20T锅炉烟气SNCR脱硝+水膜除尘器+高效喷淋脱硫塔技术方案.doc

20T/H锅炉烟气除尘脱硫脱硝项目SNCR脱硝+文丘里水膜脱硫除尘器+高效雾化喷淋式脱硫塔处理20T/h锅炉水膜除尘器+高效雾化喷淋脱硫塔现场照片浙江丽水众发造纸厂SNCR脱硝+文丘里水膜脱硫除尘器+双碱法脱硫工艺技术文件编制： 审核： 日期： 2015 年8月 江苏龙源环境工程有限公司 江苏龙源环保科技有限公司神华集团乌海能源天信公司275T/H锅炉烟气脱硫塔现场照片脱硫塔整台出厂目 录一 总论- 1 -1.1 工程概述- 1 -1.2 设计参数- 2 -1.3除尘脱硫系统主要技术要求- 2 -1.4 主要设计原则- 2 -二 工艺介绍- 3 -2.1 文丘里水膜脱硫除尘器- 3 -2.2 钠钙双碱脱硫工艺- 4 -2.3 工艺特点- 5 -2.4 工艺流程介绍- 5 -2.4 工艺原理- 6 -2.5 烟气脱硫系统描述- 7 -三 供货范围及内容- 10 -3.1 设计范围- 10 -3.2 主要设备清单- 11 -四 脱硫系统各项性能参数- 11 -4.1 主要技术参数- 11 -4.2 脱硫系统年运行费用分析- 11 -4.3 主要经济技术指标- 12 -五 脱硫渣的处理- 12 -六 技术标准及规范- 13 -七 附图- 15 -一 总论1.1 工程概述公司现有锅炉因燃料中含有一定的硫份及灰份，在高温燃烧过程中产生的NOX ,SO2和粉尘会对周围的大气环境造成了一定的污染，根据国家环保排放标准和当地环保部门的要求，该公司决定对现有锅炉新增加脱硫除尘脱硝设施，确保锅炉尾部排放粉尘和SO2 ，NOX按照国家和当地环保排放要求达标排放，并按照环保总量控制要求在确保达标的同时进一步削减粉尘和SO2 NOX的排放量。本期工程为20T/h锅炉烟气治理工程除尘脱硫系统的设计、制造、安装及运行调试，针对业主方的现场特点，结合我公司的工艺技术和工程经验，从工艺技术、安全运行、排放指标、经济指标等各方面进行了细致的论证，提出以SNCR脱硝+文丘里水膜除尘器(ZT-20T)+雾化喷淋式脱硫塔（GCT-20），双碱法湿法脱硫工艺，吸收塔按一炉一塔设计的技术方案，供业主方决策参考。1.2 设计参数序号参数名称单位参数值1锅炉规格型号链条炉2锅炉数量台23单台锅炉出口烟气量（工况）m3/h600004锅炉出口烟气温度1505除尘系统进口粉尘浓度g/Nm3 3000 （设计值）6脱硫系统进口SO2浓度mg/Nm31400（设计值）7NOx原始浓度mg/m3690（设计值）8锅炉年运行时间小时80009引风机型号10引风机风量m3/h11全压Pa1.3除尘脱硫系统主要技术要求序号参数名称参数值1二氧化硫排放浓度400 mg/Nm32脱硫效率93%3粉尘排放浓度80 mg/Nm34总除尘效率98%5NOx排放浓度400 mg/Nm36脱硝效率70%1.4 主要设计原则 技术先进、经济合理、切实有效的烟气治理工艺。 设备运行可靠、阻力小，不产生对锅炉运行工况的影响。 具有足够的脱硫除尘效率，保证达标排放。 为降低运行费用，脱硫剂来源可靠，副产品处置合理。不外排不产生二次污染。脱硫除尘水循环利用。 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。 尽量利用厂内已有设施和资源，以减少投资。 运行操作简便，维护方便。 采取适当措施避免脱硫系统结垢和堵塞的发生。 使用寿命长，噪音小，必须设有可靠防腐措施。 施工工期短。 脱硫除尘装置布局合理、操作维护简单、不结垢、不堵塞。二 工艺介绍2.1 SNCR烟气脱硝技术简介2.1.1原理介绍选择性非催化还原技术（SNCR）是用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，不用催化剂，只需在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为8501100的区域，与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2，该方法以窑炉为反应器。