煙氣脫硫工程設計方案
2009年7月
目錄
第一章概述(1)
1.1設計基礎(1)
1.2設計參數(1)
1.3設計指標(1)
1.4設計原則(1)
1.5設計范圍(二)
1.6技術標準和規范(2)
第二章脫硫工藝概述(4)
2.1脫硫技術現狀(4)
2.2流程選擇(5)
2.3該技術的主要優勢(9)
2.4材料消耗(10)
第三章脫硫工程內容(13)
3.1脫硫劑制備系統(12)
3.2煙氣系統(12)
3.3所以
該吸收系統(13)
2
3.4脫硫液循環和脫硫渣處理系統(15)
3.5消防和供水(17)
3.6漿液管道布置及配管(17)
3.7電氣系統(17)
3.8項目主要設備及構筑物投資估算(18)
第四章項目實施和進度(19)
4.1項目實施條件(19)
4.2項目協作(19)
4.3項目實施時間表(19)
第五章效益評價和投資收益(20)
5.1運營成本估算系統(21)
5.2經濟效益評價(21)
5.3環境和社會效益(21)
第六章結論(22)
6.1主要技術經濟指標匯總(22)
6.2結論(22)
第七章售后服務(23)
圖1脫硫系統工藝流程圖24
第一章概述
1.1設計基礎
參照廠家提供的相關技術資料和要求，嚴格按照所有相關設計規范和標準，制定本方案:
《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271-2001；；
制造商提供的技術投標文件；
相關國家標準和規范。
1.2設計參數
本項目的設計參數主要基于招標文件中的具體參數。具體參數見表1-1。
表1-1煙氣參數
1.3設計指標
設計指標嚴格按照國家統一標準、治理標準和業主招標文件的要求，設計參數如下表1-2所示。
表1-2設計指標
1.4設計原則
認真貫徹國家環境保護方針政策，嚴格遵守國家相關法律、法規和標準。
在選擇先進可靠的脫硫技術保證高脫硫效率的前提下，強調系統的安全性和穩定性，降低系統運行成本。
充分結合廠家現有的客觀條件，因地制宜，制定有針對性的技術方案。
系統布局應緊湊、合理、美觀，實現功能分區，便于操作和管理。
設計采用鈉鈣雙堿脫硫工藝，技術成熟，脫硫效率高，運行安全可靠，操作簡便。
采用一爐一塔的模式，吸收塔采用噴淋塔。每套脫硫裝置的煙氣處理能力為BMCR工況下鍋爐煙氣量的40% ~ 110%；
脫硫系統設有100%煙氣旁路，可保證脫硫裝置不會對現有鍋爐機組產生負面影響，提高系統的穩定性；
煙氣脫硫裝置的可利用率保證值不低于95%；脫硫設備年利用小時數按8000小時考慮；
煙氣脫硫系統有應對緊急停車的有效措施；
煙氣脫硫系統能適應鍋爐啟停，并能適應鍋爐運行和負荷變化；
煙氣脫硫系統便于日常檢查、正常維護、保養和年度檢修。
1.5設計范圍
本設計范圍包括煙氣脫硫系統工藝、系統結構、電氣等專業的設計，工程設計范圍:鍋爐出口與煙囪入口前水平煙道接口之間的脫硫裝置及相應的附屬設施。包括:
脫硫劑制備系統
煙氣系統
SO2吸收系統
脫硫液再生循環系統和脫硫渣處理系統
電氣控制系統
1.6技術標準和規范
(1)保護標準
GB13223-2003火電廠大氣污染物排放標準
GB3095-1996環境空氣質量標準(二級標準)
Gb3096-93城市區域噪聲標準
(2)材料
GB 699-88《優質碳素結構鋼技術條件》
GB 711-85《優質碳素結構鋼熱軋厚鋼板技術條件》
GB 710-88優質碳素結構鋼薄鋼板和鋼帶技術條件
Gb3087-82碳鋼焊條技術條件
(3)設備標準
JB 1620-83鍋爐鋼結構制造技術條件
GB150-1998鋼制壓力容器
JB 1615-83鍋爐涂漆和包裝技術條件
Gb17-91鋼結構設計規范
