锅炉烟气除尘脱硫工程工艺设计论文
摘 要: 通过对比分析脱硫除尘工艺———湿法、半干法、干法和脱硫吸收器———喷淋塔、漩流板塔等, 确定了旋流板塔氧化镁湿法为山西某厂20.0 t 锅炉烟气除尘脱硫工程的工艺。该工艺投资少, 占地面积小, 运行费用低, 系统运行可靠性高, 除尘脱硫效率高, 完全达到了国家环保标准。
关键词: 旋流板塔; 氧化镁法; 湿法除尘脱硫
目前, 世界上烟气脱硫工艺有上百种, 但具有实用价值的工艺仅十几种。根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态可将其分为湿法、干法和半干法3 种。湿法脱硫工艺应用广泛, 占世界总量的85.0%, 其中氧化镁法技术成熟, 尤其对中、小锅炉烟气脱硫来说, 具有投资少, 占地面积小, 运行费用低等优点, 非常适合我国的国情。
采用湿法脱硫工艺, 要考虑吸收器的性能, 其性能的优劣直接影响烟气的脱硫效率、系统的运行费用等。旋流板塔吸收器具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点, 可以快速吸收烟尘, 具有很高的脱硫效率。
1 主要设计指标
1) 二氧化硫( SO2) 排放浓度<500mg/m3, 脱硫效率≥80.0%;
2) 烟尘排放浓度<150mg/m3, 除尘效率≥99.3%;
3) 烟气排放黑度低于林格曼黑度Ⅰ级;
4) 处理烟气量≥15000m3/h;
5) 处理设备阻力在800～1100 Pa之间, 并保证出口烟气不带水;
6) 出口烟气含湿量≤8.0%。
2 脱硫除尘工艺及脱硫吸收器比较选择
2.1 脱硫除尘工艺比较选择
脱硫除尘工艺比较选择如表1 所示
脱硫工艺湿法半干法干法石灰石石膏法钠法双碱法氧化镁法氨法海水法喷雾干燥炉内喷钙循环流化床等离子体脱硫效率/%90～9890～9890～9890～9890～9870～9070～8560～7560～90≥90可靠性高高高高一般高一般一般高高结垢易结垢不结垢不结垢不结垢不结垢不结垢易结垢易易不结垢堵塞堵塞堵塞不堵塞不堵塞不堵塞不堵塞堵塞堵塞堵塞不堵塞占地面积大小中小大中中中中中运行费用高很高一般低高低一般一般一般一般投资大小较小小大较小较小小较小大
通过对脱硫除尘工艺———湿法、半干法、干法的对比分析: 石灰石- 石膏法虽然工艺非常成熟,但投资大, 占地面积大, 不适合中、小锅炉。相比之下, 氧化镁法具有投资少、占地面积小、运行费用低等优点, 因此, 本方案选用氧化镁法脱硫工艺。
2.2 脱硫吸收器比较选择
脱硫吸收器的选择原则, 主要是看其液气接触条件、设备阻力以及吸收液循环量。脱硫吸收器比较选择如表2 所示。 吸收器类型持液量逆流接触防堵性能操作弹性设备阻力除尘性能喷淋塔低是中较好低差填料塔高是差较好中中湍球塔中是好中中较好筛板塔中是中中中较好旋流板塔高是好好低好 表2 吸收设备中: 喷淋塔液气比高, 水消耗量大; 筛板塔阻力较大, 防堵性能差; 填料塔防堵性能差, 易结垢、黏结、堵塞, 阻力也较大; 湍球塔气液接触面积虽然较大, 但易结垢堵塞, 阻力较大。相比之下, 旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点, 适用于快速吸收过程, 且具有很高的脱硫效率。因此, 选用旋流板塔脱硫除尘器。
3 脱硫除尘原理
3.1 氧化镁法脱硫原理
氧化镁法脱硫的主要原理: 在洗涤中采用含有MgO的浆液作脱硫剂, MgO被转变为亚硫酸镁(MgSO3) 和硫酸镁(MgSO4) , 然后将硫从溶液中脱除。氧化镁法脱硫工艺有如下特点:
1) 氧化镁法脱硫工艺成熟, 目前日本、中国台湾应用较多, 国内近年有一些项目也开始应用。
2) 脱硫效率在90.0%～95.0%之间。
3) 脱除等量的SO2, MgO 的消耗量仅为CaCO3 的40.0%。
4) 要达到90.0%的脱硫效率, 液气比在3～5L/m3之间, 而石灰石-石膏工艺一般要在10～15L/m3之间。
5) 我国MgO储量约80亿t, 居世界首位, 生产量居世界第一。
3.2 旋流板塔吸收器脱硫除尘原理
