烟气脱硫技术方案

XXXXXX 公司120t/h蒸汽锅炉烟气脱硫装置初步方案黑龙江天茂环保科技有限公司2016 年 8 月 5 日目 录.概况 .11.1 项目现状及工程条件基础数据 .11.2. 排放要求 .11.3.设计目标及主要原则 .12. 我公司技术特点与优势 .23. 脱硫工艺技术方案 .33.1 工艺方法的选定 .33.2 化学反应原理 .53.3. 工艺流程描述 .54. 装置性能和设计数据 .65. 主要设备和仪表清单 .76. 脱硫装置年运行费用及副产品规模 .97自动控制说明 .108. 其它事项 .109. 脱硫系统附图 .101.概况1.1 项目现状及工程条件基础数据XXXXX 有限公司现有 1 台 10t/h 蒸汽锅炉和 1 台 6t/h 蒸汽锅炉 1 台，烟气中二氧化硫含量未知。按 1 台 20t/h 蒸汽锅炉设置脱硫装置，烟气量60000Nm3/h，烟气中二氧化硫暂按 2000mg/Nm3考虑。1.2. 排放要求排放要求如下：SO2 200mg/m 3 ，NO X 350mg/m 3 ，粉尘50mg/m 3 1.3.设计目标及主要原则1.3.1 设计目标为适应将来可能更加严格的环保排放标准要求，本工程将做到二氧化硫排放浓度200mg/Nm（6%含氧量），将来如环保要求更严，可在装置上作一些小的改动，如改变循环泵等参数，或在操作中通过调节部分工艺参数，可使二氧化硫排放浓度50mg/Nm，不需对脱硫装置进行大的改动。1.3.2 设计原则本次锅炉烟气脱硫系统设计原则为：采用成熟的脱硫工艺技术，脱硫系统的设计脱硫效率能满足当前国家排放标准，并考虑满足今后不断趋于严格的SO2排放标准要求。脱硫工程的设计结合现场的场地条件，力求使流程和布置紧凑、合理。脱硫装置可用率确保 99%；FGD 装置脱硫效率 90%；FGD 装置服务寿命保证值不小于 20 年；采用氧化镁为吸收剂，脱硫溶液压滤后的灰渣转移处理。烟气脱硫系统设有紧急停机的有效措施；烟气脱硫系统能适应锅炉的起动和停机，并能适应锅炉的运行及其负荷的变动；脱硫装置整体设计布局紧凑、合理、系统顺畅，运行经济，节省占地，节省投资，FGD 区域工艺流程将合理，并缩短各种管线，考虑安装及施工的可能性，以及日后维护和检修的方便。2为最大程度节约能耗，脱硫后净烟气不加热。脱硫吸收塔的净烟气由脱硫塔顶部烟囱直接排放。钢烟道的壁厚为 6mm，非金属膨胀节主材为耐腐蚀材料。烟道外壁采用补强筋以保证烟道的强度要求。所有的浆液泵采用耐腐蚀的离心泵，所有浆液泵密封形式采用机械密封。所有阀门设计选型应适合于介质特性和使用条件。浆液系统的阀门考虑介质的磨损和腐蚀。功能相同、运行条件相同的阀门能够互换，阀门的规格尽量统一。管道设计时将充分考虑工作介质对管道系统的腐蚀与磨损，并借鉴应用于类似脱硫装置上的成功经验，选用恰当的管材，介质流速的选择既要考虑避免浆液沉淀，同时又要考虑管道的磨损和压力损失尽可能小。主要管道材料如下：吸收塔浆液喷淋层管: 玻璃钢管,内外壁均衬有 SiC 耐磨层；吸收塔循环浆液管及其他浆液管(塔外):衬有 SiC 耐磨层的玻璃钢管。工艺水:普通碳钢管；脱硫系统设有可靠的保护系统，以避免因系统的故障引起脱硫塔内装置的损坏。脱硫系统控制：自动和手动控制，可随时进行人工手动和自动切换。脱硫系统各种操作均可实现在 PLC 系统上进行操作。