(4)安裝和調試
DL 5031-94《電力建設(管道)施工及驗收技術規范》
DL 5007-92電力建設施工及驗收技術規范(火力發電廠焊接)SDJ 279-90電離建設(熱工儀表及控制裝置)施工及驗收技術規范GB 50205-95鋼結構施工及驗收技術規范
TJ231 (I)-75機械設備安裝工程施工及驗收技術規范(I)
TJ231 (IV)-75機械設備安裝工程施工及驗收技術規范(IV)
TJ231 (V)-75機械設備安裝工程施工及驗收技術規范(V)
TJ231(六)-75機械設備安裝工程施工及驗收技術規范(六)
Gb50221-95鋼結構工程質量檢驗評定標準
Gb93-86《工業自動化儀表工程施工及驗收規范》
Gb131-90自動化儀表安裝工程質量檢驗評定標準
Gb8566-88計算機控制軟件設計與編程規范
Gbj-235-82工業管道施工及驗收標準
Gb50254-96《低壓電氣裝置安裝工程施工及驗收規范》
GB50217-94《電力工程電纜設計規范》
GBJ232-82《電氣裝置安裝工程施工及驗收規范》
PL5000—94火力發電廠設計技術規范
NDGJ16-89《火力發電廠熱工自動化設計規定》
第二章脫硫工藝概述
2.1脫硫技術現狀
為了控制大氣中的二氧化硫，人類早在19世紀就開始進行相關研究，但脫硫技術的研究和應用始于20世紀50年代。經過多年的研究，已經開發了200多種二氧化硫控制技術。這些技術可分為:①燃燒前脫硫(如洗煤、微生物脫硫)；②燃燒脫硫(工業型煤固硫和爐內噴鈣)；③燃燒后的煙氣脫硫。FGD是目前世界上唯一大規模商業化的脫硫方法，是控制酸雨和二氧化硫污染的主要技術手段。
煙氣脫硫技術主要是利用各種堿性吸收劑或吸附劑捕集煙氣中的二氧化硫，將其轉化為相對穩定且易于機械分離的硫化合物或元素硫，從而達到脫硫的目的。FGD方法根據脫硫劑和脫硫產物的含水量可分為兩大類:①濕法，即用水或堿性溶液(或漿液)等液體吸收劑進行洗滌以脫除二氧化硫。(2)干法，使用粉末狀或顆粒狀吸收劑、吸附劑或催化劑去除二氧化硫。根據脫硫產物是否重復使用，可分為回收法和廢棄法。根據吸收劑吸收二氧化硫后的處理方法，可分為再生法和不再生法(廢棄法)。
2.1.1國外煙氣脫硫現狀
國外對煙氣脫硫的研究始于1850年。經過多年的發展，截至目前，世界上已有2500多套FGD裝置，總容量達20萬MW(以電廠的發電量為基準)。煙氣處理量為700Mm3/h，一年可去除近10Mt的二氧化硫。這些設備的90%在美國、日本和德國。
雖然各國開發了許多FGD方法，但是用于工業應用的方法只有有限的十幾種。其中濕洗法(包括丟棄法和石膏法)占裝置總數的73.4%，噴霧干燥法占裝置總數的17.7%，其他方法占9.3%。在美國的FGD系統中，廢棄法占大多數。濕法中，石灰/石灰石法占90%以上。可以看出，濕石灰/石灰石法在當今的FGD系統中占主導地位。
雖然各國在FGD方面都取得了很大的進展，但是運行成本相當驚人，各種方法都有其局限性。因此，許多研究人員仍在研究和開發更先進、更經濟的煙氣脫硫技術。
目前，產業化的主要技術有:
①濕石灰/石灰石-石膏法。該方法用石灰或石灰石漿液吸收煙氣中的SO2，生成半水亞硫酸鈣或再氧化成石膏。其技術成熟，脫硫效率穩定，達到90%以上，是目前國內外的主要方法。
②噴霧干燥法。該方法以石灰乳為吸收劑，噴入脫硫塔。脫硫干燥后，作為粉末狀脫硫渣排出。屬于半干法脫硫，脫硫效率在85%左右。投資低于濕式石灰石-石膏法。目前主要在美國使用。
③吸收再生法主要有氨法、氧化鎂法、雙堿法和W-L法。脫硫效率可達95%左右，技術成熟。