二十多年的经验表明，燃料类型（例如煤、生物质和垃圾等）对SNCR性能影响很小，只要存在“SNCR反应温度窗”，SNCR 工艺可应用于燃烧各种燃料的各种型式的锅炉。因为SNCR是燃烧后烟气处理工艺，燃烧装置的尺寸、类型和燃料类型对SNCR工艺没有较大影响。该工艺在以煤、油、天然气、木质废料、城市固态垃圾或危险垃圾为燃料的燃烧装置上得到成功验证。因此，SNCR能应用于几乎所有的燃烧装置，使其NOx排放满足或超过大多数NOx排放要求。研究发现，在炉膛8501100这一温度范围内、在无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx，基本上不与烟气中的O2作用，据此发展了SNCR法。在8501100范围内，NH3或尿素还原NOx的主要反应为：NH3为还原剂4NH3+4NO+O24N2+6H2O尿素为还原剂2NO+2CO(NH2)2 +2O23N2+2CO2+4H2O当温度高于1100时，NH3则会被氧化为4NH3+5O24NO+6H2O还原反应NH3/尿素清洁烟气还原反应示意图不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗。NH3的反应最佳温度区为 8501100。当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx还原率降低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。NH3是高挥发性和有毒物质，氨的逃逸会造成新的环境污染。2.2 文丘里水膜脱硫除尘器锅炉排出的烟气在引风机负压的作用下，先进入预处理文丘里喷淋雾化装置，文丘里装置内设置数组高效雾化喷头，烟气经过文丘里喉部的缩放，气流流速从慢到快再到慢，在喉管入口处与喷入的雾化碱液充分混合接触，部分SO2被碱液吸收，烟气中大颗粒的粉尘部分被去除，细小粉尘被气雾湿润而凝聚，使其密度增大，温度降低，烟气湿度增大。经文丘里预处理的烟气切向或蜗向进入圆形水膜脱硫除尘器筒体，水（碱液）从除尘器上部注水槽进入筒内，使整个圆筒内壁形成一层水膜从上而下流动，烟气在筒体内旋转上升，含尘气体在离心力作用下始终与筒体内壁面的水膜发生摩擦，这样含尘气体被水膜湿润，尘粒随水流到除尘器底部，从溢水孔排走，在筒体底部封底并设有水封槽以防止烟气从底部漏出，有清理孔便于进行筒体底部清理。除尘后废水由底部溢流孔排出进入沉淀池，沉淀中和，循环使用。净化后的气体通过付筒下部排入引风机，完成整个工作过程。当在水池中加入脱硫剂，由于气流在脱硫塔内的时间大于三秒，这样气液有较长的接触时间，有利于二氧化硫和脱硫剂的反应。220T/h锅炉配套水膜脱硫除尘器现场照片2.3 钠钙双碱脱硫工艺钠钙双碱法脱硫工艺（Na2CO3/Ca(OH)2）是在石灰石/石膏法基础上结合钠碱法发展起来的工艺，它克服了石灰石/石膏法容易结垢、钠碱法运行费用高的缺点。它利用钠盐易溶于水，在吸收塔内部采用钠碱吸收SO2，吸收后的脱硫液在再生池内利用廉价的石灰进行再生，从而使得钠离子循环吸收利用。该工艺综合石灰法与钠碱法的特点，解决了石灰法的塔内易结垢的问题，不具备钠碱法吸收效率高的优点。2.4 工艺特点与石灰石或石灰湿法脱硫工艺相比，双碱法原则上有以下优点： 用钠碱脱硫，循环水基本上是Na+的水溶液，在循环过程中对水泵、管道、设备均无腐蚀与堵塞现象，便于设备运行与保养； 吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀发生在塔外，这样避免了塔内堵塞和磨损，提高了运行的可靠性，降低了操作费用； 钠基吸收液吸收SO2速度快，故可用较小的液气比，达到较高的脱硫效率，一般在90%以上； 对脱硫除尘一体化技术而言，可提高石灰的利用率。