烟气脱硫工程设计方案

2009年7月

目录

第一章概述(1)

1.1设计基础(1)

1.2设计参数(1)

1.3设计指标(1)

1.4设计原则(1)

1.5设计范围(二)

1.6技术标准和规范(2)

第二章脱硫工艺概述(4)

2.1脱硫技术现状(4)

2.2流程选择(5)

2.3该技术的主要优势(9)

2.4材料消耗(10)

第三章脱硫工程内容(13)

3.1脱硫剂制备系统(12)

3.2烟气系统(12)

3.3所以

该吸收系统(13)

2

3.4脱硫液循环和脱硫渣处理系统(15)

3.5消防和供水(17)

3.6浆液管道布置及配管(17)

3.7电气系统(17)

3.8项目主要设备及构筑物投资估算(18)

第四章项目实施和进度(19)

4.1项目实施条件(19)

4.2项目协作(19)

4.3项目实施时间表(19)

第五章效益评价和投资收益(20)

5.1运营成本估算系统(21)

5.2经济效益评价(21)

5.3环境和社会效益(21)

第六章结论(22)

6.1主要技术经济指标汇总(22)

6.2结论(22)

第七章售后服务(23)

图1脱硫系统工艺流程图24

第一章概述

1.1设计基础

参照厂家提供的相关技术资料和要求，严格按照所有相关设计规范和标准，制定本方案:

《锅炉大气污染物排放标准》GB 13271-2001；；

制造商提供的技术投标文件；

相关国家标准和规范。

1.2设计参数

本项目的设计参数主要基于招标文件中的具体参数。具体参数见表1-1。

表1-1烟气参数

1.3设计指标

设计指标严格按照国家统一标准、治理标准和业主招标文件的要求，设计参数如下表1-2所示。

表1-2设计指标

1.4设计原则

认真贯彻国家环境保护方针政策，严格遵守国家相关法律、法规和标准。

在选择先进可靠的脱硫技术保证高脱硫效率的前提下，强调系统的安全性和稳定性，降低系统运行成本。

充分结合厂家现有的客观条件，因地制宜，制定有针对性的技术方案。

系统布局应紧凑、合理、美观，实现功能分区，便于操作和管理。

设计采用钠钙双碱脱硫工艺，技术成熟，脱硫效率高，运行安全可靠，操作简便。

采用一炉一塔的模式，吸收塔采用喷淋塔。每套脱硫装置的烟气处理能力为BMCR工况下锅炉烟气量的40% ~ 110%；

脱硫系统设有100%烟气旁路，可保证脱硫装置不会对现有锅炉机组产生负面影响，提高系统的稳定性；

烟气脱硫装置的可利用率保证值不低于95%；脱硫设备年利用小时数按8000小时考虑；

烟气脱硫系统有应对紧急停车的有效措施；

烟气脱硫系统能适应锅炉启停，并能适应锅炉运行和负荷变化；

烟气脱硫系统便于日常检查、正常维护、保养和年度检修。

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、电气等专业的设计，工程设计范围:锅炉出口与烟囱入口前水平烟道接口之间的脱硫装置及相应的附属设施。包括:

脱硫剂制备系统

烟气系统

SO2吸收系统

脱硫液再生循环系统和脱硫渣处理系统

电气控制系统

1.6技术标准和规范

(1)保护标准

GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准

GB3095-1996环境空气质量标准(二级标准)

Gb3096-93城市区域噪声标准

(2)材料

GB 699-88《优质碳素结构钢技术条件》

GB 711-85《优质碳素结构钢热轧厚钢板技术条件》

GB 710-88优质碳素结构钢薄钢板和钢带技术条件

Gb3087-82碳钢焊条技术条件

(3)设备标准

JB 1620-83锅炉钢结构制造技术条件

GB150-1998钢制压力容器

JB 1615-83锅炉涂漆和包装技术条件

Gb17-91钢结构设计规范

(4)安装和调试

DL 5031-94《电力建设(管道)施工及验收技术规范》

DL 5007-92电力建设施工及验收技术规范(火力发电厂焊接)SDJ 279-90电离建设(热工仪表及控制装置)施工及验收技术规范GB 50205-95钢结构施工及验收技术规范

