脱硫装置技术方案

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，尤其是大气、水污染更为突出。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、都市污染

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

种工业部门都必须面对欧I现实。以能源、资源日勺过度消耗和环境严重污染为代价的）发展

方式必须从主线上得到变化。我国烧结砖瓦行业重要日勺焙烧方式是燃煤性质的I（无论外

燃还是内燃）焙烧过程，因此，烧结砖瓦行业每年排放H勺二氧化硫（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他工业废渣的数量上推算出无。这些

排放出来的有害气体在某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、

原则进行了全面口勺整顿整顿，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》。并根据

上述两项法令，自1997年就颁布实行了《工业窑炉大气污染物排放原则》

（GB9078-1996）,2023年国家又专门颁布《砖瓦工业大气污染物排放原则》

（GB29620-2023）,并且这一原则是强制性的原则，在该原则中对烧结砖瓦工业窑炉专

列为一种类别，对其排放『、J有害气体污染物质给出了严格口勺限制。例如对烧结砖瓦窑炉

而言，新建或改扩建的窑炉：

一类地区内严禁排放任何烟尘及SO2、HF、HCkNO等有害污染物质。

二类地区：烟尘最高容许排放浓度为250mg/Nn?,烟气黑度为1（林格曼级）；二

氧化硫最高容许排放浓度为300mg/Nm3；氟化物最高容许排放浓度为60mg/m。

三类地区：烟尘最高容许排放浓度为400mg/nnR烟气黑度为1（林格曼级）；二

氧化硫最高容许排放浓度为120（）mg/Nm2；氟化物最高容许排放浓度为15mg/Nnf。

原则中这些强制性日勺规定，对某些使用高硫煤、劣质煤、煤砰石、含硫或高氟的页

岩及某些其他业废渣生产烧结砖瓦产品的企业来说，是一种严峻日勺挑战；同步也对设计

单位使用这些原材料来设计烧结砖瓦厂提出了更高的规定，设计时就必须考虑到焙烧过

程中排放的烟气与否超标，假如超标就必须在设计方案中考虑其处理措施。这也是烧结

砖瓦行业节能减排中最重要的内容之一。

1.2设计参数

本工程口勺设计参数，重要根据招标文献中的详细参数，其详细参数见表1-1。

表1-1烟气参数

序名称单位数值备注

号

1进口烟气量m3/hW100000根据产量设计

2烟气温度℃60-80

3烟气进口SO2浓度Mg/nm3

4年运行时间小时8000

1.3设计指标

设计指标严格按照业主日勺招标文献的规定，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W300mg/Nm'

1.4设计原则

认真贯彻执行国家有关环境保护日勺方针政策，严格遵守国家有关法规、规范和原则。

选用先进可靠欧I脱硫技术工艺，保证脱硫效率高日勺前提下，强调系统的安全、稳定

性能，并减少系统运行费用。

充足结合厂方既有日勺客观条件，因地制宜，制定具有针对性日勺技术方案。

系统平面布置规定紧凑、合理、美观，实现功能分区，以便运行管理。

设计采用钠钙双碱法脱硫工艺，该措施技术成熟、脱硫效率高、运行安全可靠、操

作以便。

采用两条窑一塔的方式，吸取塔拟采用喷淋塔，每套脱硫装置的烟气处理能力为窑

炉4()%-110%工况时欧|烟气量。

脱硫设备年用时间按8()0()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。

烟气脱硫系统便于平常检查和正常维修、养护及进行年修。

1.5设计范围

本设计范围包括烟气脱硫系统工艺、系统构造、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对应配套的附属设施。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技术原则及规范

(1)环境保护原则

GB29620-2023《砖瓦工业大气污染物排放原贝U》

GB9078-1996《工业窑炉大气污染物排放原则》

（2）材料

GB699-88《优质防腐PPA材料》

GB3087-82《PPA塑料焊接技术条件》

(3)设备原则

JB1620-83《窑炉钢构造制造技术条件》

GB150-1998《钢制压力容器》

JB16I5-83《窑炉油漆和包装技术条件》

GBJ17-91《钢构造设计规范》

(4)安装调试

GB50205-95《钢构造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》(■)

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)