2.5 工艺流程介绍脱硫系统由SO2吸收系统、烟气系统、脱硫剂供给系统、脱硫副产物处理系统、工艺水系统、电气控制系统组成（详见CAD版工艺流程附图）。 锅炉除尘脱硫烟气流程锅炉来烟气SNCR脱硝文丘里水膜脱硫除尘器引风机高效雾化脱硫吸收塔烟囱。锅炉烟气经文丘里水膜除尘器除去大部分粉尘后，由引风机抽出正压吹入高效雾化喷淋组合式脱硫塔内（烟气进口设置在脱硫塔中下部），在脱硫塔的入口处设置了预降温与预脱硫系统，经过降温增湿并脱去部分SO2后的烟气进入脱硫塔。在脱硫塔内烟气由下而上与喷淋浆液逆流接触，两者充分混合。塔内设置三层高效雾化系统和两层空心球填料，在该区段空间充满着由雾化器喷出的粒径为100300的雾化液滴，烟气中SO2与吸收碱液再次反应，脱除90%以上的二氧化硫。喷雾系统的合理选型及科学布置，使该雾化区形成无死角、重叠少的雾状液体均匀分布的雾化区段，烟气较长时间内在雾化区中穿行，烟气中SO2有了充足的机会与脱硫液接触，并不断与雾滴相碰，其中SO2与吸收液进行反应，从而被脱除，同时残留烟尘被带上“水珠”，质量增大。脱硫后的液体落入脱硫塔底部，定时定期排入脱硫塔后设置的收集系统，适当补充一定量的碱液后经循环泵再次送入喷雾和配液系统中再次利用，脱硫剂始终处于循环状态。 填料吸收塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料吸收塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从喷淋系统喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料吸收塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置，包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。经多次循环后的脱硫浆液排入后处理系统，由于设计的特殊性，经脱硫后的烟气通过塔顶除雾器时，利用其导向作用产生强大的惯性力，将烟气中的液滴分离出来，达到同时除尘除雾的效果。洁净烟气最终达标排放。2.4 工艺原理钠钙双碱法Na2CO3/Ca(OH)2采用纯碱启动，钠钙吸收SO2、石灰再生的方法。其基本化学原理可分脱硫过程和再生过程：、脱硫过程Na2CO3 + SO2 Na2SO3 + CO2 (1)2NaOH + SO2 Na2SO3 + H2O (2)Na2CO3 + SO2 + H2O NaHSO3 (3)(1) 式为吸收启动反应式；(2) 式为主要反应式，pH9（碱性较高时）(3) 式为当碱性降低到中性甚至酸性时（5pH9）、再生过程2NaHSO3 + Ca(OH)2 Na2SO3 + +CaSO3 + 2H2O (5)Na2SO3 + Ca(OH)2 2NaOH + CaSO3 (6)在石灰浆液（石灰达到饱和状况）中，中性（两性）的NaHSO3很快跟石灰反应从而释放出Na+，随后生成的SO32-又继续跟石灰反应，反应生成的亚硫酸钙以半水化合物形式慢慢沉淀下来，从而使Na+得到再生，吸收液恢复对SO2的吸收能力，循环使用。脱硫副产物为亚硫酸钙或硫酸钙（氧化后），用户可以根据自己的需要，采用不同的方法对副产品进行处理。2.5 烟气脱硫系统描述本烟气脱硫系统包括SO2吸收系统、烟气系统、脱硫剂供给系统、脱硫副产物处理系统、工艺水系统和电气控制系统。2.5.1 SO2吸收系统在吸收塔内，经雾化的脱硫剂与从烟气中捕获的SO2、SO3等发生化学反应，生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等物质。脱硫并除尘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。SO2吸收系统包括以下内容：吸收塔、吸收塔浆液循环、脱硫液排出、烟气除雾等几个部分，还包括辅助的放空、排空设施。