氧化镁法脱硫方案Word格式.docx
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《机械设备安装工程施工及验收规范》（TJ231—78）
《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》（GB50275—98）
《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》（GB50212—2002）
《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）
二、现有脱硫系统的工艺流程
2.1氧化镁法工艺原理
利用硫酸镁化学和物理的稳定性达到脱硫目的，使用的脱硫剂是中国特产的镁矿石、氧化镁等。
氧化镁法脱硫的主要化学反应如下：
1）氧化镁浆液的制备
MgO（固）+H2O=Mg（OH）2（固）
Mg（OH）2（固）+H2O=Mg（OH）2（浆液）＋H2O
Mg（OH）2（浆液）＝Mg2+＋2HO－
2）SO2的吸收
SO2（气）+H2O=H2SO3
H2SO3→H++HSO3-
HSO3-→H++SO32-
Mg2++SO32-+3H2O→MgSO3·
3H2O
Mg2++SO32-+6H2O→MgSO3·
6H2O
Mg2++SO32-+7H2O→MgSO3·
7H2O
SO2+MgSO3·
6H2O→Mg（HSO3）2+5H2O
Mg（OH）2+SO2→MgSO3+H2O
MgSO3+H2O+SO2→Mg（HSO3）2
Mg（HSO3）2+Mg（OH）2+10H2O→2MgSO3·
3）脱硫产物氧化
MgSO3+1/2O2+7H2O→MgSO4·
MgSO3+1/2O2→MgSO4
吸收浆液的pH值通过加入Mg（OH）2浆液的量来控制，通常pH值控制在6.5～7.5之间。
氧化反应通常需要有足够长的时间。
氧化反应可以在单独的浆液罐中进行，也可以将浆液罐和碱液罐分开设置，使MgO浆液有足够的氧化时间。
含有MgSO4的循环洗涤吸收液经过进一步的浓缩结晶，可以生产肥料级的MgSO4·
1H2O，也可以生产工业级的MgSO4·
7H2O。
如果不进行氧化反应或抑制MgSO3氧化，可以通过再生的方法将洗涤吸收液中的MgSO3还原成MgO作为脱硫剂循环使用，并与此同时副产硫酸。
2.2镁法脱硫的工艺特点
1）工艺技术成熟
氧化镁（MgO）法是工艺技术十分成熟的烟气脱硫工艺之一。
2）脱硫效率高
MgO湿法脱硫的效率可达95%～98%，由于Mg2+的半径小于Ca2+的半径，MgO的反应活性要比CaO高，因此Mg（OH）2的碱性比Ca（OH）2的强。
在脱硫反应中，CaO的颗粒与SO2反应生成的CaSO4是一层硬包膜，通常称此种现象为包裹现象。
它阻碍了包膜内CaO的颗粒继续与SO2反应。
而MgO法使用的氧化镁是由碳酸镁在较低温度下焙烧而成的，即所谓的“轻烧镁”。
轻烧镁具有多孔性、活性强、反应度高的特点。
其MgO颗粒与SO2反应生成的MgSO3、MgSO4很快就溶解于水（循环浆液）中，使得MgO颗粒外表面不断被更新并继续与SO2反应，直至该MgO颗粒全部反应完毕。
实验表明在相同的操作条件下，用MgO作吸收剂比用CaCO3作吸收剂的吸收效率高。
3）脱硫剂的消耗量小，原料来源可靠