GB50221-95《钢构造工程质量检查评估原则》

GBJ-235-82《工业管道施工及验收原则》

第二章脱硫工艺概述

2.1脱硫技术现实状况

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

展脱硫技术日勺研究和应用是从二十世纪50年代开始日勺。通过数年研究目前已开发出口勺

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

气脱硫是目前世界上唯一大规模商业化应用欧I脱硫方式，是控制酸雨和二氧化硫污染日勺

最重要技术手段。

烟气脱硫技术重要运用多种碱性日勺吸取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I硫化合物或单质硫，从而到达脱硫的J目日勺。按脱硫剂和脱

硫产物含水量的多少可分为两类：①湿法，即采用液体吸取剂如水或碱性溶液（或浆液）

等洗涤以除去二氧化硫。②干法，用粉状或粒状吸取剂、吸附剂或催化剂以除去二氧化

硫。按脱硫产物与否回用可分为回U又法和抛弃法。按照吸取二氧化硫后吸取剂日勺处理方

式可分为再生法和非再生法（抛弃法）。

2.1.1国外烟气脱硫现实状况

国外烟气脱硫研究始于185（）年，通过数年的发展，至今为止，世界上已经有2500

多套脱硫装置，处理烟气量7（）（）Mm3/h,这些装置的90%在美国、日本和德国。

尽管各国开发的脱硫措施诸多，但真正进行工业应用H勺措施仅是有限H勺十几种。其

中湿式洗涤法（含抛弃法及石膏法）占总装置数H勺73.4%,喷雾干燥法占总装置数的

17.7%,其他措施占9.3%。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获得了很大的进步，但运行费用相称惊人，并且多种措施均

有局限性，因此，至今许多研究者仍在不停研究开发更先进、更经济日勺脱硫技术。

目前工业化日勺重要技术有：

①湿式石灰/石灰石■石膏法该法用石灰或石灰石H勺浆液吸取烟气中的S02,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，是目

前国内外的重要措施。

②喷雾干燥法该法是采用石灰乳作为吸取剂喷入脱硫塔内，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，投资比湿式石灰石-石膏法低。

目前重要应用在美国。

③吸取再生法重要有氨法、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

入燃烧窑炉炉膛日勺脱硫技术，合用于中、低硫煤窑炉，脱硫效率约85%。

2.1.2国内烟气脱硫现实状况

我国废气脱硫技术早在195()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8()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多种高校、科研和生产单位对多种脱硫工艺进行

了试验研究。

尽管我国对脱硫系统内研究开始得很早，波及的面也很宽，但大部分技术只停留在

小试和中试阶段，远未到达大面积工.业化应用的程度。而投入巨款引进的示范工程虽然

设备先进、运行稳定，但投资巨大，运行费用也相称高。因此加紧对国外先进技术的消

化吸取，使其国产化、低成本化，是目前重要而艰巨日勺任务。下表列出了我国引进的部

分脱硫装置状况。近来十儿年来，我国加大了脱硫技术研究日勺投入“八五”、“九五”期

间不停有大课题立项支持这方面日勺研究，获得了可喜日勺成绩。

2.2工艺选择

目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。

双碱法是先用可溶性内碱性清液作为吸取剂吸取so2,然后再用石灰乳或石灰对吸

取液进行再生，由于在吸取和吸取液处理中，使用了不一样类型的I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取烟气中的ISO2,然后再用石灰或熟

石灰作为第二碱，处理吸取液，再生后日勺吸取液送回吸取塔循环使用。由于采用钠碱液

作为吸取液，不存在结垢和浆料堵塞问题，且钠盐吸取速率比钙盐吸取速率快，所需要

H勺液气比低诸多，可以节省动力消耗。

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液吸取烟气中的SO2,生成HSO32-、SO32-与SO42-,

反应方程式如下：

一、脱硫过程

Na2cChSO2Na?S03CO2(1)

2NaOHSO2Na2sO3H2O(2)

Na2sChSO2H2O2NaHSO2(3)

其中：式（1）为启动阶段Na2so3溶液吸取SO2口勺反应;

式（2）为再生液PH值较高时（高于9时），溶液吸取S02日勺主反应;

式（3）为溶液PH值较低（5—9）时日勺主反应。

二、氧化过程（副反应）

Na2so31O2Na2so4（4）

NaHSO31O2NaHSO4⑸

三、再生过程

2NaHSO3Ca(OH)2CaSO3NaOHH20(6)