④爐內噴鈣——增濕活化脫硫法這種方法是將粉狀鈣脫硫劑(石灰石)直接噴入燃燒鍋爐爐膛的脫硫技術。適用于中低硫燃煤鍋爐，脫硫效率在85%左右。
2.1.2國內煙氣脫硫現狀
早在1950年，我國的煙氣脫硫技術就在硫酸工業和有色冶金工業中開展。電廠鍋爐燃燒產生的煙氣脫硫技術始于20世紀70年代，在“六五”至“九五”期間取得了很大進展。60多個大學、科研和生產單位對各種脫硫工藝進行了實驗研究。
雖然我國對煙氣脫硫系統的研究起步很早，涉及范圍也很廣，但大多數技術僅停留在小規模或中試階段，遠未達到大規模工業應用的水平。而投資巨大的示范工程，設備先進，運行穩定，但投資巨大，運行成本相當高。因此，加快對國外先進技術的消化吸收，使之國產化、低成本化，是當前一項重要而艱巨的任務。下表列出了一些從中國進口的FGD設備。近年來，中國加大了對煙氣脫硫技術研究的投入。“八五”和“九五”期間，確立了重大項目支持這項研究，取得了可喜的成果。其中，旋流板塔脫硫技術就是在這一時期研發和發展起來的。
鈉鈣雙堿法是常用的脫硫方法之一，在國外(如日本、美國)已大規模成功應用。日本和美國至少有50套雙堿脫硫裝置，已成功應用于電站和工業鍋爐。比較大的是美國的中央伊利諾伊公共服務，Newtow 1 #，575 MW。
2.2流程選擇
目前，濕法石灰石-石膏法是國內外應用最廣泛的脫硫技術。但該技術工程投資和運行成本高，設備和管道系統容易磨損和堵塞。
雙堿法用可溶性堿性清液作為吸收劑吸收SO2，然后用石灰乳或石灰再生吸收液。因為吸收和吸收液處理用的堿種類不同，所以稱為雙堿法。鈉鈣雙堿法用碳酸鈉或氫氧化鈉溶液作為第一堿吸收煙氣中的SO2，然后用石灰或熟石灰作為第二堿處理吸收液，再生后的吸收液送回吸收塔循環使用。由于采用鈉堿液作為吸收液，不存在結垢和淤漿堵塞問題，鈉鹽的吸收率高于鈣鹽。
速度快，所需液氣比低得多，還能節省功耗。
因此，本項目采用鈉鈣雙堿脫硫工藝。
2.2.1鈉鈣雙堿法的反應原理
該方法用Na 2CO 3或NaOH溶液吸收煙氣中的SO 2，生成HSO 32-、SO 32-和SO 42-。反應方程式如下:
一、脫硫工藝
↑+?+232232 CO SO Na SO CO Na(1)O H SO Na SO NaOH 23222+？+(2)322322 nah SO O H SO Na？+(3)式中:式(1)為Na 2CO 3溶液在啟動階段吸收SO 2的反應；
當再生溶液的pH值較高(高于9)時，式(2)是溶液吸收SO 2的主要反應；當溶液的pH值較低(5~9)時，式(3)是主要反應。二。氧化過程(副反應)
四
223221
如此這般？+ (4) 4
2321
NaHSO O NaHSO？+ (5)
第三，再生過程
O H NaOH CaSO OH Ca NaHSO 2323)(2++↓？+ (6) ()↓+?+3232硫酸鈣氫氧化鈉氫氧化鈣硫酸鈉(7)
式(6)是第一反應再生反應，式(7)是再生至pH > 9后繼續的主要反應。
本項目選用鈉鈣雙堿法脫硫工藝，以石灰為主脫硫劑，鈉堿為輔助脫硫劑。由于吸收過程中采用鈉堿作為吸收液，脫硫系統不會出現結垢等問題，運行安全可靠。此外，由于鈉堿吸收液與二氧化硫的反應速率比鈣堿快得多，所以在液氣比較小的情況下也能達到較高的二氧化硫脫除率。
2.2.2低阻高效噴霧脫硫工藝
噴淋塔也叫噴霧塔，在吸收塔的上部布置幾層噴嘴，通過噴嘴噴射脫硫劑。
