集中供热工程锅炉烟气处理工艺.docx

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集中供热工程锅炉烟气处理工艺

1.1脱硫系统工艺选择

（1）现有典型脱硫工艺简介

随着人们环保意识的增强及环保科技的进步，近些年有关方面对燃煤工业锅炉烟气进行脱硫处理的技术工艺进行了充分研究与实践，常用的集中脱硫工艺介绍如下：

■炉内石灰石脱硫工艺

由于循环流化床锅炉具有较高的燃烧效率（即使在部分负荷时也能达到98%以上的燃烧效率）和很好的燃料适应性，可方便地在燃料中掺入石灰石、白云石粉末等脱硫剂，达到控制SO2生成的目的，故可采用在循环流化床锅炉掺石灰石粉的方法脱硫，脱硫效率可达到80%左右。

■石灰石—石膏（湿法）脱硫工艺

石灰石—石膏（湿法）脱硫工艺采用价廉易得的石灰石作为脱硫吸收剂。

石灰石经破碎、磨细成粉状，与水混合搅拌制成吸收浆液；在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2与浆液中的CaCO3以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。

脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴，经加热器加热升温后排入烟囱，脱硫石膏浆经脱水后回收。

由于吸收浆的循环利用，吸收剂的利用率高。

该工艺适用于任何含硫量煤种的烟气脱硫，脱硫效率可达95%以上（《火电厂烟气脱硫工程技术规范——石灰石/石灰－石膏法》（HJ/T119-2005）规定的实施原则是“烟气脱硫装置的脱硫效率一般应不小于95%,主体设备设计使用寿命不低于30年，装置的可用率应保证在95%以上”）。

该工艺在世界上技术应用最为成熟、广泛。

而我国重庆珞璜电厂首次引进了日本三菱公司的石灰石—石膏（湿法）脱硫工艺，与2×360MW燃煤机组相配套。

燃煤含硫量4.02%，脱硫装置入口烟气SO2浓度约为3500ppm，设计脱硫效率大于95%。

该厂二期工程2×360MW燃煤机组仍采用此工艺。

利用德国政府贷款的重庆、半山和北京第一热电厂的脱硫工程，亦采用此工艺。

■喷雾干燥法脱硫工艺

该工艺以石灰（乳）为脱硫吸收剂。

石灰经消化加水制成消石灰乳，消石灰乳在吸收塔内被雾化成细小液滴，与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO3和CaSO4，以脱除烟气中的SO2。

反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形态随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来，除尘后的烟气经烟囱排放。

喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程较简单、系统可靠性高等特点，脱硫效率可达到85%以上，该工艺在美国及西欧一些国家应用较为广泛。

我国四川内江白马电厂在1984年和1990年分别建成一套旋转喷雾干燥法烟气脱硫小型试验装置（处理烟气量为3400Nm3/h）和一套中型试验装置（处理烟气量1×104Nm3/h）。

经连续运转考核，当钙硫比为1.4时脱硫率可达到80%以上。

■电子束法脱硫工艺

该工艺流程由排烟预除尘、烟气冷却、氨的充入、电子束照射和副产品捕集等工序所组成。

锅炉烟气经过除尘器粗滤处理之后进入冷却塔，冷却塔内喷射冷却水将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度（约10℃），在反应器进口处将一定的氨气、压缩空气和软水混合喷入，冷却后的烟气流进反应器经电子束照射，SOX和NOX在自由基作用下生成粉状微粒[（NH4）2与NH4NO3的混合粉体]，生成的粉体微粒一部分沉淀到反应器底部，其余副产品被除尘器所分离和捕集，净化后的烟气经烟囱向大气排放。