Na2s03CaOHzNaOHCaSO3⑺

式（6）为第一步反应再生反应,式（7）为再生至PH>9后来继续发生的主反应。

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

在吸取过程中以钠碱为吸取液，脱硫系统不会出现结垢等问题，运行安全可靠。且由于

钠碱吸取液和二氧化硫反应日勺速率比钙碱快诸多，能在较小的I液气比条件下，到达较高

日勺二氧化硫脱除率。

2.2.2低阻高效喷雾脱硫工艺

喷淋塔也称为喷雾塔，是在吸取塔内上部布置三层喷嘴，脱硫剂通过喷嘴喷出形成

液雾，通过液滴与烟气H勺充足接触，来完毕传质过程c空塔喷淋吸取塔主体为圆形塔体,

外部整体构造设计采用多段变径、蜗壳弧形、外周切向进气、接触液面后旋转向上行，

浆液通过喷嘴向下喷淋，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，减少结垢并减少塔内防腐层的磨损，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，自动除渣不必人工清理。

塔体内配置有多种高效喷嘴及高效除雾装置，浆液在吸取塔内通过高效雾化喷嘴雾

化，雾化覆盖面积可达300%,形成良好日勺气液接触反应界面，烟气通过入口切向进入

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SO?等酸性

气体。空塔喷淋烟气洗涤技术是目前国际国内技术成熟，最为前沿流行使用的空塔喷淋

技术。

1、空塔喷淋是通过大型石灰石-石膏法演变而来日勺喷淋塔，具有很高日勺脱硫效率，

最局时可达95%：

2、可操作弹性大，对煤种变化适应性强，含硫率在4%如下可保证二氧化硫排放浓

度，在窑炉工况11()%如下均能正常运行；

3、系统阻力小，运行费用低；

4、采用高效日勺除雾技术，烟气含湿量保证符合规定；

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1()0%以上；

7、运行操作简便，维护以便，稳定性是其他塔形日勺三到五倍。

除雾器安装在吸取塔上部，用以分离净烟气夹带的雾滴。除雾器出口烟气湿度七

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。

除雾器型式可以保证其具有较高的可运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通过除雾器，防止发生二次携带，堵塞除雾器。

2.2.3脱硫系统构成

整个工艺由五大部分构成：

（1）脱硫剂制备系统

由成品石灰（粒径不大于10mm（100%）日勺粉状石灰）运至厂里后人工加入石灰消

化池进行消化，消化后日勺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到达所需日勺浓度，自流到再生池。

（2）烟气系统

热烟气自窑炉经风机送入吸取塔，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SO2等污染物被脱硫液吸取，通过喷淋洗涤后日勺饱和烟气，经除雾器除去

水雾后，通过出口排空。

（3）SO2吸取系统

在吸取塔内，脱硫液中的1氢氧化钠与从烟气中捕捉的ISCh、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。脱硫后的净烟气通过除雾器除去气流中

夹带的雾滴后排出吸取塔。

采用喷淋塔作为吸取塔，喷淋塔是目前窑炉脱硫装置中应用较为广泛日勺脱硫塔，其

具有气液流通量大、压减少、操作弹性宽、不堵塞、效率稳定等有点。

a）吸取

在吸取塔中，烟气中的SO2和SO3按照如下反应式被溶液中日勺水吸取：

SO2+H2OH2s03

SO3+H2OH2so4

b）中和反应

H2s03和H2s04必须很快被中和以保证有效的S02和SO3吸取。

H2so3、H2s04、HCI和HF与悬浮液中碱按如下反应式发生反应：

Na2co3+H2sCh=Na2sO3+CO2+H2O

Na2cO3+H2sCM=Na2sO4+CO2+H2O

Na2CO3+HCI=NaCI+CO2+H2O

Na2CO3+HF=NaF+CO2+H2O

c）副反应

烟气中所含日勺氧量将把脱硫反应中生成日勺亚疏酸钠（Na2so3）氧化成硫酸钠

（Na2so4）：

2Na2sO3+O2=2Na2SCh

（4）脱硫液循环系统

泵前池日勺脱硫液通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，排出日勺具有CaSCh、CaSCh及少许粉尘渣日勺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，沉淀后日勺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

置进行脱硫循环运用。

本工程系统波及时所有规范、原则或材料规格（包括一切有效的补充或附录）均为

最新版本，即以协议生效之日作为采用最新版本日勺截止日期。

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

按原则配置。

2.3本技术工艺的重要长处：

工艺先进，技术指标完全可以满足环境保护规定和厂家规定;

