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鍋爐煙氣除塵脫硫工程工藝設(shè)計(jì)論文
摘 要: 通過對(duì)比分析脫硫除塵工藝———濕法、半干法、干法和脫硫吸收器———噴淋塔、漩流板塔等, 確定了旋流板塔氧化鎂濕法為山西某廠20.0 t 鍋爐煙氣除塵脫硫工程的工藝。該工藝投資少, 占地面積小, 運(yùn)行費(fèi)用低, 系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高, 除塵脫硫效率高, 完全達(dá)到了國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞: 旋流板塔; 氧化鎂法; 濕法除塵脫硫
目前, 世界上煙氣脫硫工藝有上百種, 但具有實(shí)用價(jià)值的工藝僅十幾種。根據(jù)脫硫反應(yīng)物和脫硫產(chǎn)物的存在狀態(tài)可將其分為濕法、干法和半干法3 種。濕法脫硫工藝應(yīng)用廣泛, 占世界總量的85.0%, 其中氧化鎂法技術(shù)成熟, 尤其對(duì)中、小鍋爐煙氣脫硫來說, 具有投資少, 占地面積小, 運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn), 非常適合我國(guó)的國(guó)情。
采用濕法脫硫工藝, 要考慮吸收器的性能, 其性能的優(yōu)劣直接影響煙氣的脫硫效率、系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用等。旋流板塔吸收器具有負(fù)荷高、壓降低、不易堵、彈性好等優(yōu)點(diǎn), 可以快速吸收煙塵, 具有很高的脫硫效率。
1 主要設(shè)計(jì)指標(biāo)
1) 二氧化硫( SO2) 排放濃度<500mg/m3, 脫硫效率≥80.0%;
2) 煙塵排放濃度<150mg/m3, 除塵效率≥99.3%;
3) 煙氣排放黑度低于林格曼黑度Ⅰ級(jí);
4) 處理煙氣量≥15000m3/h;
5) 處理設(shè)備阻力在800～1100 Pa之間, 并保證出口煙氣不帶水;
6) 出口煙氣含濕量≤8.0%。
2 脫硫除塵工藝及脫硫吸收器比較選擇
2.1 脫硫除塵工藝比較選擇
脫硫除塵工藝比較選擇如表1 所示
脫硫工藝濕法半干法干法石灰石石膏法鈉法雙堿法氧化鎂法氨法海水法噴霧干燥爐內(nèi)噴鈣循環(huán)流化床等離子體脫硫效率/%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結(jié)垢易結(jié)垢不結(jié)垢不結(jié)垢不結(jié)垢不結(jié)垢不結(jié)垢易結(jié)垢易易不結(jié)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積大小中小大中中中中中運(yùn)行費(fèi)用高很高一般低高低一般一般一般一般投資大小較小小大較小較小小較小大
通過對(duì)脫硫除塵工藝———濕法、半干法、干法的對(duì)比分析: 石灰石- 石膏法雖然工藝非常成熟,但投資大, 占地面積大, 不適合中、小鍋爐。相比之下, 氧化鎂法具有投資少、占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn), 因此, 本方案選用氧化鎂法脫硫工藝。
2.2 脫硫吸收器比較選擇
脫硫吸收器的選擇原則, 主要是看其液氣接觸條件、設(shè)備阻力以及吸收液循環(huán)量。脫硫吸收器比較選擇如表2 所示。 吸收器類型持液量逆流接觸防堵性能操作彈性設(shè)備阻力除塵性能噴淋塔低是中較好低差填料塔高是差較好中中湍球塔中是好中中較好篩板塔中是中中中較好旋流板塔高是好好低好 表2 吸收設(shè)備中: 噴淋塔液氣比高, 水消耗量大; 篩板塔阻力較大, 防堵性能差; 填料塔防堵性能差, 易結(jié)垢、黏結(jié)、堵塞, 阻力也較大; 湍球塔氣液接觸面積雖然較大, 但易結(jié)垢堵塞, 阻力較大。相比之下, 旋流板塔具有負(fù)荷高、壓降低、不易堵、彈性好等優(yōu)點(diǎn), 適用于快速吸收過程, 且具有很高的脫硫效率。因此, 選用旋流板塔脫硫除塵器。
