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(shù)(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(guī)范(2)
第二章脫硫工藝概述(4)
2.1脫硫技術現(xiàn)狀(4)
2.2流程選擇(5)
2.3該技術的主要優(yōu)勢(9)
2.4材料消耗(10)
第三章脫硫工程內(nèi)容(13)
3.1脫硫劑制備系統(tǒng)(12)
3.2煙氣系統(tǒng)(12)
3.3所以
該吸收系統(tǒng)(13)
2
3.4脫硫液循環(huán)和脫硫渣處理系統(tǒng)(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(tǒng)(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(xié)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(tǒng)(21)
5.2經(jīng)濟效益評價(21)
5.3環(huán)境和社會效益(21)
第六章結(jié)論(22)
6.1主要技術經(jīng)濟指標匯總(22)
6.2結(jié)論(22)
第七章售后服務(23)
圖1脫硫系統(tǒng)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(guī)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(guī)范。
1.2設計參數(shù)
本項目的設計參數(shù)主要基于招標文件中的具體參數(shù)。具體參數(shù)見表1-1。
表1-1煙氣參數(shù)
1.3設計指標
設計指標嚴格按照國家統(tǒng)一標準、治理標準和業(yè)主招標文件的要求，設計參數(shù)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(huán)境保護方針政策，嚴格遵守國家相關法律、法規(guī)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(diào)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)運行成本。
充分結(jié)合廠家現(xiàn)有的客觀條件，因地制宜，制定有針對性的技術方案。
系統(tǒng)布局應緊湊、合理、美觀，實現(xiàn)功能分區(qū)，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(tǒng)設有100%煙氣旁路，可保證脫硫裝置不會對現(xiàn)有鍋爐機組產(chǎn)生負面影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)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(shù)按8000小時考慮；
煙氣脫硫系統(tǒng)有應對緊急停車的有效措施；
煙氣脫硫系統(tǒng)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(tǒng)便于日常檢查、正常維護、保養(yǎng)和年度檢修。
1.5設計范圍
本設計范圍包括煙氣脫硫系統(tǒng)工藝、系統(tǒng)結(jié)構、電氣等專業(yè)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(tǒng)
煙氣系統(tǒng)
SO2吸收系統(tǒng)
脫硫液再生循環(huán)系統(tǒng)和脫硫渣處理系統(tǒng)
電氣控制系統(tǒng)
1.6技術標準和規(guī)范
(1)保護標準
GB13223-2003火電廠大氣污染物排放標準
GB3095-1996環(huán)境空氣質(zhì)量標準(二級標準)
Gb3096-93城市區(qū)域噪聲標準
(2)材料
GB 699-88《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼技術條件》
GB 711-85《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼熱軋厚鋼板技術條件》
GB 710-88優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)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(jié)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(jié)構設計規(guī)范
(4)安裝和調(diào)試
DL 5031-94《電力建設(管道)施工及驗收技術規(guī)范》
DL 5007-92電力建設施工及驗收技術規(guī)范(火力發(fā)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(guī)范GB 50205-95鋼結(jié)構施工及驗收技術規(guī)范
TJ231 (I)-75機械設備安裝工程施工及驗收技術規(guī)范(I)
TJ231 (IV)-75機械設備安裝工程施工及驗收技術規(guī)范(IV)
TJ231 (V)-75機械設備安裝工程施工及驗收技術規(guī)范(V)
TJ231(六)-75機械設備安裝工程施工及驗收技術規(guī)范(六)
Gb50221-95鋼結(jié)構工程質(zhì)量檢驗評定標準
Gb93-86《工業(yè)自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范》
Gb131-90自動化儀表安裝工程質(zhì)量檢驗評定標準
Gb8566-88計算機控制軟件設計與編程規(guī)范
Gbj-235-82工業(yè)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(guī)范》
GB50217-94《電力工程電纜設計規(guī)范》
GBJ232-82《電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范》
PL5000—94火力發(fā)電廠設計技術規(guī)范
NDGJ16-89《火力發(fā)電廠熱工自動化設計規(guī)定》
第二章脫硫工藝概述
2.1脫硫技術現(xiàn)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(jīng)過多年的研究，已經(jīng)開發(fā)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(yè)型煤固硫和爐內(nèi)噴鈣)；③燃燒后的煙氣脫硫。FGD是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)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(zhuǎn)化為相對穩(wěn)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(jù)脫硫劑和脫硫產(chǎn)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(jù)脫硫產(chǎn)物是否重復使用，可分為回收法和廢棄法。根據(jù)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(xiàn)狀