采用特制进口高效、防腐、耐磨喷头，喷雾液滴800~1200uni,具有极大日勺比表面积,

同步又不易引起二次夹带；

脱硫效果好，脱硫效率达75%~95乐脱硫塔烟气出口浓度不高于50mg/m3;

投资省、运行费用低，具有良好日勺经济性；

防结垢、防堵性能好、运行稳定、安全性能高（塔内反应过程中日勺结晶体及烟尘自

动及时排除）；

防腐性能好，使用寿命长（主体设备在23年以上）；

阻力小，压减少（湿法脱硫系统不大于lOOOPa）;

操作弹性宽，运行管理以便，系统简便，投资省；

可保证安全可靠长期运行。

2.4物料消耗

（1）实惠消耗量

单台脱硫塔日勺石灰消耗量：90%纯度生石灰一小时用量-45kg。

实际石灰的投加量随石灰纯度、燃气含硫量和脱硫率日勺变化而变化。

（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）无需增长，但在吸取液在循环吸

取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状况，单

台脱硫塔的钠碱口勺消耗量为10kg/天（以100%氢氧化钠计）。

（3）用电量

电耗初步估算表

装机容量实用功率

项目型号（见设备表）数量备注

（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

耗水量重要由三部分，即蒸发随烟气带走、水池自然蒸发，每台窑炉耗水量约为

0.5~1rn3/h.

（5）副产物和脱硫渣量产生量

脱硫的产物重要是亚琉酸钙和硫酸钙，灰水中除了烟气中吸取下来的尘以外，重要

是亚硫酸钙，硫酸钙及少许未反应的脱硫剂。

（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

脱硫剂制备系统重要包括：石灰消化池、钠碱罐、阀门、管道及管件等。

（2）石灰消化池

浆液制备系统配置一种石灰浆液池，浆液池有效容积为1台窑炉系统日勺最大工况下

运行3小时的石灰浆液消耗量，石灰消化池容积为3m\其基本尺寸：1.4X2.0,采用

钢碎构造，半地下式布置c

（3）钠碱池

钠碱池日勺有效容积为4nA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日勺连接烟道采用Q235钢板制作，并根据需要可设置膨

胀节，以满足脱硫塔H勺需要从而保证窑炉日勺正常稳定日勺运行（由甲方自制）。

3.3：SO2吸取系统

so,吸取系统重要由脱硫主塔、喷淋层、组合式除雾器、预埋件及外部钢构造构成。

（1）脱硫塔

脱硫塔是系统的关键，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，按照设计规定，脱硫塔体材质采用工业防腐PP材质制作。

吸取塔采用空塔喷淋构造（根据脱硫率日勺需要设置3级高效雾化喷淋层）。

吸取塔壳体设计能承受多种荷载，包括吸取塔及作用在吸取塔上口勺设备和管道的自

重、介质重，以及风载、雪载、地震荷载等。

吸取塔底而能完全排空浆液。

吸取塔烟道入口段的设计考虑防止烟气倒流和固体物堆积。

吸取塔配置量和大小合适的入孔门。

喷淋系统的设计能合理分布规定H勺喷淋量，使烟气流行均匀，并保证吸取浆液与烟

气充足接触和反应。

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，为了到达良好日勺吸取效果，吸取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构成。吸取液由喷嘴喷出，喷嘴均

匀布置塔内横截面上，该技术把喷射初来的浆液可以覆盖整个横截面，在满足吸取SO2

所需日勺比表面积日勺同步，该技术把喷淋导致的压力损失减少到最小。喷嘴是本净化妆置

最关键的部件，它具有如下特点：

1、国内雾化喷嘴由于受到加工工艺、材料的I限制，主线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，我企业引进原装碳化硅高效雾化喷嘴c

2、原装高效雾化喷嘴雾化程度好，雾化粒径小，脱硫剂日勺比表面积大，再加上喷

嘴的I科学合理布置，使得在预处理区形成无漏洞、重叠少时吸取液雾化区段，与国内技

术相比成百倍地提高了烟气与脱硫液接触机会，同步喷液可大幅度减少，由此带来烟气

温降小，由于烟气温度高、气液接触面积大，SO?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种重要原因，也给烟尘日勺成球提供了良好的条件。

3、喷嘴内液体流道大而畅通，具有良好日勺防堵性能；采用碳化硅制作，具有良好

的防腐耐磨性能。喷嘴体积小，安装清洗以便。

喷淋层重要由分