TJ231 (I)-75机械设备安装工程施工及验收技术规范(I)

TJ231 (IV)-75机械设备安装工程施工及验收技术规范(IV)

TJ231 (V)-75机械设备安装工程施工及验收技术规范(V)

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

Gb93-86《工业自动化仪表工程施工及验收规范》

Gb131-90自动化仪表安装工程质量检验评定标准

Gb8566-88计算机控制软件设计与编程规范

Gbj-235-82工业管道施工及验收标准

Gb50254-96《低压电气装置安装工程施工及验收规范》

GB50217-94《电力工程电缆设计规范》

GBJ232-82《电气装置安装工程施工及验收规范》

PL5000—94火力发电厂设计技术规范

NDGJ16-89《火力发电厂热工自动化设计规定》

第二章脱硫工艺概述

2.1脱硫技术现状

为了控制大气中的二氧化硫，人类早在19世纪就开始进行相关研究，但脱硫技术的研究和应用始于20世纪50年代。经过多年的研究，已经开发了200多种二氧化硫控制技术。这些技术可分为:①燃烧前脱硫(如洗煤、微生物脱硫)；②燃烧脱硫(工业型煤固硫和炉内喷钙)；③燃烧后的烟气脱硫。FGD是目前世界上唯一大规模商业化的脱硫方法，是控制酸雨和二氧化硫污染的主要技术手段。

烟气脱硫技术主要是利用各种碱性吸收剂或吸附剂捕集烟气中的二氧化硫，将其转化为相对稳定且易于机械分离的硫化合物或元素硫，从而达到脱硫的目的。FGD方法根据脱硫剂和脱硫产物的含水量可分为两大类:①湿法，即用水或碱性溶液(或浆液)等液体吸收剂进行洗涤以脱除二氧化硫。(2)干法，使用粉末状或颗粒状吸收剂、吸附剂或催化剂去除二氧化硫。根据脱硫产物是否重复使用，可分为回收法和废弃法。根据吸收剂吸收二氧化硫后的处理方法，可分为再生法和不再生法(废弃法)。

2.1.1国外烟气脱硫现状

国外对烟气脱硫的研究始于1850年。经过多年的发展，截至目前，世界上已有2500多套FGD装置，总容量达20万MW(以电厂的发电量为基准)。烟气处理量为700Mm3/h，一年可去除近10Mt的二氧化硫。这些设备的90%在美国、日本和德国。

虽然各国开发了许多FGD方法，但是用于工业应用的方法只有有限的十几种。其中湿洗法(包括丢弃法和石膏法)占装置总数的73.4%，喷雾干燥法占装置总数的17.7%，其他方法占9.3%。在美国的FGD系统中，废弃法占大多数。湿法中，石灰/石灰石法占90%以上。可以看出，湿石灰/石灰石法在当今的FGD系统中占主导地位。

虽然各国在FGD方面都取得了很大的进展，但是运行成本相当惊人，各种方法都有其局限性。因此，许多研究人员仍在研究和开发更先进、更经济的烟气脱硫技术。

目前，产业化的主要技术有:

①湿石灰/石灰石-石膏法。该方法用石灰或石灰石浆液吸收烟气中的SO2，生成半水亚硫酸钙或再氧化成石膏。其技术成熟，脱硫效率稳定，达到90%以上，是目前国内外的主要方法。

②喷雾干燥法。该方法以石灰乳为吸收剂，喷入脱硫塔。脱硫干燥后，作为粉末状脱硫渣排出。属于半干法脱硫，脱硫效率在85%左右。投资低于湿式石灰石-石膏法。目前主要在美国使用。

③吸收再生法主要有氨法、氧化镁法、双碱法和W-L法。脱硫效率可达95%左右，技术成熟。

④炉内喷钙——增湿活化脱硫法这种方法是将粉状钙脱硫剂(石灰石)直接喷入燃烧锅炉炉膛的脱硫技术。适用于中低硫燃煤锅炉，脱硫效率在85%左右。

2.1.2国内烟气脱硫现状

早在1950年，我国的烟气脱硫技术就在硫酸工业和有色冶金工业中开展。电厂锅炉燃烧产生的烟气脱硫技术始于20世纪70年代，在“六五”至“九五”期间取得了很大进展。60多个大学、科研和生产单位对各种脱硫工艺进行了实验研究。

