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煙氣脫硫工程設(shè)計方案

2009年7月

目錄

第一章概述(1)

1.1設(shè)計基礎(chǔ)(1)

1.2設(shè)計參數(shù)(1)

1.3設(shè)計指標(biāo)(1)

1.4設(shè)計原則(1)

1.5設(shè)計范圍(二)

1.6技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范(2)

第二章脫硫工藝概述(4)

2.1脫硫技術(shù)現(xiàn)狀(4)

2.2流程選擇(5)

2.3該技術(shù)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(shè)備及構(gòu)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(shù)經(jīng)濟指標(biāo)匯總(22)

6.2結(jié)論(22)

第七章售后服務(wù)(23)

圖1脫硫系統(tǒng)工藝流程圖24

第一章概述

1.1設(shè)計基礎(chǔ)

參照廠家提供的相關(guān)技術(shù)資料和要求，嚴(yán)格按照所有相關(guān)設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，制定本方案:

《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 13271-2001；；

制造商提供的技術(shù)投標(biāo)文件；

相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

1.2設(shè)計參數(shù)

本項目的設(shè)計參數(shù)主要基于招標(biāo)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(shè)計指標(biāo)

設(shè)計指標(biāo)嚴(yán)格按照國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、治理標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)主招標(biāo)文件的要求，設(shè)計參數(shù)如下表1-2所示。

表1-2設(shè)計指標(biāo)

1.4設(shè)計原則

認(rèn)真貫徹國家環(huán)境保護方針政策，嚴(yán)格遵守國家相關(guān)法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。

在選擇先進可靠的脫硫技術(shù)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(shù)方案。

系統(tǒng)布局應(yīng)緊湊、合理、美觀，實現(xiàn)功能分區(qū)，便于操作和管理。

設(shè)計采用鈉鈣雙堿脫硫工藝，技術(shù)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(shè)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(fù)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(shè)備年利用小時數(shù)按8000小時考慮；

煙氣脫硫系統(tǒng)有應(yīng)對緊急停車的有效措施；

煙氣脫硫系統(tǒng)能適應(yīng)鍋爐啟停，并能適應(yīng)鍋爐運行和負(fù)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(shè)計范圍

本設(shè)計范圍包括煙氣脫硫系統(tǒng)工藝、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電氣等專業(yè)的設(shè)計，工程設(shè)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(yīng)的附屬設(shè)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

(1)保護標(biāo)準(zhǔn)

GB13223-2003火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

GB3095-1996環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(二級標(biāo)準(zhǔn))

Gb3096-93城市區(qū)域噪聲標(biāo)準(zhǔn)

(2)材料

GB 699-88《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件》

GB 711-85《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板技術(shù)條件》

GB 710-88優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼薄鋼板和鋼帶技術(shù)條件

Gb3087-82碳鋼焊條技術(shù)條件

(3)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)

JB 1620-83鍋爐鋼結(jié)構(gòu)制造技術(shù)條件

GB150-1998鋼制壓力容器

JB 1615-83鍋爐涂漆和包裝技術(shù)條件

Gb17-91鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

(4)安裝和調(diào)試

DL 5031-94《電力建設(shè)(管道)施工及驗收技術(shù)規(guī)范》

DL 5007-92電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范(火力發(fā)電廠焊接)SDJ 279-90電離建設(shè)(熱工儀表及控制裝置)施工及驗收技術(shù)規(guī)范GB 50205-95鋼結(jié)構(gòu)施工及驗收技術(shù)規(guī)范

TJ231 (I)-75機械設(shè)備安裝工程施工及驗收技術(shù)規(guī)范(I)

TJ231 (IV)-75機械設(shè)備安裝工程施工及驗收技術(shù)規(guī)范(IV)

TJ231 (V)-75機械設(shè)備安裝工程施工及驗收技術(shù)規(guī)范(V)

TJ231(六)-75機械設(shè)備安裝工程施工及驗收技術(shù)規(guī)范(六)

Gb50221-95鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)

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(biāo)準(zhǔn)

Gb8566-88計算機控制軟件設(shè)計與編程規(guī)范

Gbj-235-82工業(yè)管道施工及驗收標(biāo)準(zhǔn)

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(shè)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(shè)計技術(shù)規(guī)范

NDGJ16-89《火力發(fā)電廠熱工自動化設(shè)計規(guī)定》

第二章脫硫工藝概述

2.1脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

為了控制大氣中的二氧化硫，人類早在19世紀(jì)就開始進行相關(guān)研究，但脫硫技術(shù)的研究和應(yīng)用始于20世紀(jì)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(shù)。這些技術(shù)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(shù)手段。

煙氣脫硫技術(shù)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(dá)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(fù)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_(dá)20萬MW(以電廠的發(fā)電量為基準(zhǔn))。煙氣處理量為700Mm3/h，一年可去除近10Mt的二氧化硫。這些設(shè)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(yīng)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?？梢钥闯觯瑵袷?石灰石法在當(dāng)今的FGD系統(tǒng)中占主導(dǎo)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(dāng)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(shù)。

目前，產(chǎn)業(yè)化的主要技術(shù)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(shù)成熟，脫硫效率穩(wěn)定，達(dá)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(dá)95%左右，技術(shù)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(shù)。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(shù)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(shù)始于20世紀(jì)70年代，在“六五”至“九五”期間取得了很大進展。60多個大學(xué)、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(shù)僅停留在小規(guī)?；蛑性囯A段，遠(yuǎn)未達(dá)到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的水平。而投資巨大的示范工程，設(shè)備先進，運行穩(wěn)定，但投資巨大，運行成本相當(dāng)高。因此，加快對國外先進技術(shù)的消化吸收，使之國產(chǎn)化、低成本化，是當(dāng)前一項重要而艱巨的任務(wù)。下表列出了一些從中國進口的FGD設(shè)備。近年來，中國加大了對煙氣脫硫技術(shù)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(shù)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(yīng)用。日本和美國至少有50套雙堿脫硫裝置，已成功應(yīng)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(wù)，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(yīng)用最廣泛的脫硫技術(shù)。但該技術(shù)工程投資和運行成本高，設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)；

當(dāng)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(yīng)；當(dāng)溶液的pH值較低(5~9)時，式(3)是主要反應(yīng)。二。氧化過程(副反應(yīng))

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(yīng)再生反應(yīng)，式(7)是再生至pH > 9后繼續(xù)的主要反應(yīng)。

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(yīng)速率比鈣堿快得多，所以在液氣比較小的情況下也能達(dá)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。空噴吸收塔主體為矩形塔，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(dá)200%，形成良好的氣液接觸反應(yīng)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(guān)。當(dāng)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(shù)是目前國內(nèi)外最先進、最流行的空氣塔噴淋技術(shù)。

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(dá)95%；

2.操作彈性大，對煤種變化的適應(yīng)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(shù)，保證煙氣水分符合要求；

5.不存在堵塞問題；

6、設(shè)備利用率高，能保證與鍋爐同步運行達(dá)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(shè)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(shè)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(shè)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(xì)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(dāng)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(fēng)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(shè)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(shè)備被設(shè)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(fù)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(yīng)。

鈉由運輸車送入鈉堿池，在池內(nèi)與工藝水混合，直至達(dá)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(fēng)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(shè)置膨脹節(jié)。連接煙道上設(shè)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(guān)閉。故障時，打開煙氣旁路擋板，關(guān)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。