来自锅炉的含尘烟气首先进入文丘里管, 进行初级喷雾降尘脱硫处理, 而后以15～22m/s 的流速切向进入旋流板塔筒体, 首先通过离心力的作用,烟气中的大颗粒被甩向塔壁, 并被自上而下流动的吸收液捕集。当烟气高速通过旋流塔板时, 叶片上的吸收液被吹成很小的雾滴, 尘粒、吸收液和雾滴相互之间在碰撞、拦截、布朗运动等机理的作用下, 粒子间发生碰撞, 粒径不断增大。同时高温烟气向液体传热时, 尘粒被降温, 使水汽凝结在粒子表面, 粒子质量也随之增大, 在旋流塔板的导向作用下, 旋转运动加剧, 产生强大的'离心力, 粉尘很容易从烟气中脱离出来被甩向塔壁, 在重力作用下流向塔底, 实现气固分离。
对于烟气中那些微细尘粒, 在通过一级塔板后不可能全部被捕集, 还有一定数量的尘粒逸出, 当其通过多层塔板后, 微细尘粒凝并, 质量不断增大后被捕集、分离, 从而达到最佳除尘效果。
4 脱硫除尘工艺设计
4.1 主要设计参数
主要设计参数: 处理烟气量15000 m3/h; 烟气 温度150～160 ℃; 脱硫除尘塔入口烟温150～160 ℃;脱硫除尘塔出口烟温55 ℃; 脱硫塔入口烟气SO2 浓度2500mg/m3 ( 计算值) ; 脱硫效率>83.0% ( 设计值) ; 脱硫剂氧化镁粉>200目, 纯度>90.0%; 液气比2～3 L/m3; 脱硫剂耗量14kg/h (max) ; 脱硫剂浆液浓度10.0%; 吸收塔入口烟气粉尘浓度22g/m3( 计算值) ; 除尘效率99.3% ( 设计值) 。
4.2 脱硫除尘工艺设计说明
烟气脱硫除尘工艺可分为脱硫剂配制系统、烟气脱硫除尘系统和循环水系统三大部分。
每台锅炉配备1台旋流板塔, 锅炉烟气从烟道切向进入文丘里而后高速进入主塔底部, 在塔内螺旋上升中与沿塔下流的脱硫液接触, 进行脱硫除尘, 经脱水板除雾后, 由引风机抽出排空。
脱硫液从旋流板塔上部进入, 在旋流板上被气流吹散, 进行气液两相的接触, 完成脱硫除尘器后从塔底流出, 通过明渠流到综合循环池。
4.3 脱硫剂制备系统工艺流程设计说明
脱硫剂MgO乳液的制备系统主要由灰斗、螺旋给料机、乳液贮槽、搅拌机、乳液泵等组成。
4.4 脱硫除尘工艺设备设计说明
1) 文丘里管: 文丘里管由满缩管、吼管和扩张管三部分组成。
2) 旋流板塔: 脱硫除尘塔( 旋流板塔) 塔体采用麻石砌筑, 主塔平台、支架、梯子等为碳钢,塔内件包括喷头、旋流板、脱水器、检修孔、支架、接管, 这些物件均采用316L不锈钢材质, 以确保整套装置的使用寿命。
设备外径为2540 mm ( 塔壁厚220mm) , 高度为17000mm。
3) 副塔: 塔体采用麻石砌筑, 主塔平台、支架、梯子等为碳钢, 塔内包括一层脱水器, 增加脱水效果。
设备外径为2000mm ( 塔壁厚200mm) , 高度为17000mm。
4.5 废水处理系统
脱硫废水产生量较小, 约0.5t/h, pH 在6～7 之间, 主要含SO3, MgSO4和固体悬浮物等, 建议将其汇入工厂原有沉淀池污水处理系统一并处理。
4.6 烟气排放分析
经湿法脱硫洗涤净化后的冷烟气经脱水器脱水后, 温度降至露点以下, 通常为50～60 ℃, 所含水蒸气已近饱和, 极易结露, 对后续烟道腐蚀性较大, 采用蒸汽再热器提高烟气扩散温度( ≥80 ℃)后经烟囱排放。
通过对锅炉烟气污染物净化, 最终排放烟气中污染物浓度预计为: 烟尘≤140mg/m3, SO2≤450mg/m3。
5 投资估算和经济分析
1) 工程主要费用: 46.01万元。
2) 运行费用: 按月运行720h ( 30d×24h/d) ,电费0.6 元/度, 水费1.62 元/t, MgO450 元/t 计,职工月工资按800 元/人计, 各项运行费用合计0.69 万元/月。
3) 效益: 环境效益, 每月减少烟尘排放472.0t, SO2排放45.4 t; 综合社会效益, 按国内外资料统计, 以每排放1.0 t SO2引起综合经济损失500元计, 每月可减少综合经济损失2.27 万元; 企业效益, 节支增收合计每月25.86 万元。
6 结论
1) 旋流板塔氧化镁湿法除尘脱硫工艺通过工程实例证明, 其系统运行可靠性高, 除尘脱硫效率高,完全达到了国家环保标准, 在技术上是完全可靠的。
2) 旋流板塔氧化镁湿法除尘脱硫技术投资少,占地面积小, 运行费用低, 非常适合我国的国情。
3) 旋流板塔氧化镁湿法除尘脱硫技术不但在技术和经济上是可行的, 而且经济效益和社会效益都非常显著。
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