脱硫塔技术方案

脱硫塔技术方案

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

机砖厂烟气脱硫工程

技

术

方

案

行业概况

如今地球生态环境已被人类活动严重破坏，特别是大气、水污染更

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

为突出。环境污染按环境要素分为大气污染、水污染、土壤污染，按人

类活动又分工业污染、城市污染农业污染，已成为了世界范围内共同关

注的大问题。因此节能减排，保护环境，是每一个工业部门都必须面正

确现实。以能源、资源的过度消耗和环境严重污染为代价的发展方式必

须从根本上得到改变。中国烧结砖瓦行业主要的焙烧方式是燃煤性质的

(无论外燃还是内燃)焙烧过程，因此，烧结徜瓦行业每年排放的二氧

化硫(三氧化硫)、氟化物、二氧化碳、一氧化碳、氯化物、氯氧化物

等的总体数量巨大。这可从每年行业内用的煤肝石、劣质煤、高硫煤、

含硫或氟的页岩及其它工业废渣的数量上推算出来。这些排放出来的有

害气体在一些局部地区严重地影响着生态环境。对人类、动物及植物的

生存环境影响极大。为此，国家环境保护总局自1992年以来就对环境

保护的有关法令、标准进行了全面的整理整顿，重点对水、气体污染物

的排放做出了新的规定。国家专门颁布了《中华人民共和国环境保护

法》和《中华人民共和国大气污染防治法》。并依据上述两项法令，自

1997年就颁布实施了《工业窑炉大气污染物排放标准》(GB9078-

1996),国家又专门颁布《砖瓦工业大气污染物排放标准》

(GB29620-),而且这一标准是强制性的标准，在该标准中对烧结砖

瓦工业窑炉专列为一个类别，对其排放的有害气体污染物质给出了严格

的限制。例如对烧结砖瓦窑炉而言，新建或改扩建的窑炉：

一类地区内禁止排放任何烟尘及SO2、HF、HCI、NO等有害污染

物质。

二类地区：烟尘最高允许排放浓度为250mg/Nm2,烟气黑度为1

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

（林格曼级）；二氧化硫最高允许排放浓度为300mg/Nm3；氟化物最

高允许排放浓度为60mg/m。

三类地区：烟尘最高允许排放浓度为400mg/nm3；烟气黑度为1

（林格曼级）；二氧化硫最高允许排放浓度为1200mg/Nm2；氟化物最

高允许排放浓度为15mg/Nm2o

标准中这些强制性的规定，对某些使用高硫煤、劣质煤、煤杆石、

含硫或高氟的页岩及某些其它业废渣生产烧结砖瓦产品的企业来说，是

一种严峻的挑战；同时也对设计单位使用这些原材料来设计烧结砖瓦厂

提出了更高的要求，设计时就必须考虑到焙烧过程中排放的烟气是否超

标，如果超标就必须在设计方案中考虑其处理措施。这也是烧结豉瓦行

业节能减排中最重要的内容之一。

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l-lo

表1-1烟气参数

序名称单位数值备注

号

1进口烟气量m3/h£1()()()()()根据产量设计

2烟气温度℃60-80

3烟气进口SO2浓度Mg/nni3x

4年运行时间小时8000

1.3设计指标

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

设计指标严格按照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<300mg/Nm3

1.4设计原则

认真贯彻执行国家关于环境保护的方针政策，严格遵守国家有关法

规、规范和标准。

选用先进可靠的脱硫技术工艺，确保脱硫效率高的前提下，强调系

统的安全、稳定性能，并减少系统运行费用。

充分结合厂方现有的客观条件，因地制宜，制定具有针对性的技术

方案。

系统平面布置要求紧凑、合理.、美观，实现功能分区，方便运行管

理。

设计采用钠钙双碱法脱硫工艺，该方法技术成熟、脱硫效率高、运

行安全可靠、操作方便。

采用两条窑一塔的方式，吸收塔拟采用喷淋塔，每套脱硫装置的烟

气处理能力为窑炉40%-110%工况时的烟气量。

脱硫设备年用时间按8000小时考虑。

烟气脱硫系统能适应窑炉的启动和停机，并能适应窑炉运行及其高

负荷的变动。

烟气脱硫系统便于日常检查和正常维修、养护及进行年修。

L5设计范围

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

本设计范围包括烟气脱硫系统工艺、系统结构、设备基础的设计，

工程设计范围：从风机出口至脱硫装置出口和相应配套的附属设施。包

括：

脱硫设备系统

脱硫塔基础

水池（沉淀池、反应池、再生池、清水池）

脱硫液循环系统

1.6技术标准及规范

（1）环保标准

GB29620-《砖瓦工业大气污染物排放标准》

GB9078-1996《工业窑炉大气污染物排放标准》

（2）材料

GB699-88《优质防腐PPA材料》

GB3087-82《PPA塑料焊接技术条件》

（3）设备标准

JB1620-83《窑炉钢结构制造技术条件》

GB150-1998《钢制压力容器》

JB1615-83《窑炉油漆和包装技术条件》

GBJ17-91《钢结构设计规范》

（4）安装调试

GB50205-95《钢结构施工及验收技术规范》

TJ231(―)-75《机械设备安装工程施工及验收技术规范》

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

（―）

TJ231（四）・75《机械设备安装工程施工及验收技术规范》

（四）

TJ231（5）-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）

GB50221-95《钢结构工程质量检验评定标准》

GBJ-235-82《工业管道施工及验收标准》

第二章脱硫工艺概述

2.1脱硫技术现状