由于MgO的分子量是40，CaCO3的分子量是100，因此由化学反应平衡式可知，脱除等量的SO2消耗的MgO量仅为CaCO3量的40%。
若以商品轻烧镁粉中MgO含量≥85%，商品碳酸钙粉中CaO（分子量56）的含量≥50%计，脱除等量的SO2消耗的轻烧镁粉量与消耗的碳酸钙粉量的42%。
我国氧化镁的储量十分丰富，目前已查明的储量约84亿吨，居世界首位，生产量居世界第一。
我国的MgO资源主要分布在辽宁、山东、四川、河北等省，其中辽宁占总量的84.7%。
辽宁省营口市大石桥镇是世界四大镁矿之一（已探明储量25亿多吨），被誉为“中国镁都”。
在辽宁海城（8.3亿吨）、山东萊州、河北邢台大河等地都有较大的储量和产出量。
4）运行可靠
氧化镁法一个十分突出的优点是其运行费用低、运行可靠。
因此系统的运行可靠性提高，装置的运转率高，脱硫效果好。
而钙法脱硫是石灰石浆液和石膏浆液循环，运行中要采取相应的措施防止结垢和堵塞。
5）工艺流程短
镁法脱硫工艺流程较钙法脱硫工艺流程短，一般不需要脱硫副产物的后处理设备，从而节省投资和场地。
MgO工艺脱硫塔的排水经过调整pH值，沉淀和氧化曝气处理后，可以达到综合污水排放标准，一般排入锅炉水力除灰冲渣水沉淀池中或城市污水处理厂。
7）关键设备体积小，投资省
MgO工艺使用具有多孔板的板式塔和特殊结构形式的雾化喷嘴，通过的气速高，传质效率高，与钙法使用的喷淋塔相比，镁法所用的吸收塔体积小，重量轻，投资省。
8）副产物综合利用的市场前景好
MgO湿法脱硫后的副产物如果不经过氧化曝气则可把浆液脱水，生成湿渣，湿渣可作为农用肥料。
可直接作基肥、追肥和叶面肥。
植物正常发育的需镁量一般为干重5g/kg左右。
施用镁肥不仅可以增加作物产量，而且可以改善产品的品质。
例如施用镁肥对香蕉、烟叶的产量和品质都有良好作用。
据全国土壤普查表明，我国不少地区土壤缺镁比较严重。
缺镁土壤面积巨大，约占全国土壤面积的5.8%。
若对缺镁土壤施用镁肥，则全年需要镁肥的数量十分可观。
因此，生产MgSO4肥或将MgSO4配制成复合肥料将有很好的市场前景。
2.3系统工艺流程
1）工艺流程简述
经除尘器净化后的烟气由塔底进入脱硫塔（烟囱），由于脱硫塔的直径比烟道的内径大，所以塔内烟气流速变缓，使烟气充分脱硫液接触。
塔内布置四层喷淋装置（其中三层使用，一层预留）。
由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2被碱性液体吸收效果好。
由于特殊的内部结构设计，决定了它是一种高效通用型传质设备，具有负荷高、压降低、不易堵、操作弹性宽等优点，其综合性能优于国内外普遍使用的湿法脱硫除尘装置。
浆液是含有MgSO3晶体、MgSO4、少量未反应的氢氧化镁和少量飞灰等的混合物，通过泵抽出，经过真空皮带压滤机后排放到指定地点（或者经过沉淀后用抓斗或人工直接清理）。
2）脱硫工艺流程简图
三、现有锅炉系统分析
锅炉房现有燃煤供暖锅炉40t/h锅炉一台，目前锅炉只配套了除尘系统，大量的SOX和NOX未经过任何处理，经烟道、烟囱直接排放到大气中，严重的污染了周围的空气和环境，是现阶段环保法所不允许的。
因此，对锅炉排放烟气进行脱硫处理，是个势在必行，利国利民的项目。
四、脱硫系统改造方案总体设计
4.1系统总体技术要求
1）脱硫工艺采用的是湿式氧化镁法，脱硫系统的工艺设计完全符合《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》（HJ462—2009）的要求。