（1）吸收塔1）设计原则吸收塔内所有部件能够承受最大入口气流及最高进口烟气温度的冲击，高温烟气不会对任何系统和设备造成损害。吸收塔选用的材料适合工艺过程的特性，并且能承受烟气飞灰和脱硫工艺固体悬浮物的磨损。所有部件包括塔体和内部结构设计考虑腐蚀余度。脱硫塔材质为优质Q235-A钢板卷制圆柱形塔，塔体内壁衬20350mm花岗岩，中间用耐酸胶泥粘结并灌浆，能适应20180的温度，耐酸碱腐蚀、耐磨损、抗剥离强度高、使用寿命在10年以上。在吸收塔内安装脱硫设备，即喷雾系统、填料层、除雾器、反冲洗装置及其它辅助设施（除雾器采用PP或其它材料制作，除雾器效率99）。塔上安装维修人孔、供水管道及维修平台及爬梯等。2）喷雾系统包括管线、喷嘴、支撑、加强件和配件等。浆液喷淋系统的设计使喷淋层的布置达到所要求的喷淋浆液覆盖率，使吸收溶液与烟气充分接触，从而保证在适当的液/气比（L/G）下可靠地实现所要求的脱硫效率。喷淋组件及喷嘴的布置设计成均匀覆盖吸收塔的横截面。一个喷淋层由带连接支管的母管制溶液分布管道和喷嘴组成。喷嘴采用316L不锈钢或陶瓷材料，螺旋实心形喷雾，雾径为50150m，雾化效果好，雾化角度900；耐腐蚀，不堵塞，全面雾化，不滴流，喷嘴及进液管设置花岗岩保护套。（2）除雾器除雾器用于分离烟气携带的液滴，其系统组成：二级除雾器，配备冲洗水系统和喷淋系统（包括管道、阀门和喷嘴等）。除雾器系统包括一台安装在下部的粗除雾器和一台安装在上部的细除雾器。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，上层除雾器的底面手动轮流清洗各区域。冲洗水由工艺水箱用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。2.5.2 烟气系统（1）引风机该方案的特点是：在脱硫塔前增设风机，属于正压操作，可以避免风机的腐蚀问题。由于新增脱硫系统需增加约21002500pa的阻力（其中文丘里水膜除尘器1000pa-1200pa,脱硫塔800900 pa，烟风道300400pa），业主需校核现有引风机的全压是否满足。（2）烟道烟道的设计尽量减小烟道系统的压降，其布置、形状均进行优化设计。（4）防腐处理经热量衡算，烟气经脱硫吸收塔后，温度降低到5565左右，经过烟道和烟囱后会产生部分冷凝液，对烟道和烟囱将产生酸露点腐蚀。本工程设计施工方案要对脱硫塔出口至烟囱烟道进行防腐处理。2.5.3 脱硫剂制备及供给系统（1）石灰浆制备系统人工根据工艺需要定量将袋装生石灰粉送入石灰浆液罐内，同时按一定比例加水并搅拌配制成（Ca(OH)2）浆液，配置成浓度满足工艺要求的浆液，通过石灰加料泵输送至再生池。（2）碱液制备系统人工根据工艺需要定量将纯碱或片碱送入碱液罐内，同时按一定比例加水并搅拌配制成浓度满足工艺要求的碱液，通过钠碱加料泵输送至循环池。2.5.4 脱硫液供给系统（1）吸收塔再循环系统吸收塔再循环系统包括循环泵、管道阀门及喷淋组件及喷嘴。吸收液循环泵符合对“泵”的基本要求外，并满足循环泵及驱动电机适应户外露天布置的要求。吸收塔再循环系统的设计要求是使喷淋层的布置达到所要求的喷淋浆液覆盖率，使吸收溶液与烟气充分接触，从而保证在适当的液/气比（L/G）下可靠地实现所要求的脱硫效率。1）脱硫工艺水用量锅炉烟气脱硫除尘设计用水量尽可能小。2）循环水泵根据脱硫方法所设计用水量要求，按锅炉运行设计，应选择防腐、耐磨化工水泵。（2）脱硫液系统首先将碱液管中的碱液(30%)放入循环池中，配成一定浓度的 Na2CO3溶液，经过循环泵，从脱硫塔的上部喷下，以雾状液滴与烟气中的SO2充分反应，脱硫液通过喷淋系统在脱硫塔内与SO2充分接触、反应后，落入塔底，流至循环池，脱硫液由循环泵进入脱硫塔循环使用，在正常运行过程中，向循环池加入碱液是通过PH计测定PH值后定量加入，循环液保持脱硫工艺所设定的PH值。2.5.5 工艺水系统为了避免除雾器发生积灰现象，设计了除雾器冲洗装置，冲洗采用电动碟阀（或电磁阀）实现自动控制。