3 脫硫除塵原理
3.1 氧化鎂法脫硫原理
氧化鎂法脫硫的主要原理: 在洗滌中采用含有MgO的漿液作脫硫劑, MgO被轉(zhuǎn)變?yōu)閬喠蛩徭V(MgSO3) 和硫酸鎂(MgSO4) , 然后將硫從溶液中脫除。氧化鎂法脫硫工藝有如下特點(diǎn):
1) 氧化鎂法脫硫工藝成熟, 目前日本、中國(guó)臺(tái)灣應(yīng)用較多, 國(guó)內(nèi)近年有一些項(xiàng)目也開始應(yīng)用。
2) 脫硫效率在90.0%～95.0%之間。
3) 脫除等量的SO2, MgO 的消耗量?jī)H為CaCO3 的40.0%。
4) 要達(dá)到90.0%的脫硫效率, 液氣比在3～5L/m3之間, 而石灰石-石膏工藝一般要在10～15L/m3之間。
5) 我國(guó)MgO儲(chǔ)量約80億t, 居世界首位, 生產(chǎn)量居世界第一。
3.2 旋流板塔吸收器脫硫除塵原理
來自鍋爐的含塵煙氣首先進(jìn)入文丘里管, 進(jìn)行初級(jí)噴霧降塵脫硫處理, 而后以15～22m/s 的流速切向進(jìn)入旋流板塔筒體, 首先通過離心力的作用,煙氣中的大顆粒被甩向塔壁, 并被自上而下流動(dòng)的吸收液捕集。當(dāng)煙氣高速通過旋流塔板時(shí), 葉片上的吸收液被吹成很小的霧滴, 塵粒、吸收液和霧滴相互之間在碰撞、攔截、布朗運(yùn)動(dòng)等機(jī)理的作用下, 粒子間發(fā)生碰撞, 粒徑不斷增大。同時(shí)高溫?zé)煔庀蛞后w傳熱時(shí), 塵粒被降溫, 使水汽凝結(jié)在粒子表面, 粒子質(zhì)量也隨之增大, 在旋流塔板的導(dǎo)向作用下, 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加劇, 產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力, 粉塵很容易從煙氣中脫離出來被甩向塔壁, 在重力作用下流向塔底, 實(shí)現(xiàn)氣固分離。
對(duì)于煙氣中那些微細(xì)塵粒, 在通過一級(jí)塔板后不可能全部被捕集, 還有一定數(shù)量的塵粒逸出, 當(dāng)其通過多層塔板后, 微細(xì)塵粒凝并, 質(zhì)量不斷增大后被捕集、分離, 從而達(dá)到最佳除塵效果。
4 脫硫除塵工藝設(shè)計(jì)
4.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
主要設(shè)計(jì)參數(shù): 處理煙氣量15000 m3/h; 煙氣 溫度150～160 ℃; 脫硫除塵塔入口煙溫150～160 ℃;脫硫除塵塔出口煙溫55 ℃; 脫硫塔入口煙氣SO2 濃度2500mg/m3 ( 計(jì)算值) ; 脫硫效率>83.0% ( 設(shè)計(jì)值) ; 脫硫劑氧化鎂粉>200目, 純度>90.0%; 液氣比2～3 L/m3; 脫硫劑耗量14kg/h (max) ; 脫硫劑漿液濃度10.0%; 吸收塔入口煙氣粉塵濃度22g/m3( 計(jì)算值) ; 除塵效率99.3% ( 設(shè)計(jì)值) 。
4.2 脫硫除塵工藝設(shè)計(jì)說明
煙氣脫硫除塵工藝可分為脫硫劑配制系統(tǒng)、煙氣脫硫除塵系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)三大部分。
每臺(tái)鍋爐配備1臺(tái)旋流板塔, 鍋爐煙氣從煙道切向進(jìn)入文丘里而后高速進(jìn)入主塔底部, 在塔內(nèi)螺旋上升中與沿塔下流的脫硫液接觸, 進(jìn)行脫硫除塵, 經(jīng)脫水板除霧后, 由引風(fēng)機(jī)抽出排空。