2）脱硫系统设计符合国家相关标准和法规，设计脱硫效率≥95%；
锅炉烟气经脱硫装置净化后，二氧化硫排放浓度低于200mg/Nm3。
3）脱硫装置的烟气处理能力应能保证锅炉在30—110%MBCR工况时的烟气量下正常运行。
4）对于脱硫系统中的设备、进行必要的防腐、防磨保温等处理。
5）管道系统尽量做到简洁美观、便于安装维护，流速合理，强度和刚度足够，考虑抗振动、防磨损、防腐蚀、防堵塞和室外管道防冻等。
6）工艺上尽可能节约能源和水源，尽可能降低脱硫系统的投资和运行费用。
设备和管道运行中溢流、冲洗和清扫过程中产生的废水应收集后返回系统循环利用，不直接排放。
7）在所有需要维护和检修的地方设置平台和扶梯，平台和扶梯的设计满足相关标准和规范的要求。
4.2烟气系统
1）确定脱硫系统阻力参数，并留有一定的余量。
2）脱硫系统所有的烟道最小壁厚不低于5mm，烟道内烟气最大流速为15m/s。
3）脱硫塔进出口烟道采用Q235碳钢制作。
4）烟气系统应安装必要的人孔、卸灰孔、膨胀结等烟道附件。
5）整个烟气系统的漏风率应≤1%。
6）烟道根据可能发生的最差运行条件（温度、压力、流量、湿度等）进行设计。
4.3吸收系统
1）根据环保要求，采用“一炉一塔”设计；
2）脱硫塔本体采用碳钢和玻璃鳞片防腐结构（或者SS316L不锈钢材质）；
塔体的使用不低于15年。
3）塔内装有除雾装置，可有效实现气液分离，确保排放烟气中的含湿量≤75mg/Nm3
4）塔内喷淋装置及喷嘴的设计充分考虑喷嘴的防腐、防磨；
对除雾器采取有效的措施防止结垢和堵塞。
4.4脱硫液循环系统
1）脱硫液循环系统为“一炉一塔”配置。
2）脱硫液循环使用，以减少系统水耗，降低运行成本。
3）控制脱硫循环液的PH值在规定的范围内保持稳定。
4）脱硫循环泵均考虑防腐、防磨。
4.5脱硫剂制备系统
1）脱硫剂制备设备（包括搅拌器）均采用环氧树脂防腐处理。
4.6脱硫渣处理系统
1）提供科学合理的脱硫渣处理方案，不使脱硫副产物对环境造成二次污染。
2）副产物处理系统简单，运行可靠，事故率低，易于维护。
3）脱硫渣采用沉淀后统一清理。
4）系统设备、设施均考虑防腐、防磨。
五、脱硫系统主要技术指标
序号
指标名称
单位
数值
锅炉蒸发量
t/h
40
锅炉数量
台
处理烟气量
m3/h
100000
4
锅炉出口烟气温度
℃
160
5
燃煤含硫量
%
6
SO2初始浓度
mg/Nm3
≯1500
7
设计脱硫效率
≥95
8
SO2排放浓度
≤200
9
SO2排放速率
Kg/h
12
10
液气比
L/m3
2.7:
11
镁硫比
mol/mol
1.05:
氧化镁用量
0.138
14
电耗
Kwh/h
106
15
水耗
t/H
1.5
16
脱硫系统阻力
Pa
1200
17
锅炉运行时间
h/a
4000
18
脱硫主体设备使用
年
六、脱硫系统具体改造方案
6.1系统概述
本项目的氧化镁法脱硫系统主要包括：
（1）烟气改造系统；
（2）吸收循环系统；
（3）脱硫剂制备、输送系统；
（4）工艺水系统；
（5）脱硫渣处理系统；
（6）电控系统。
6.2烟气系统改造
将现有引风机的现出口烟道拆除，重新制作引风机出口烟道并与脱硫塔入口处用连接并在进入脱硫塔前增加降温喷淋装置。
脱硫塔的出口烟道连接至烟囱，采用顶部侧面出口；
烟囱入口处采用原来的烟道入口，以避免新开孔对烟囱造成影响；