为了控制大气中二氧化碳，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。经过多年研究当前已开发出的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

烟气脱硫是当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，将之转化为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。按脱硫剂和脱硫产物含水量的多少可分为两类：①湿

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

法，即采用液体吸收剂如水或碱性溶液（或浆液）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tR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）。

2.1.1国外烟气脱硫现状

国外烟气脱硫研究始于1850年，经过多年的发展，至今为止，世

界上已有2500多套脱硫装置，处理烟气量700Mm3/h,这些装置的90%

在美国、日本和德国。

尽管各国开发的脱硫方法很多，但真正进行工业应用的方法仅是有

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%O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

石法在当今脱硫系统中占主导地位。

尽管各国在脱硫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、更经济的脱硫技术。

当前工业化的主要技术有：

①湿式石灰/石灰石.石膏法该法用石灰或石灰石的浆液吸收烟气中

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，是当前国内外的主要方法。

②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85%左右，投

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

资比湿式石灰石■石膏法低。当前主要应用在美国。

⑶吸收再生法主要有氨法、氧化镁法、双碱法、W-L法。脱硫效

率可达95%左右，技术较为成熟。

④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）直接喷入燃烧窑炉炉膛的脱硫技术，适用于中、低硫煤窑炉，脱硫

效率约85%o

2.1.2国内烟气脱硫现状

中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（发电厂）燃烧产生烟气二氧化硫的脱除技术在二十世纪80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、科研和生产单位对多种脱硫工艺进行了实验研究。

尽管中国对脱硫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和中试阶段，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。下表列出了中国引进的部分脱硫

装置情况。最近十几年来，中国加大了脱硫技术研究的投入“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。

2.2工艺选择

当前国内外脱硫技术应用最广泛的是湿式石灰石-石膏法，但该技

术工程投资大、运行成本高，设备和管路系统易磨损和堵塞。

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

双碱法是先用可溶性的碱性清液作为吸收剂吸收S02,然后再用石

灰乳或石灰对吸收液进行再生，由于在吸收和吸收液处理中，使用了不

同类型的碱，故称为双碱法。钠钙双碱法是以碳酸钠或氢氧化钠溶液为

第一碱吸收烟气中的S02,然后再用石灰或熟石灰作为第二碱，处理吸

收液，再生后的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吸收速率快，

所需要的液气比低很多，能够节省动力消耗。

因此，本工程采用钠钙双碱法脱硫工艺。

2.2.1钠钙双碱法工艺反应原理

该法使用Na2CO3或NaOH液吸收烟气中的S02,生成HSO32-、

SO32-与SO42-,反应方程式如下：

一、脱硫过程

Na2cChSO2Na2sO3CO2（1）

2NaOHSO2Na2sO3H2O（2）

Na2so3SO2H2O2NaHSO2（3）

其中：式（1）为启动阶段Na2sCh溶液吸收SCh的反应；

式（2）为再生液PH值较高时（高于9时），溶液吸收S02的主反

应；

式（3）为溶液PH值较低（5—9）时的主反应。

二、氧化过程（副反应）

Na2sCh|o2Na2sO4(4)

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

NaHSCh5O2NaHSO4(5)

三、再生过程

2NaHSO3Ca(OH)2CaSO3NaOHH2O(6)

Na2s03CaOH2NaOHCaSO3(7)

式(6)为第一步反应再生反应，式(7)为再生至PH>9以后继续

发生的主反应。

本工程选择钠钙双碱法为脱硫工艺，以石灰作为主脱硫剂，钠碱为

助脱硫剂。由于在吸收过程中以钠碱为吸收液，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比钙

碱快很多，能在较小的液气比条件下，达到较高的二氧化硫脱除率。

222低阻高效喷雾脱硫工艺

喷淋塔也称为喷雾塔，是在吸收塔内上部布置三层喷嘴，脱疏剂经

过喷嘴喷出形成液雾，经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圆形塔体，外部整体结构设计采用多段变径、蜗