虽然我国对烟气脱硫系统的研究起步很早，涉及范围也很广，但大多数技术仅停留在小规模或中试阶段，远未达到大规模工业应用的水平。而投资巨大的示范工程，设备先进，运行稳定，但投资巨大，运行成本相当高。因此，加快对国外先进技术的消化吸收，使之国产化、低成本化，是当前一项重要而艰巨的任务。下表列出了一些从中国进口的FGD设备。近年来，中国加大了对烟气脱硫技术研究的投入。“八五”和“九五”期间，确立了重大项目支持这项研究，取得了可喜的成果。其中，旋流板塔脱硫技术就是在这一时期研发和发展起来的。

钠钙双碱法是常用的脱硫方法之一，在国外(如日本、美国)已大规模成功应用。日本和美国至少有50套双碱脱硫装置，已成功应用于电站和工业锅炉。比较大的是美国的中央伊利诺伊公共服务，Newtow 1 #，575 MW。

2.2流程选择

目前，湿法石灰石-石膏法是国内外应用最广泛的脱硫技术。但该技术工程投资和运行成本高，设备和管道系统容易磨损和堵塞。

双碱法用可溶性碱性清液作为吸收剂吸收SO2，然后用石灰乳或石灰再生吸收液。因为吸收和吸收液处理用的碱种类不同，所以称为双碱法。钠钙双碱法用碳酸钠或氢氧化钠溶液作为第一碱吸收烟气中的SO2，然后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，不存在结垢和淤浆堵塞问题，钠盐的吸收率高于钙盐。

速度快，所需液气比低得多，还能节省功耗。

因此，本项目采用钠钙双碱脱硫工艺。

2.2.1钠钙双碱法的反应原理

该方法用Na 2CO 3或NaOH溶液吸收烟气中的SO 2，生成HSO 32-、SO 32-和SO 42-。反应方程式如下:

一、脱硫工艺

↑+?+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)为Na 2CO 3溶液在启动阶段吸收SO 2的反应；

当再生溶液的pH值较高(高于9)时，式(2)是溶液吸收SO 2的主要反应；当溶液的pH值较低(5~9)时，式(3)是主要反应。二。氧化过程(副反应)

四

223221

如此这般？+ (4) 4

2321

NaHSO O NaHSO？+ (5)

第三，再生过程

O H NaOH CaSO OH Ca NaHSO 2323)(2++↓？+ (6) ()↓+?+3232硫酸钙氢氧化钠氢氧化钙硫酸钠(7)

式(6)是第一反应再生反应，式(7)是再生至pH > 9后继续的主要反应。

本项目选用钠钙双碱法脱硫工艺，以石灰为主脱硫剂，钠碱为辅助脱硫剂。由于吸收过程中采用钠碱作为吸收液，脱硫系统不会出现结垢等问题，运行安全可靠。此外，由于钠碱吸收液与二氧化硫的反应速率比钙碱快得多，所以在液气比较小的情况下也能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

喷淋塔也叫喷雾塔，在吸收塔的上部布置几层喷嘴，通过喷嘴喷射脱硫剂。

形成液雾，液滴与烟气充分接触完成传质过程。空喷吸收塔主体为矩形塔，塔内装有多个高效喷嘴和高效除雾装置。浆液由吸收塔内的高效雾化喷嘴雾化，雾化覆盖面积可达200%，形成良好的气液接触反应界面。烟气进入塔内后，在塔内匀速上升，与雾化喷淋液充分高效混合，脱除SO2等酸性气体。根据煤的含硫量和脱硫效率，脱硫塔内一般布置几层喷嘴。喷嘴形式和喷雾压力对雾滴直径有明显影响。减小液滴直径可以增加传质表面积，延长液滴在塔内的停留时间，对脱硫效率有积极作用。液滴在塔内的停留时间与液滴直径、喷嘴出口速度和烟气流向有关。当带有雾点的烟气上升到高效除雾器时，气液两次接触吸收，同时被除雾器有效分离，避免了烟气夹带，最大限度地减少了烟气带水现象。