烟道采用Q235优质碳钢制作，中间适当安装烟道支架以保证管道的稳定性。
6.3吸收循环系统改造
6.3.1系统概述
现在的锅炉系统没有脱硫设备，改造后增加脱硫系统。
脱硫塔是烟气脱硫系统中的主体设备。
烟气在塔内的流速、停留时间和气液接触是否完全及塔的阻力等因素和参数，直接影响对烟气中的烟尘、二氧化硫的捕集、吸收和转化。
因此为强化捕集、吸收和转化过程，降低设备投资和运行费用，脱硫塔需满足以下要求：
（1）气液间有足够的接触面积和接触时间；
（2）气流分布均匀；
（3）操作弹性大，稳定性强；
（4）压降小，能耗低。
6.3.2脱硫塔结构
脱硫塔选用喷淋塔，脱硫塔入口增加了均风装置，是烟气进入塔内能够迅速降低流速，在塔内停留时间更加合理。
塔内设有四层喷淋（三层使用，一层预留，备用喷淋层留出法兰接口，以后排放标准提高时，可以增加一层平喷淋，以增加脱硫效率）、二层除雾器、三层除雾器洗装置。
脱硫塔塔体材质采用碳钢玻璃鳞片防腐或者SS316L不锈钢材质，直径φ2500。
烟气在脱硫塔内空塔流速为3.5m/s，烟气在塔内停留时间为5s左右，脱硫塔阻力损失约1500Pa。
喷淋层喷嘴采用实心锥螺旋喷嘴，喷淋角度为90度，喷淋覆盖密度＞300%。
脱硫塔喷淋层分布为了更加合理，四层喷淋采用交错排布，使喷淋层能够更好地覆盖塔内烟气
除雾器选用优质高效折流板式除雾器，脱水效果好，具体描述如下：
烟气通过除雾器的弯曲通道，在惯性力及重力的作用下将气流中夹带的液滴分离出来：
脱硫后的烟气以一定的速度流经除雾器，烟气被快速、连续改变运动方向，因离心力和惯性的作用，烟气内的雾滴撞击到除雾器叶片上被捕集下来，雾滴汇集形成水流，因重力的作用，下落至塔底部内，实现了气液分离，使得流经除雾器的烟气达到除雾要求后排出。
除雾器安装在脱硫塔上部。
除雾器出口烟气湿度不大于75mg/Nm3，分为两级布置在脱硫塔上部，设置两级平板式除雾器，一层粗除雾，一层精除雾。
除雾器型式能够保证其具有较高的可利用性和良好的去除液滴效果，且保证脱硫后的烟气以一定流速均匀通过除雾器，防止发生二次携带，堵塞除雾器。
除雾器系统的设计考虑了整个脱硫装置入口的飞灰浓度的影响。
该系统还包括去除除雾器沉积物的冲洗和排水系统，运行时根据给定或可变化的程序，既可进行自动冲洗，也可进行人工冲洗。
设计了合理的冲洗时间和冲洗水量，既能冲洗干净除雾器，又防止生成二次携带。
位于下面的第一级除雾器是一个大液滴分离器，叶片间隙稍大，用来分离上升烟气所携带的较大液滴。
上方的第二级除雾器是一个细液滴分离器，叶片距离较小，用来分离上升烟气中的微小浆液液滴和除雾器冲洗水滴。
烟气流经除雾器时，液滴由于惯性作用，留在挡板上。
由于被滞留的液滴也含有固态物，因此存在挡板上结垢的危险，同时为保证烟气通过除雾器时产生的压降不超过设定值，需定期进行在线清洗。
为此，设置了定期运行的清洁设备，包括喷嘴系统。
冲洗介质为工业水。
一级除雾器的上下面和二级除雾器的下面设有冲洗喷嘴，正常运行时下层除雾器的底面和顶面，上层除雾器的底面自动按程序轮流清洗各区域。
除雾器每层冲洗可根据烟气负荷、除雾器两端的压差自动调节冲洗的频率。
冲洗水由除雾器冲洗水泵提供，冲洗水还用于补充吸收塔中的水分蒸发损失
6.3.3脱硫塔性能参数
参数名称
单位
数值
备注
脱硫塔阻力
≤1500
漏风率
＜1
排放烟气含湿量
＜75
循环水利用率
≥85