脫硫液從旋流板塔上部進(jìn)入, 在旋流板上被氣流吹散, 進(jìn)行氣液兩相的接觸, 完成脫硫除塵器后從塔底流出, 通過明渠流到綜合循環(huán)池。
4.3 脫硫劑制備系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)說明
脫硫劑MgO乳液的制備系統(tǒng)主要由灰斗、螺旋給料機(jī)、乳液貯槽、攪拌機(jī)、乳液泵等組成。
4.4 脫硫除塵工藝設(shè)備設(shè)計(jì)說明
1) 文丘里管: 文丘里管由滿縮管、吼管和擴(kuò)張管三部分組成。
2) 旋流板塔: 脫硫除塵塔( 旋流板塔) 塔體采用麻石砌筑, 主塔平臺(tái)、支架、梯子等為碳鋼,塔內(nèi)件包括噴頭、旋流板、脫水器、檢修孔、支架、接管, 這些物件均采用316L不銹鋼材質(zhì), 以確保整套裝置的使用壽命。
設(shè)備外徑為2540 mm ( 塔壁厚220mm) , 高度為17000mm。
3) 副塔: 塔體采用麻石砌筑, 主塔平臺(tái)、支架、梯子等為碳鋼, 塔內(nèi)包括一層脫水器, 增加脫水效果。
設(shè)備外徑為2000mm ( 塔壁厚200mm) , 高度為17000mm。
4.5 廢水處理系統(tǒng)
脫硫廢水產(chǎn)生量較小, 約0.5t/h, pH 在6～7 之間, 主要含SO3, MgSO4和固體懸浮物等, 建議將其匯入工廠原有沉淀池污水處理系統(tǒng)一并處理。
4.6 煙氣排放分析
經(jīng)濕法脫硫洗滌凈化后的冷煙氣經(jīng)脫水器脫水后, 溫度降至露點(diǎn)以下, 通常為50～60 ℃, 所含水蒸氣已近飽和, 極易結(jié)露, 對(duì)后續(xù)煙道腐蝕性較大, 采用蒸汽再熱器提高煙氣擴(kuò)散溫度( ≥80 ℃)后經(jīng)煙囪排放。
通過對(duì)鍋爐煙氣污染物凈化, 最終排放煙氣中污染物濃度預(yù)計(jì)為: 煙塵≤140mg/m3, SO2≤450mg/m3。
5 投資估算和經(jīng)濟(jì)分析
1) 工程主要費(fèi)用: 46.01萬元。
2) 運(yùn)行費(fèi)用: 按月運(yùn)行720h ( 30d×24h/d) ,電費(fèi)0.6 元/度, 水費(fèi)1.62 元/t, MgO450 元/t 計(jì),職工月工資按800 元/人計(jì), 各項(xiàng)運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)0.69 萬元/月。
3) 效益: 環(huán)境效益, 每月減少煙塵排放472.0t, SO2排放45.4 t; 綜合社會(huì)效益, 按國(guó)內(nèi)外資料統(tǒng)計(jì), 以每排放1.0 t SO2引起綜合經(jīng)濟(jì)損失500元計(jì), 每月可減少綜合經(jīng)濟(jì)損失2.27 萬元; 企業(yè)效益, 節(jié)支增收合計(jì)每月25.86 萬元。
6 結(jié)論
1) 旋流板塔氧化鎂濕法除塵脫硫工藝通過工程實(shí)例證明, 其系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高, 除塵脫硫效率高,完全達(dá)到了國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn), 在技術(shù)上是完全可靠的。
2) 旋流板塔氧化鎂濕法除塵脫硫技術(shù)投資少,占地面積小, 運(yùn)行費(fèi)用低, 非常適合我國(guó)的國(guó)情。
3) 旋流板塔氧化鎂濕法除塵脫硫技術(shù)不但在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是可行的, 而且經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都非常顯著。
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