形成液霧，液滴與煙氣充分接觸完成傳質過程。空噴吸收塔主體為矩形塔，塔內裝有多個高效噴嘴和高效除霧裝置。漿液由吸收塔內的高效霧化噴嘴霧化，霧化覆蓋面積可達200%，形成良好的氣液接觸反應界面。煙氣進入塔內后，在塔內勻速上升，與霧化噴淋液充分高效混合，脫除SO2等酸性氣體。根據煤的含硫量和脫硫效率，脫硫塔內一般布置幾層噴嘴。噴嘴形式和噴霧壓力對霧滴直徑有明顯影響。減小液滴直徑可以增加傳質表面積，延長液滴在塔內的停留時間，對脫硫效率有積極作用。液滴在塔內的停留時間與液滴直徑、噴嘴出口速度和煙氣流向有關。當帶有霧點的煙氣上升到高效除霧器時，氣液兩次接觸吸收，同時被除霧器有效分離，避免了煙氣夾帶，最大限度地減少了煙氣帶水現象。
空氣塔噴淋煙氣洗滌技術是目前國內外最先進、最流行的空氣塔噴淋技術。
1.空塔噴淋是由大型石灰石-石膏法演變而來的噴淋塔，脫硫效率高，最高可達95%；
2.操作彈性大，對煤種變化的適應性強。4%以下的硫含量可以保證二氧化硫排放濃度，在110%以下的鍋爐工況下可以正常，等等；
3、系統阻力小，運行成本低，重量是大濕法的十分之一；
4.采用進口除霧技術，保證煙氣水分符合要求；
5.不存在堵塞問題；
6、設備利用率高，能保證與鍋爐同步運行達到100%以上；
7.空塔的投資和其他塔形差不多；
8.操作維護簡單，穩定性是其他塔的三到五倍。
除霧器可安裝在吸收塔的上部，以分離干凈煙氣中夾帶的霧滴。除霧器出口煙氣濕度不大于75mg/Nm3，分兩級布置在脫硫塔上部。設置兩級四通道平板除霧器，一級用于粗除霧，一級用于精除霧。
除霧器的類型可以保證其高可用性和良好的除滴效果，保證脫硫后的煙氣以一定的流量均勻通過除霧器，防止二次攜帶和堵塞除霧器。
除霧器系統的設計考慮了FGD裝置入口飛灰濃度的影響。該系統還包括用于去除除霧器沉積物的沖洗和排水系統。在操作過程中，根據給定或可變的程序，可以進行自動沖洗或手動沖洗。設計了合理的洗滌時間和水量，既能洗干凈又能去除水分
霧，并防止二次攜帶的產生。
位于下方的第一個除霧器是一個葉片間隙略大的大型液滴分離器，用于分離上升煙氣攜帶的較大液滴。頂部的第二個除霧器是一個葉片間距較小的細液滴分離器，用于分離上升煙氣中的微小漿滴和除霧器的洗滌水滴。當煙氣流經除霧器時，液滴由于慣性停留在擋板上。因為被捕獲的液滴也包含固體物質，所以存在擋板上結垢的風險。同時，為了保證煙氣通過除霧器時產生的壓降不超過設定值，需要定期進行在線清洗。因此，包括噴嘴系統在內的清潔設備被設置為定期運行。沖洗介質是工業用水。
沖洗噴嘴布置在第一除霧器的上方和下方以及第二除霧器的下方。正常運行時，下除霧器的底部和頂部以及上除霧器的底部會根據程序依次自動清洗各個區域。每層除霧器的沖洗頻率可根據煙氣負荷和除霧器兩端壓差自動調節。
沖洗水由除霧器沖洗水泵提供，也用于補充吸收塔內水的蒸發損失。
2.2.3脫硫系統組成
脫硫系統的工藝流程圖和布置見附圖1和附圖2。
整個過程包括五個部分:
(1)脫硫劑制備系統
成品石灰(粒徑小于10 mm (100%)的粉狀石灰)運至工廠后人工加入石灰消化罐進行消化，消化后的石灰漿流入再生罐進行脫硫液再生反應。
鈉由運輸車送入鈉堿池，在池內與工藝水混合，直至達到所需濃度，然后流入再生池。
(2)煙氣系統
從鍋爐出來后，熱煙氣進入吸收塔，向上流經噴淋層，在此煙氣被冷卻到飽和溫度，煙氣中的SO2等污染物被脫硫溶液吸收。噴淋洗滌后，飽和煙氣通過煙道，經引風機進入煙囪，經除霧器除霧后排出。
鍋爐出口至脫硫塔入口的連接煙道采用A3鋼，并按要求設置膨脹節。連接煙道上設有擋板系統，便于事故情況下煙氣脫硫系統的旁路運行。采用手動擋板閥，包括脫硫裝置的一個入口擋板、一個旁路擋板和一個出口擋板。正常運行期間，入口擋板和出口擋板打開，旁路擋板關閉。故障時，打開煙氣旁路擋板，關閉入口擋板和出口擋板，煙氣將通過旁路煙道繞過煙氣脫硫系統，直接排入煙囪。
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