國外對煙氣脫硫的研究始于1850年。經(jīng)過多年的發(fā)展，截至目前，世界上已有2500多套FGD裝置，總?cè)萘窟_20萬MW(以電廠的發(fā)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(fā)了許多FGD方法，但是用于工業(yè)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(shù)的73.4%，噴霧干燥法占裝置總數(shù)的17.7%，其他方法占9.3%。在美國的FGD系統(tǒng)中，廢棄法占大多數(shù)。濕法中，石灰/石灰石法占90%以上?？梢钥闯?，濕石灰/石灰石法在當今的FGD系統(tǒng)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(fā)更先進、更經(jīng)濟的煙氣脫硫技術。
目前，產(chǎn)業(yè)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(wěn)定，達到90%以上，是目前國內(nèi)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(nèi)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(nèi)煙氣脫硫現(xiàn)狀
早在1950年，我國的煙氣脫硫技術就在硫酸工業(yè)和有色冶金工業(yè)中開展。電廠鍋爐燃燒產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)的研究起步很早，涉及范圍也很廣，但大多數(shù)技術僅停留在小規(guī)?；蛑性囯A段，遠未達到大規(guī)模工業(yè)應用的水平。而投資巨大的示范工程，設備先進，運行穩(wěn)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(chǎn)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?！鞍宋濉焙汀熬盼濉逼陂g，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(fā)和發(fā)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(guī)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(yè)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(nèi)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(tǒng)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(huán)使用。由于采用鈉堿液作為吸收液，不存在結(jié)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(jié)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(xù)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(tǒng)不會出現(xiàn)結(jié)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(zhì)過程?？諊娢账黧w為矩形塔，塔內(nèi)裝有多個高效噴嘴和高效除霧裝置。漿液由吸收塔內(nèi)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(nèi)后，在塔內(nèi)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(jù)煤的含硫量和脫硫效率，脫硫塔內(nèi)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(zhì)表面積，延長液滴在塔內(nèi)的停留時間，對脫硫效率有積極作用。液滴在塔內(nèi)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(xiàn)象。
空氣塔噴淋煙氣洗滌技術是目前國內(nèi)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(tǒng)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(wěn)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(tǒng)的設計考慮了FGD裝置入口飛灰濃度的影響。該系統(tǒng)還包括用于去除除霧器沉積物的沖洗和排水系統(tǒng)。在操作過程中，根據(jù)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(chǎn)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(jīng)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(zhì)，所以存在擋板上結(jié)垢的風險。同時，為了保證煙氣通過除霧器時產(chǎn)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(tǒng)在內(nèi)的清潔設備被設置為定期運行。沖洗介質(zhì)是工業(yè)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(jù)程序依次自動清洗各個區(qū)域。每層除霧器的沖洗頻率可根據(jù)煙氣負荷和除霧器兩端壓差自動調(diào)節(jié)。
沖洗水由除霧器沖洗水泵提供，也用于補充吸收塔內(nèi)水的蒸發(fā)損失。
2.2.3脫硫系統(tǒng)組成
脫硫系統(tǒng)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(tǒng)
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(nèi)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(tǒng)
從鍋爐出來后，熱煙氣進入吸收塔，向上流經(jīng)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(jīng)引風機進入煙囪，經(jīng)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(jié)。連接煙道上設有擋板系統(tǒng)，便于事故情況下煙氣脫硫系統(tǒng)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(tǒng)，直接排入煙囪。
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