采用烟气在线自动监测系统，对脱硫系统前后的烟气二氧化硫含量等烟气参数进行连续实时监控。烟气在线监测数据要在脱硫 PLC 系统画面上显示。脱硫系统可利用率达 99以上。脱硫系统阻力小于 1200Pa。降低脱硫系统阻力，脱硫装置的运行不影响锅炉负荷。在设备及管道运行中溢流、冲洗和清扫过程中产生的废水（例如：氧化镁浆液或副产物浆液系统设备与管道等）收集在脱硫装置的缓冲池内，然后送至吸收塔系统中重复利用，不直接排放。2. 我公司技术特点与优势（1） 脱硫除尘一体化3吸收塔集烟气除尘、脱硫于一体，设备紧凑。本工程可以解决烟气 SO2 超标排放的问题，具有很大的社会效益。同时还考虑到将来面临的问题：当国家烟气排放标准提高后，通过加药系统的调节和设备的局部调整即可使烟气排放达标，不须进行大的系统改造。（2） 效果好主要设备脱硫反应器采用 316L 或 FRP，烟气分布器运用专利技术，具有结构简单，维护方便的特点。塔内关键部件喷淋装置选用技术先进的压力雾化喷嘴，具有雾化效果好、液滴分布均匀、耐腐蚀、耐磨损、使用寿命长、不易阻塞等特点，可以保证较高的脱硫除尘效率。（3） 运行费用低、操作灵活该设备系统在运行中具有一定的灵活性，可以在满足环保要求的前提下，可以有针对性的进行脱硫和除尘，通过改变液气比和加药量来满足不同环保要求。（4）系统阻力小吸收塔采用喷淋空塔、气体分布器等复合技术，具有结构简单、设计合理、系统阻力小、不影响锅炉运行等特点。（5）设备占地面积小脱硫系统相对简单，较普通工艺占地面积少。（6）联锁、保护与报警，以保证锅炉的连续、稳定运行根据系统工艺流程设置必要的联锁保护功能，有效的联锁能使设备在事故工况下自动切断。此外，事故工况能立即通过报警系统提示设备运行操作人员，紧急情况下可以由自动切换为手动操作。装置中重要的设备设计有可靠的联锁保护系统，对重要信号冗余设置，联锁信号的交换通过硬接线进行。3. 脱硫工艺技术方案3.1 工艺方法的选定本工程按锅炉最高负荷状态考虑烟气脱硫装置，也就是按 1 台 20t/h 蒸汽锅炉运行考虑。脱硫装置的烟气量 60000m3/h，二氧化硫含量暂按2000mg/Nm3。4本工程采用镁法脱硫工艺，即以氧化镁作为脱硫吸收剂，吸收烟气中的二氧化硫，最终生成的产物是硫酸镁，硫酸镁以溶液的形式排至工厂废水处理系统集中处理。本工程脱硫系统在脱去二氧化硫的同时，对烟气中的灰尘也具有一定的去除作用。镁法脱硫具有如下优点：（1）技术成熟。氧化镁脱硫技术是一种成熟度仅次于钙法的脱硫工艺，氧化镁脱硫工艺在世界各地都有非常多的应用业绩，其中在日本已经应用了 100多个项目，台湾的电站 95%是用氧化镁法，另外在美国、德国等地都已经应用，并且目前在我国部分地区已经有了比较多的应用业绩。（2）原料来源充足。在我国氧化镁的储量十分可观，目前已探明的氧化镁储藏量约为 160 亿吨,占全世界的 80%左右。其资源主要在辽宁，氧化镁完全能够作为脱硫剂应用于电厂的脱硫系统中去。（3） 脱硫效率高。在化学反应活性方面氧化镁要远远大于钙基脱硫剂，并且由于氧化镁的分子量较碳酸钙和氧化钙都比较小。因此其它条件相同的情况下氧化镁的脱硫效率要高于钙法的脱硫效率。