脱硫塔技术方案.doc

脱硫塔技术方案222020年4月19日文档仅供参考，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，烧结砖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矸石、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（林格曼级）；二氧化硫最高允许排放浓度为300 mg/Nm3；氟化物最高允许排放浓度为60 mg/m。三类地区：烟尘最高允许排放浓度为400 mg/nm3；烟气黑度为1（林格曼级）；二氧化硫最高允许排放浓度为1200 mg/Nm2；氟化物最高允许排放浓度为15 mg/Nm2。标准中这些强制性的规定，对某些使用高硫煤、劣质煤、煤矸石、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备注1进口烟气量m3/h100000根据产量设计2烟气温度60-803烟气进口SO2浓度Mg/nm34年运行时间小时800013设计指标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/Nm31.4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。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、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（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）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：燃烧前脱硫（如洗煤、微生物脱硫）；燃烧中脱硫（工业型煤固硫、炉内喷钙）；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：湿法，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。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収法和抛弃法。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%。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：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。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，投资比湿式石灰石-石膏法低。当前主要应用在美国。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。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%。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。双碱法是先用可溶性的碱性清液作为吸收剂吸收SO2，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SO2，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SO2，生成HSO32-、SO32-与SO42-，反应方程式如下：一、脱硫过程Na2CO3 SO2 Na2SO3 CO2 （1）2NaOH SO2 Na2SO3 H2O （2）Na2SO3 SO2 H2O 2NaHSO2 （3）其中：式（1）为启动阶段Na2SO3溶液吸收SO2的反应；式（2）为再生液PH值较高时（高于9时），溶液吸收SO2的主反应；式（3）为溶液PH值较低（59）时的主反应。二、氧化过程（副反应）Na2SO3 O2 Na2SO4 (4)NaHSO3 O2 NaHSO4 (5)三、再生过程2NaHSO3 Ca(OH)2 CaSO3 NaOH H2O (6)Na2SO3 CaOH2 NaOH CaSO3 (7)式（6）为第一步反应再生反应，式（7）为再生至PH9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。2.2.2低阻高效喷雾脱硫工艺喷淋塔也称为喷雾塔，是在吸收塔内上部布置三层喷嘴，脱硫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-石膏法演变而来的喷淋塔，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SO2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）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、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+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、HCI和HF与悬浮液中碱按以下反应式发生反应：Na2CO3+H2SO3=Na2SO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SO4=Na2SO4+CO2+H2ONa2CO3+HCI=NaCI+CO2+H2ONa2CO3+HF=NaF+CO2+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）：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、CaSO3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。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8001200um，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1000Pa）;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（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FSB-L型2115-264-18.5 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0.51 m3/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：1.42.0，采用钢砼结构，半地下式布置。（3）钠碱池钠碱池的有效容积为4 m3，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：SO2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。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。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，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。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：100 m3/h，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砼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砼结构沉淀、反应池的有效容积：8立方米。沉淀、反应池地下布置，设计标高：2m。4循环再生池再生池采用现浇整体钢砼结构再生池的有效容积：8立方米。再生池地下布置，设计标高2m。再生池配有搅拌器5沉淀池沉淀池采用现浇整体钢砼结构沉淀池的有效容积：8立方米。沉淀池地下布置，设计标高2m。（2）脱硫渣处理系统渣水分离系统由人工清理。3.5给水部分本工程消防及给排水系统由业主负责。（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砖厂现有排水点排走。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、钢衬管、不锈钢管三种。3.7电气系统采用人工手动控制。售后服务本公司对承接的“三废”治理工程，本着以先进的技术设计和优良的质量为原则。对所承接的治理工程，作如下承诺：保证技术、工艺设计的先进性、可行性和合理性。保证系统运行的稳定性和耐用性。保证工程的技术指标和施工质量。为用户制订切实可行的操作规程。负责操作工的技术培训。以优惠价格长期、及时提供各种备件，并予以技术指导。接到需方反应的质量问题信息后，在12小时之内做出答复，并根据需要在24小时之内派出技术人员并到达现场。主体设备保修一年，设专人上门服务，技术问题终身回访。对本项目工程设备实行不定期回访，并负责终身跟踪服务。注意事项在运行前先检查水泵底阀注引用，才能开机运行。先开起水泵后起动风机，水泵停运时，立马关停风机。进风烟道口应设计加装进风闸口，已便应急备用。窑炉焙烧顿火时和需要停火时，不能立马停止风机和脱硫塔应尽量进成品车保持窑车焙烧段位置不变。加强对脱硫塔、风机、水泵、喷头检查，及时更换，备用易损配件。根据煤、烟气含硫量及时添加钠碱量。在修建沉淀池、反应池、再生池、清水池必须做好防水，防止水池渗透。