空气塔喷淋烟气洗涤技术是目前国内外最先进、最流行的空气塔喷淋技术。

1.空塔喷淋是由大型石灰石-石膏法演变而来的喷淋塔，脱硫效率高，最高可达95%；

2.操作弹性大，对煤种变化的适应性强。4%以下的硫含量可以保证二氧化硫排放浓度，在110%以下的锅炉工况下可以正常，等等；

3、系统阻力小，运行成本低，重量是大湿法的十分之一；

4.采用进口除雾技术，保证烟气水分符合要求；

5.不存在堵塞问题；

6、设备利用率高，能保证与锅炉同步运行达到100%以上；

7.空塔的投资和其他塔形差不多；

8.操作维护简单，稳定性是其他塔的三到五倍。

除雾器可安装在吸收塔的上部，以分离干净烟气中夹带的雾滴。除雾器出口烟气湿度不大于75mg/Nm3，分两级布置在脱硫塔上部。设置两级四通道平板除雾器，一级用于粗除雾，一级用于精除雾。

除雾器的类型可以保证其高可用性和良好的除滴效果，保证脱硫后的烟气以一定的流量均匀通过除雾器，防止二次携带和堵塞除雾器。

除雾器系统的设计考虑了FGD装置入口飞灰浓度的影响。该系统还包括用于去除除雾器沉积物的冲洗和排水系统。在操作过程中，根据给定或可变的程序，可以进行自动冲洗或手动冲洗。设计了合理的洗涤时间和水量，既能洗干净又能去除水分

雾，并防止二次携带的产生。

位于下方的第一个除雾器是一个叶片间隙略大的大型液滴分离器，用于分离上升烟气携带的较大液滴。顶部的第二个除雾器是一个叶片间距较小的细液滴分离器，用于分离上升烟气中的微小浆滴和除雾器的洗涤水滴。当烟气流经除雾器时，液滴由于惯性停留在挡板上。因为被捕获的液滴也包含固体物质，所以存在挡板上结垢的风险。同时，为了保证烟气通过除雾器时产生的压降不超过设定值，需要定期进行在线清洗。因此，包括喷嘴系统在内的清洁设备被设置为定期运行。冲洗介质是工业用水。

冲洗喷嘴布置在第一除雾器的上方和下方以及第二除雾器的下方。正常运行时，下除雾器的底部和顶部以及上除雾器的底部会根据程序依次自动清洗各个区域。每层除雾器的冲洗频率可根据烟气负荷和除雾器两端压差自动调节。

冲洗水由除雾器冲洗水泵提供，也用于补充吸收塔内水的蒸发损失。

2.2.3脱硫系统组成

脱硫系统的工艺流程图和布置见附图1和附图2。

整个过程包括五个部分:

(1)脱硫剂制备系统

成品石灰(粒径小于10 mm (100%)的粉状石灰)运至工厂后人工加入石灰消化罐进行消化，消化后的石灰浆流入再生罐进行脱硫液再生反应。

钠由运输车送入钠碱池，在池内与工艺水混合，直至达到所需浓度，然后流入再生池。

(2)烟气系统

从锅炉出来后，热烟气进入吸收塔，向上流经喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度，烟气中的SO2等污染物被脱硫溶液吸收。喷淋洗涤后，饱和烟气通过烟道，经引风机进入烟囱，经除雾器除雾后排出。

锅炉出口至脱硫塔入口的连接烟道采用A3钢，并按要求设置膨胀节。连接烟道上设有挡板系统，便于事故情况下烟气脱硫系统的旁路运行。采用手动挡板阀，包括脱硫装置的一个入口挡板、一个旁路挡板和一个出口挡板。正常运行期间，入口挡板和出口挡板打开，旁路挡板关闭。故障时，打开烟气旁路挡板，关闭入口挡板和出口挡板，烟气将通过旁路烟道绕过烟气脱硫系统，直接排入烟囱。