一般情况下氧化镁的脱硫效率可达到 9599%以上，而石灰石/石膏法的脱硫效率仅达到 9095%左右，目前市场上采用的钙法脱硫工艺，为达到 98%以上的脱硫效率，一般采用大液气比，也就是采用更大的循环泵来实现脱硫效率，造成电耗大、运行费用高等问题。（4） 投资费用少。由于氧化镁作为脱硫本身有其独特的优越性，因此在吸收塔的结构设计、循环浆液量的大小、系统的整体规模、设备的功率都可以相应较小，这样一来，整个脱硫系统的投资费用可以降低 20%以上。（5） 运行费用低。决定脱硫系统运行费用的主要因素是脱硫剂的消耗费用和水电汽的消耗费用。氧化镁的价格比氧化钙的价格高一些，但是脱除同样的 SO2 氧化镁的用量是碳酸钙的 40%；水电汽等动力消耗方面，液气比是一个十分重要的因素，它直接关系到整个系统的脱硫效率以及系统的运行费用。对石灰石-石膏系统而言，液气比一般都在 15L/m3 以上，而氧化镁在 10 L/m3 以下，这样氧化镁法脱硫工艺就能节省很大一部分费用。（6）运行可靠。镁法脱硫相对于钙法的最大优势是系统不会发生设备结垢堵塞问题，能保证整个脱硫系统能够安全有效的运行，同时镁法 PH 值控制在56.06.5 之间，在这种条件下设备腐蚀问题也得到了一定程度的解决。总的来说，镁法脱硫在实际工程中的安全性能拥有非常有力的保证。3.2 化学反应原理3.2.1 原理烟气进入脱硫装置的湿式吸收塔，与自上而下喷淋的氢氧化镁溶液雾滴逆流接触，其中的酸性氧化物 SO2 以及其他污染物 HCL、HF 等被吸收，烟气得以充分净化；吸收 SO2后的溶液反应生成 MgSO3，通过塔内送入空气强制氧化生成MgSO4。达到一定浓度的硫酸镁溶液经板框压滤机过滤掉溶液中的灰尘后排放。吸收液的制备：粉状氧化镁在消化槽与工艺水反应生成氢氧化镁溶液，反应所需温度由直接加入的蒸汽调节，反应生成的氢氧化镁溶液送入氢氧化镁储槽储存备用。3.2.2 化学反应方程式（1）脱硫剂制备反应：MgO + H 2O Mg(OH) 2（2）SO2 吸收反应：Mg(OH) 2 + SO2 MgSO 3+ H 2OMgSO3 + H2O+ SO2 Mg(HSO 3)2Mg(HSO3)2+Mg(OH)2 2MgSO 3+ 2H 2O(3) 氧化反应：MgSO 3 + 1/2O2 MgSO 43.3. 工艺流程描述3.3.1 制浆系统袋装氧化镁粉用汽车运输至脱硫区储存备用。设置一座熟化池，熟化池顶部装有一台搅拌机。制浆时，在熟化池中加入一定量的工艺水，进入熟化池的蒸汽调节阀自动调节熟化池介质温度为 70，按比例加入一定量的氧化镁粉至熟化池，熟化池搅拌机将氧化镁粉与水混合均匀，经过一定的熟化时间后（不低于 3h），制成约 10%20%的氢氧化镁浆液。配好的氢氧化镁浆液通过熟化池排出泵输送至氢氧化镁浆液罐储存。3.3.3 烟气系统锅炉烟气经引风机进入脱硫区，自钢烟道从脱硫塔中部进入塔内，经喷淋层下部的气体分布板将气体均匀分布，分布后的烟气自下而上，与塔上部喷淋层喷洒下来的含氢氧化镁的循环浆液逆流接触，烟气中的二氧化硫被循环液吸6收，脱除二氧化硫后的烟气再向上经过设置于塔顶的两层除雾器除去气体中夹带的大部分液滴后，变为净烟气，净烟气经脱硫塔顶部的直排烟囱排入大气。3.3.4 循环吸收系统脱硫塔循环泵（2 开 1 备）设置在脱硫塔附近的地面，脱硫塔下部是液位m 的塔釜，又称为氧化池，脱硫塔循环泵将脱硫塔底部的溶液送入脱硫塔上部的吸收段喷淋层（开 2 层，备 1 层），经喷嘴均布喷淋后下降，与塔中上升的烟气逆流接触，烟气中的二氧化硫被溶液吸收。