空塔流速
m/s
≤3.5
塔体结构
碳钢（玻璃鳞片内防腐）或者SS316L不锈钢
循环方式
塔外循环
6.3.4脱硫循环泵
液气比选取为2.7:
1，脱硫泵应选取流量为Q＝270m3/h。
我们建议使用三台脱硫泵，两用一备，单台流量为135m3/h,变频控制，可根据气体含硫量的多少，而控制泵流量，这样既减少能耗，投资也相对减少。
6.3.5脱硫液循环系统
（1）系统管道：
在脱硫塔外部安装脱硫循环液及工艺水输送管道、法兰、阀门、压力表等工艺系统配套设备及仪表。
（2）检修配套设施：
为便于设备维护、检查和调试，喷淋装置、除雾器附近安装相应的调试、检修手孔或人孔、工作平台和爬梯等。
6.4脱硫剂储存、制备、输送系统
6.4.1浆液制备、输送系统
本系统由浆液罐（2m3储罐，5小时加一次氧化镁）（建议采用熟化时间4~5小时，纯度90%的氧化镁），储液罐（2m3储罐）、浆液泵、碱液泵等设备及设施组成。
氧化镁由人工定量加入浆液罐内中进行消化和配浆。
使氧化镁粉在浆液罐内充分溶解再由浆液泵抽到储液罐中。
等得到PLC给的信号PH值低于设定值的时候将氧化镁溶液通过浆液泵进入清液池。
6.5脱硫渣氧化、处理系统
该系统由氧化池、沉淀池和反应池组成，合理的配置各池体的容积，使喷淋循环液有更长的沉淀时间及酸碱反应时间，使氧化镁更好地和酸溶液综合，以期达到最佳的脱硫效果。
6.6工艺水系统
工艺水输送到各用水点，包括制浆用水；
脱硫塔补充水；
循环管道冲洗水和除雾器冲洗用水。
工艺水系统包括工艺水管道、冲洗水管道、水泵（或电池阀冲洗）并适当增加除雾器冲洗水箱。
6.7电器控制系统
6.7.1系统概述
本工程控制系统采用就地控制，操作人员通过就地控制按扭实现对脱硫除尘系统的顺序启停，运行参数自动检测和存储，并对关键参数实行自动调节。
整套系统设计采用成熟、可靠完善的控制方案，可在少量操作人员的操作下，安全、稳定地运行，从而提高效率，减轻工人的劳动强度。
6.7.2主要测量参数及调节回路
控制系统的控制参数主要是PH值。
主要工艺参数：
脱硫浆液PH值。
通过PLC可编程器采集PH测量仪信号，检测脱硫浆液的PH值，通过设定的PH值来控制碱液阀的开启和关闭，控制氢氧化镁的加入量。
鉴于PH值测量显示具有滞后大、非线性等特点，系统工况复杂多变，采用传统的控制策略往往难以获得满意的控制品质。
因此，本系统采用时间分割预估控制策略、分层复合模糊控制策略来实现对脱硫浆液PH的精确控制，确保整个系统高效、稳定运行。
6.7.3继电保护
低压电动机保护本系统主要包括短路保护、断相保护、过负荷保护（整定值1.1倍）。
6.7.4低压配电线路保护
配电线路采用上下级保护电器，应有选择性动作，干线上的空气开关宜选用短延时脱扣装置。
用空气开关保护的线路，短路电流不应小于空气开关瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。
继电保护的时限配合要有阶梯性和选择性。
6.7.5主要设备及材料选择
电器设备选择在满足工艺要求以及确保人身安全的前提下，最大程度地选用操作方便、可靠性高、便于维护、自动化程度高的设备，以便使整个电气系统高效、稳定运行。
低压控制柜选用标准型控制柜，控制柜外壳采用镀锌钢板，具有抗腐、耐潮、防尘等功能，安全可靠性高，发生故障后影响范围小。
各回路主开关选用高分段能力的塑壳断路器。