壳弧形、外周切向进气、接触液面后旋转向上行，浆液经过喷嘴向下喷

淋，气液两相流，气体湍东向上。烟气向下倾角进入塔内，使烟气低阻

力的碰撞储浆室液面并带动浆液旋转运动，烟气得以迅速降温、除去粗

颗粒粉尘，旋转的浆液不沉积，减少结垢并降低塔内防腐层的磨损，储

浆室底部排污口加有排污阀，运行时长再打开此阀，将随浆液旋转运动

固体物(结晶状的石膏及烟气中的粉尘)即时排入塔底的反应池，自动

除渣无须人工清理。

塔体内配置有多个高效喷嘴及高效除雾装置，浆液在吸收塔内经过

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

高效雾化喷嘴雾化，雾化覆盖面积可达300%,形成良好的气液接触反

应界面，烟气经过入口切向进入塔内之后，在塔内匀速旋转上升，与雾

状喷液进行全面高效混合接触，脱除SO2等酸性气体。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、空塔喷淋是经过大型石灰石-石膏法演变而米的喷淋塔，具有很

高的脱硫效率，最高时可达95%；

2、可操作弹性大，对煤种变化适应性强，含硫率在4%以下可确保

二氧化硫排放浓度，在窑炉工况110%以下均能正常运行；

3、系统阻力小，运行费用低；

4、采用高效的除雾技术，烟气含湿量确保符合要求；

5、不存在堵塞问题；

6、设备使用率高，保证与窑炉同步运行达100%以上；

7、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Q75mg/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处液滴效

果，且保证脱硫后的烟气以一定流速均匀经过除雾器，防止发生二次携

带，堵塞除雾器。

2.2.3脱硫系统组成

整个工艺由五大部分组成:

（1）脱硫剂制备系统

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

由成品石灰（粒径小于10mm（100%）的粉状石灰）运至厂里后人

工加入石灰消化池进行消化，消化后的石灰浆液自流至再生池中进行脱

硫液再生反应。

钠碱在池中与工艺水进行混合直至达到所需的浓度，自流到再生

池。

（2）烟气系统

热烟气自窑炉经风机送入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在此烟气

被冷却到饱和温度，烟气中的SCh等污染物被脱硫液吸收，经过喷淋洗

涤后的饱和烟气，经除雾器除去水雾后，经过出口排空。

（3）SCh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、HCI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

的净烟气经过除雾器除去气流中夹带的雾滴后排出吸收塔。

采用喷淋塔作为吸收塔，喷淋塔是当前窑炉脱硫装置中应用较为广

泛的脱硫塔，其具有气液流通量大、压降低、操作弹性宽、不堵塞、效

率稳定等有点。

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+H2OH2so3

SO3+H2OH2sO4

b）中和反应

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

H2s03和H2s04必须很快被中和以保证有效的S02和S03吸收。

H2s。3、H2so4、HCI和HF与悬浮液中碱按以下反应式发生反应：

Na2CO3+H2SO3=Na2SO3+CO2+H2O

Na2cO3+H2sO4=Na2so4+CO2+H2O

Na2CO3+HCl=NaCl+CO2+H2O

Na2cO3+HF=NaF+CCh+IhO

c）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（Na2soQ：

2Na2so3+O2=2Na2sO4

（4）脱硫液循环系统

泵前池的脱硫液经过循环水泵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CaSO4>CaSCh及少量粉尘渣的混合

渣浆液体进入再生池、沉淀池，与从石灰浆液池过来的石灰浆液发生再

生反应，并进行脱硫副产物的沉淀，上清液流经泵前池，沉淀后的池底

渣浆由人工清出，滤液返流回泵前池，由循环水泵抽送到脱硫装置进行

脱硫循环利用。

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。

本系统供电电源均采用380V,50Hz交流电源，配电柜和动力控制

柜根据用电符合按标准配置。

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

2.3本技术工艺的主要优点：

工艺先进，技术指标完全能够满足环保要求和厂家要求；

采用特制进口高效、防腐、耐磨喷头，喷雾液滴800〜1200um,具

有极大的比表面积，同时又不易引起二次夹带；

脱硫效果好，脱硫效率达75%~95%,脱硫塔烟气出口浓度不高于

50mg/m3;