脱硫塔中溶液的 PH 值控制在 6 左右，PH 值由氢氧化镁的加入量控制。喷淋吸收后获得的产物主要是亚硫酸镁，从脱硫塔上部的脱硫吸收段下落到位于脱硫塔下部的氧化段。其中的亚硫酸镁被来自氧化风机鼓入的空气氧化为硫酸镁，硫酸镁浓度达到 10%时（对应浆液密度 1100kg/m3），脱硫循环泵支管上的电动阀打开，将塔中的溶液输送至缓冲池，再由压滤泵输送至板框过滤系统。脱硫塔底部设置台扰动泵，目的是防止脱硫塔浆液中的固体物质沉淀。3.3.5 氧化空气系统氧化风机将空气压缩到一定压力送入脱硫塔下部的氧化段，塔内氧化空气以管网的方式布气，空气以小气泡的形式均匀分布到氧化段溶液中，将溶液中的亚硫酸镁氧化为硫酸镁。空气中未被利用的成分浮出水面，进入烟气被带走。3.3.6 废液过滤系统自脱硫塔排至的硫酸镁溶液含有少量的固体，这些固体一部分来自于原料氧化镁中的杂质，另一部分来自于烟气中的灰尘，在输送至废水处理工段之前先过滤掉其中的灰尘和固体杂质。压滤泵将缓冲池中的硫酸镁溶液输送至板框压滤机过滤，滤液排至清液池，经废水泵输送至废水处理工段。滤渣落入板框压滤机下方的地面上，由铲车运出。3.3.7 事故检修系统当脱硫塔需要检修时，将脱硫塔中的浆液排至清液池中储存，脱硫塔检修完毕后再用废水泵将清液池中的浆液送回脱硫塔。4. 装置性能和设计数据脱硫装置性能和设计数据包括（不限于）以下内容：7性能和设计数据 单 位 数 据1 一般数据烟气量（工况） m3/h 60000烟气量（标况） Nm3/h 40000脱硫装置入口 SO2 浓度 mg/Nm3 2000脱硫装置入口含尘浓度 mg/Nm3 100脱硫装置出口 SO2 浓度 mg/Nm3 200脱硫装置入口温度（估计） 150脱硫装置出口温度 50脱硫装置出口烟气中水滴含量 mg/Nm3 50SO2 总脱除率 % 90吸收剂摩尔比 Mg/S mol/mol 1.05脱硫装置总压力损失 Pa 1100其中：脱硫塔 Pa 900进出口总烟道 Pa 2002 预计消耗氧化镁（MgO 含量 90%） t/h 0.05工业水（规定品质） t/h 3低压蒸汽（0.35MPa） t/h 0.1电力（BMCR 工况设备耗电量） kWh 60压缩空气 m3/h 203 脱硫塔BMCR 时烟气流速 m/s 2.5脱硫塔直径 m 2.6脱硫塔高度 m 204 其他10%硫酸镁溶液排出量 t/h 1.3585. 主要设备和仪表清单5.1 主要设备清单(120)t/h 蒸汽锅炉烟气脱硫-氧化镁法-主要设备序号 设备名称 型号、规格 单位 数量 备注一 氧化镁浆液制备系统1 熟化池 3m2.5m2.5m；材质：混凝土防腐 座 12 熟化池搅拌器 碳钢外包丁基橡胶 台 13 熟化池排出泵 离心式，Q=15m3/h,H15m,材质：高分子量聚乙烯 台 24 氢氧化镁浆液罐 2.83.2m；材质：碳钢防腐 台 15 氢氧化镁浆液罐搅拌器 碳钢外包丁基橡胶 台 16 氢氧化镁浆液泵 离心式，Q=2 m3/h,H25m,材质：高分子量聚乙烯 台 2二 烟气系统 1 烟道支架 碳钢 Q235-B 吨 2 2 原烟道 碳钢 Q235-B, 1200, 厚度 6mm 吨 2.5 3 烟道膨胀节 尺寸：1200；蒙皮：