除此之外，系统中化灰及管道、罐体冲洗均需要用工艺水，本系统工艺水直接采用厂区工艺水，由进入脱硫系统工艺水总管分出支路进入脱硫系统各用水点。所有水系统用材为国标无缝管道、碳钢阀门，泵类使用耐腐、耐磨材质。2.5.5 脱硫副产物处理系统脱硫塔塔底部分循环吸收液经流入到再生池，充分再生反应后溢流至沉淀池，钙盐在沉淀池快速沉淀，沉淀的渣浆人工用行车抓斗或潜水排污泵定期清理 2.5.6 电气系统电气控制系统主要是对脱硫系统中的脱硫剂循环泵、加药泵、浆液循环泵、搅拌器等设备进行控制，采用现场控制的方式，以使整个脱硫工艺在一个具有高可靠性、易操作、高性能的情况下来完成。在电气设备和元器件的设计选型和价位上，本着电气产品要性能高、质量好、价位低的原则。 电气系统主要包括供配电系统、电气控制与保护、照明及检修系统、电缆和电缆构筑物。三 供货范围及内容3.1 设计范围本项烟气脱硫系统的工程设计范围为：自锅炉烟气出口至烟囱入口（除引风机）的整套脱硫除尘系统。包括脱硫吸收塔设备、脱硫剂贮存、制备系统、吸收液循环系统、工艺水系统、除雾系统、烟气系统、脱硫副产物的处理系统的整套设计及调试。（1）试验和检查；（2）包装和运输；（3）调试及试运行，对操作和维护人员进行必要的培训。3.2 主要设备清单详见锅炉烟气除尘脱硫设备及系统报价清单四 脱硫系统各项性能参数4.1 主要技术参数性能和设计数据单位数据1一般数据1.1 脱硫系统总压力损失Pa110013001.2 循环液气比L/m31.531.3 SO2脱除率%931.4 出口SO2浓度mg/Nm34001.5 NOx脱除率%701.6出口NOx浓度mg/Nm34001.7 除尘效率%981.8 出口粉尘浓度mg/Nm3801.9 出口烟气温度55602消耗（SO2原始浓度按2000 mg/Nm3计）-石灰粉（80%CaO）kg/h-其他助脱硫剂（Na2CO3）（规定品质）kg/h-工业水（规定品质）m3/h-电力（BMCR工况设备耗电量）kW.h（未计风机电耗）3脱硫塔-设计压力Pa5000-脱硫塔直径m2600（内径）-脱硫塔高度mm158004.3 主要经济技术指标序号项 目指 标1处理烟气量60000 m3/h2烟气温度1502003脱硫系统进口二氧化硫含量1400mg/Nm34二氧化硫排放浓度400 mg/Nm35烟气设计脱硫效率93%6电耗7系统总压降11001300Pa8年工作小时数7000小时9耗水量10生石灰消耗量（80%）11Na2CO3耗量（规定品质）12年直接运行费用五 脱硫渣的处理灰渣的主要成份为煤灰和亚硫酸钙，脱硫时的产物亚硫酸钙以半水合的状态结晶出来。亚硫酸钙含水率按70计算。每天产生的脱硫渣，人工清理或用潜污泵打出或者利用抓斗行车从沉淀池中将其抓出，置于堆灰场与灰渣一起运出厂区。 采用石灰作为脱硫液再生剂，同时它还有促进沉淀物沉淀的作用。由于石灰的絮凝作用，悬浮于水中的悬浮微粒可得到沉淀分离，同时这些悬浮微粒还可作为脱硫渣亚硫酸钙的结晶晶核，增强亚硫酸钙的沉淀效果，达到相互促进的沉淀作用，大大加快沉淀速度。由试验分析，脱硫渣亚硫酸钙与粉煤灰沉淀时间约为40min，现设计在沉淀池内停留时间在1.5小时以上，完全可达到沉淀、澄清的目的。根据以往的使用经验，亚硫酸钙脱硫渣与粉煤灰混合，可增加其塑性和强度，是一种良好的铺路地基材料，可用于建造高速公路等。由于亚硫酸钙常温下不分解，且钙本身即为自然界中常见的矿物质，不存在直接的污染源问题。六 技术标准及规范所提供货物的材料、设备、工程、设计、安装、试运行等将全部按相关的中国标准及规定执行，如采用外国标准则是提供该标准文本，并确认该标准不低于相关中国国家标准。 本系统所有设备噪声、废弃物、劳动和卫生等均符合国家标准。 以下法规、标准和规定将在烟气除尘脱硫系统中应用。1 环境保护标准GB9078-1996工业炉窑大气污染物排放标GB13271-2001锅炉大气污染物排放标准GB16297-1996 大气污染物综合排放标准GB3095-1996 环境空气质量