低压进线电缆选用阻燃型交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套护套，内置铠装铜芯电力电缆。
其它低压动力电缆选用阻燃型聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯铜芯电力电缆。
控制电缆选用阻燃型聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯控制电缆。
电缆沿电缆桥架或电缆沟敷设。
所有电力电缆均按允许载流量选择。
电缆桥架选用有孔带盖板的钢质托盘，表面喷涂防腐、防火层。
额定均布符合等级A级；
桥架分双层，控制电缆放下层，动力电缆放上层；
电缆桥架具有可靠的电器连接并接地；
对于有震动的场所，在固定装置连接处设置减震装置；
电缆填充率符合相关标准规范规定。
七、运行成本分析
7.1原料成本
7.1.1锅炉二氧化硫脱除量：
锅炉的烟气量为：
100000m3/h；
煤的含硫量以1500mg/m3计；
脱硫效率按95%计算；
氧化镁用量：
（0.138t/h）年运行时间4000h
0.138×
4000=552吨/年
552吨×
500元/吨=27.6万元/年
7.2人工费
4人×
3万元/人/年=12万元/年
7.3水耗
脱硫系统正常运行条件下的耗水量为：
6000t/a；
水费：
1.4×
6000=8400元/年
7.4电耗
脱硫系统总装机容量为106kw。
实际功率以装机容量的70%计，则脱硫系统电耗为：
106×
0.7×
4000=29.68万kwh
7.5脱硫系统运行成本
20t/h脱硫系统运行成本万元/年
项目
数量
单价
金额万元
氧化镁
552吨
500元/吨
27.6
系统电耗
29.68万kwh
0.9元/kwh
26.712
工资及福利费
定员4人
3/人/年
水费
6000吨
1.4元/吨
0.84
合计
67.152
八、工程量清单
8.1主要工艺设备一览表
设备名称
技术规格型号
品牌厂家
一
主要设备
镁法脱硫塔
Φ3.2×
18m
沈阳
除雾系统
材质：
316L
套
脱硫喷淋系统
进、出口烟道
脱硫塔检修系统
脱硫塔本体保温
50mm岩棉+彩钢板
浆液罐
Φ2×
1.5m4m3
个
贮液罐
搅拌器
2.2KW
镁加药泵
卧龙泵业
氧化风机
4KW
上海川源
循环泵
Q=135m3H=40m
13
除雾器反冲洗水泵
Q=10m3H=40m
螺旋输送机
Φ200×
1.5m
江苏无锡
二
电气及自控系统
启动柜
PLC控制系统
变频柜
通讯电缆及控制电路
监控仪表
合资
8.2主要构（建）造物一览表
构（建）造名称
有效容积（建议尺寸）
材质
氧化池
60m3
（3×
5×
4.5m）
1座
钢筋砼
沉淀池
145m3
（6×
6×
澄清池
60m3
脱硫塔基础
Φ2.6×
其余设备基础
1套
综合车间
40m2
（5×
8m）
砖混（可利旧）
九、主要工艺设备制造、安装技术要求及相关说明
9.1脱硫系统中主要设备、设施制造、安装技术要求
（1）脱硫塔
脱硫塔长期处于酸碱腐蚀环境，塔体结及塔内喷淋层等装置全部采用先进、优质的防腐结构。
正常使用可达15年以上。
（2）泵
脱硫循环泵、浆液泵、石膏泵和碱液泵均采用国内知名企业生产的脱硫专用耐腐耐磨泵。
该泵具
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