投资省、运行费用低，具有良好的经济性；

防结垢、防堵性能好、运行稳定、安全性能高（塔内反应过程中的

结晶体及烟尘自动及时排除）；

防腐性能好，使用寿命长（主体设备在以上）；

阻力小,压降低（湿法脱硫系统小于lOOOPa）;

操作弹性宽，运行管理方便，系统简便，投资省；

可确保安全可靠长期运行。

2.4物料消耗

（1）实惠消耗量

单台脱硫塔的石灰消耗量：90%纯度生石灰一小时用量弋45kg。

实际石灰的投加量随石灰纯度、燃气含硫量和脱硫率的变化而变

化。

（2）钠碱消耗量

理论上，采用双碱法第一碱（碳酸钠或氢氧化钠）无需增加，但在

吸收液在循环吸收过程中蒸发随烟气带走、随脱硫渣带走及部分排放。

按以往工程运行的实际情况，单台脱硫塔的钠碱的消耗量为10kg/天

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

(以100%氢氧化钠计)。

(3)用电量

电耗初步估算表

型号(见设备装机容量实用功率

项目数量备注

表)(KW)(KW)

脱硫液循环泵FSB-L型211.5-264-18.5工业防腐

水泵

小计

电源采用380W,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、水池自然蒸发，每台窑

炉耗水量约为0.5~1m3/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。

(6)废水排放

脱硫液为循环用水，基本不外排

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：石灰消化池、钠碱罐、阀门、管道及管

件等。

(2)石灰消化池

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

浆液制备系统配置一个石灰浆液池，浆液池有效容积为1台窑炉系

统的最大工况下运行3小时的石灰浆液消耗量，石灰消化池容积为

3m3。其基本尺寸：1.4X2.0,采用钢碎结构，半地下式布置。

（3）钠碱池

钠碱池的有效容积为4m3,用以钠碱液送入再生池中。

（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

从窑炉出口至脱硫塔进口段的连接烟道采用Q235钢板制作，并根

据需要可设置膨胀节，以满足脱硫塔的需要从而保证窑炉的正常稳定的

运行（由甲方自制）。

3.3：SO?吸收系统

SO2吸收系统主要由脱硫主塔、喷淋层、组合式除雾器、预埋件及

外部钢结构组成。

（1）脱硫塔

脱硫塔是系统的核心，脱硫塔的防腐材质是本脱硫硫工程能否长期

稳定云顶的关键，按照设计要求，脱硫塔体材质采用工业防腐PP材质

制作。

吸收塔采用空塔喷淋结构（根据脱硫率的需要设置3级高效雾化喷

淋层）。

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，以及风载、雪载、地震荷载等。

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

吸收塔底面能完全排空浆液。

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。

吸收塔配备量和大小合适的入孔门。

喷淋系统的设计能合理分布要求的喷淋量，使烟气流行均匀，并确

保吸收浆液与烟气充分接触和反应。

所有喷咀的设计便于检修和更换，可实现不停窑检修。

（2）连接烟道

连接烟道是指从风机出口至脱硫塔主塔进口段。连接烟道采用碳

钢。

（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3级的喷淋层，每层喷淋层由若干个高效雾化螺旋喷嘴组

成。吸收液由喷嘴喷出，喷嘴均匀布置塔内横截面上，该技术把喷射初

来的浆液能够覆盖整个横截面，在满足吸收SCP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。喷嘴是本净化装置最关

键的部件，它具备以下特点：

1、国内雾化喷嘴由于受到加工工艺、材料的限制，根本无法与进

口的相比拟，为提高脱硫液的雾化程度及雾化的均匀性，我公司引进原

装碳化硅高效雾化喷嘴。

2、原装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，与国内技术相比成百倍地提高了烟气与脱硫液接

文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

触机会，同时喷液可大幅度减少，由此带来烟气温降小，由于烟气温度

高、气液接触面积大，SCP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。

3、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，具有良好的防腐耐磨性能。喷嘴体积小，安装清洗方便。

喷淋层主要由分配管、雾化喷嘴、套管、阀门、喷雾连接管。

3.4：脱硫液循环和脱硫渣处理系统

1、循环泵

循环泵选用防腐耐磨性能优良的化工离心泵。

型号为：75FSB-35L

流量：100n?。,扬程：35m,功率：7.5kW

数量为：2台。

2泵前清水池

泵前清水池采用现浇整体钢碎结构

泵前清水池的有效容积：8立方米。

泵前清水池半地下布置，设计标高2m。

泵前清水池分成四个区，氧化区、再生区、沉淀区及循环区。

3沉淀、反应池

沉淀、反应池采用现浇整体钢碎结构

沉淀、反应池