环和脱硫渣处理系统401吸收循环泵台3402再生池搅拌器拆叶式 11kw台1403阀门、管道与管件渣浆泵板框压滤机若干11小计五、电气、仪表控制系统501电气控制套1503电线、电缆及附件若干小计合计（2）主要土建及构筑物（见表3-2） 表3-2 主要土建及构筑物表 序号名 称规格（型号）单位数量备 注一、脱硫剂制备系统101化灰浆池1.4×2.0m个1钢混102钠碱池1.0×1.0m个1钢混二、SO2吸收系统201脱硫主塔基础配施个1钢混三、脱硫液循环和脱硫渣处理系统301循环池50立方米个1钢混302循环泵基础配施个3混合303沉淀池120立方米个1钢混304再生池50立方米个1钢混五、零星土建501回流沟及其零星土建若干混合2.4 物料消耗(1)钠碱消耗量kg/天(以100%氢氧化钠计)。(3)用电量电耗初步估算表项 目型号（见设备表）数量装机容量(kW)实用功率(kW)备注脱硫液循环泵34545化灰池搅拌器14.54.5再生池搅拌器17.57.5除雾器冲水泵211.05.5一用一备降温塔水泵23718.5一用一备渣浆泵引风机215377.537小计157123.5电源采用380V,50HZ交流电。（4）用水量 耗水量主要由三部分，即蒸发随烟气带走、随脱硫渣带走及部分排放，耗水量约为58m3/h。（5）副产物和脱硫渣量产生量脱硫的产物主要是亚硫酸钙和硫酸钙，灰水中除了烟气中吸收下来的尘以外，主要是亚硫酸钙、硫酸钙及少量未反应的脱硫剂。 经计算，经二氧化硫脱除量约为36kg/h，终产物含水量约为30%，则排放量约为120kg/h，年排放量为960吨。由于受实际燃气含硫量，实际脱硫率等因素的影响，实际产渣量将有很大变化。（6）废水排放脱硫液为循环用水，基本不外排，但为了保持氯离子的平衡，需排放35立方米/小时的废水，这部分废水经处理后纳入废水中和槽中和达到相应的污水排放标准后排放。第四章 项目实施及进度安排4.1项目实施条件本烟气脱硫系统的共用部分在工程中同时实施。脱硫装置的外部条件，如施工场地、施工所需水、电、气、交通运输由厂方有关部门提供；运行所需的吸收剂、水、电、副产品的处置等公司统筹落实。4.2项目实施进度安排项目实施时间安排如下表：项目实施时间表（两台同时施工）阶段时间设计阶段45周主体设备施工阶段（不含基础）510周调试阶段12周脱硫工程初步设计方案第五章 效益评估和投资收益5.1运行费用估算运行费用主要有：电费、水费、人工费、药剂费等。 (1)电耗电费的支出项目为脱硫液循环泵等的耗电，初步估计值见表5-1。按电费0.75元/kWh，年运行8000小时计。电费共20.6万元。电源采用380V,50HZ交流电。(2)水费及人工费系统需定期补充水，本设计中用冲渣循环水等进行补充，因此，水费支出可以忽略不计；本脱硫系统由于运行、维护管理简便，安排人进行日常管理、维护，年费用为14.4万元。(3)药剂费表5-2 药剂用量和费用初步估算表项 目用量单价年药剂费用石灰0.86(t/d)350(元/吨)10.0万元钠 碱50.（kg/天)2000(元/吨)3.40(4)运行费合计该脱硫系统全年(按8000小时计)总运行费用为20.6+14.4+10.0+3.4=48.4万元。5.3环境效益及社会效益第六章 结 论6.1主要技术经济指标(见表6-1)表6-1 主要技术经济指标汇总表序号项 目指 标备注12处理烟气量72000Nm3/h4SO2排放放浓度100mg/m35系统阻力1000Pa6机组年运行时间8000h7可利用率95%8脱硫塔主体设备使用寿命20年9脱硫系统出口烟气温度55脱硫工程初步设计方案