到目前为止，电子束法脱硫仅在日本、美国进行过一些小型工业试验，尚没有在大型机组上应用的业绩。

中日合作进行的电子束法脱硫工艺工业化装置试验在成都热电厂一台200MW机组的部分烟气进行，处理烟气量为30×104Nm3/h，该装置已投入运行。

■氨法脱硫工艺

该工艺是以氨水为吸收剂，其副产品为硫酸铵化肥。

锅炉烟气经烟气换热器冷却至90～100℃，进入预洗涤器除去HCl和HF。

洗涤后的烟气经液滴分离器除去水滴，再进入前置洗涤器中。

氨水自塔顶喷淋洗涤烟气，烟气中的SO2被洗涤吸收除去。

经洗涤的烟气排出后液滴分离器除去水滴，进入脱硫洗涤器中。

烟气进一步被洗涤，经洗涤塔顶部的除雾部除去雾滴，再经烟气换热器加热后由烟囱排放。

洗涤工艺中产生的约30%的硫酸铵溶液排出洗涤塔，可以送到化肥厂进一步加工或直接作为液体氨肥出售。

氨法脱硫属较为成熟的脱硫工艺，在德国的一些电厂已得到广泛应用。

如：

曼海姆电厂，处理烟气量为15×104Nm3/h；卡斯鲁尔电厂，处量烟气量为30×104Nm3/h等。

未来更好地介绍几种脱硫工艺的不同及各自的优缺点，本评价列表（见表4-6）对各种脱硫工艺进行比较。

脱硫工艺的比较

工艺方案项目

炉内石灰石

脱硫

喷雾干燥法

石灰石/石膏

（湿法）

电子束

氨法

工艺成熟程度

成熟

工业试验

成熟

工艺难易程度

简单

较简单

较复杂

复杂

应用业绩

较多

达80%以上

较少

适用煤种

适用于中、低硫煤

不受含硫量限制

适用于中、高硫煤

不受含

硫量限制

应用单机规模

中小机组

没有限制

中小机组

能达到脱硫率

85%左右

10%-80%

95%以上

15%左右

90%以上

吸收剂种类

石灰石

消石灰

石灰石/石膏

氨

氨水

吸收剂来源

来源较广泛

高质量石灰或消石灰，来源较困难

来源较广泛

受条件限

受条件限制

废水处理

无废水

多数情况

不需处理

无废水

需处理

Ca/S（一般）

1.3-1.4

低于1.1

占地面积

较大

较小

较大

大

机组负荷影响

一般

防腐要求

不需要

较高

投资

低

较低

较高

高

运行成本

高

较高

较低

较高

高

副产品种类

脱硫渣

石膏

硫酸按/

硝酸铵

硫酸铵溶液

副产品种类

用作水泥厂生产原料、建筑原材料等

用作水泥厂生产原料、建设原材料等

用作水泥缓凝剂、石膏制品原料

可用作化肥

（2）脱硫工艺选择

对照表4-4，结合工艺成熟程度、难易程度、应用业绩、脱硫效率、吸收剂来源的易取程度、投资与运行成本等多方面进行比选，炉内石灰石脱硫和石灰石/石膏（湿法）脱硫工艺成熟，应用广泛，可作为备选脱硫处理工艺。

本项目锅炉选用的是链条炉，链条炉是一种层燃锅炉，燃烧经料斗进入炉排，一边随炉排由前向后运动，一边完成燃烧过程，是我国工业锅炉常用炉型，尤其在供热行业应用广泛，是目前采暖供热锅炉的主导炉型。

链条炉具有技术成熟、运行可靠、操作简单、运行管理经验丰富等优点。

但由于本身炉体构造原因，不能采用炉内脱硫方式，需在锅炉外部尾气处理系统设脱硫装置进行脱硫。

石灰石/石膏（湿法）脱硫工艺成熟，应用非常广泛，且吸收剂来源广泛，机组负荷影响一般，脱硫运行成本低，脱硫副产品硫石膏可用作水泥缓凝剂、石膏制品原料等，用途广泛。

脱硫效率可高达95%左右，随着防腐技术的成熟，防腐问题已不构成技术推广的制约因素，故本评价人为设计所推荐的采用石灰石/石膏（湿法）脱硫工艺是合适的。

本项目锅炉不同于一般火电厂或热电厂锅炉，考虑到供热锅炉运行工况变化等因素的影响，锅炉脱硫效率按90%核算较为实际。

（3）石灰石/石膏（湿法）脱硫工艺流程

随着环境保护要求的越来越严格，合肥地区烟气排放按照《锅炉房大气污染物排放标准》中规定：

烟尘排放小于200mg/Nm3，二氧化硫小于900mg/Nm3。

因此本方案推荐以下除尘脱硫方案：

图4-1锅炉烟气除尘（脱硫）工艺流程示意图

该方案对二氧化硫去除率大于90％，二级除尘综合除尘效率大于98%。

1.2各主要系统

1）脱硫系统

本工程建设4×10MW热水锅炉。

脱硫除尘系统拟采用锅炉与脱硫塔为一对一形式。

共设计4台脱硫塔。

脱硫塔高18.5m，直径4.5m，塔体为碳钢玻璃鳞片防腐。

系统另设计1个脱硫循环池。

脱硫段的设计尽量使烟气压力损失低，节省脱硫风机的电耗，且脱硫除尘塔内部表面不易结垢，不存在堵塞问题。

（1）脱硫塔

脱硫塔分主要有均气降温层、XP脱硫部件、两层喷淋布液管、两层除雾器等主要部件。

均气降温层：

在烟气进口上方设计了均气降温层，利用特殊的喷淋工艺布置方式，无需增加导流装置，既能实现塔内烟气流动分布均匀，又能降低烟气温度，提高了后部脱硫效果，该种均气工艺已成功得到应用。

XP-Ⅱ脱硫部件：

工艺中脱硫段的XP-Ⅱ型高效流化脱硫除尘部件采用进口316L不锈钢材质制作，具有特殊的结构形式，它是一种很好的气液传质及除尘部件。

当烟气通过该部件时，烟气在板间形成超强流态化区域，使气液在传质场中高速撞击，形成气相、液相都分散的状态，提供了气液固三相充分的接触和混合。

全塔共分多个反应单元，为保证全塔断面的传质效果。

部件结构简单，没有死角，部件底部不存在干湿交接面，因而没有形成垢的条件；同时气流和浆液在反应器内沿器壁高速旋转，对器壁及叶片有强烈的冲洗作用，物理性垢不可能粘附，自清洁能力强。

同时，系统采用强制氧化工艺，无结晶结垢，因此，全系统只要控制pＨ值在5.5～6.5之间，就完全可避免系统结垢堵塞。

除雾器：

脱硫塔除雾器分为上、下两级除雾器，下面一级为粗除雾器，上面一级为细除雾器。

两级除雾器彼此平形布置，除雾器为波状板结构，强度高，接触面积大。

携带有液滴的烟气首先流经第一级粗除雾器，再流经第二级细除雾器，利用液滴的惯性作用原理，烟气中的液滴碰触挡板而留在了挡板上，然后进入排水系统，最后落入浆池内。

经除雾器分离的净烟气，液滴含量一般小于15mg/Nm3，液滴平均直径小于20微米。

喷淋装置：

在喷淋段，烟气自下而上流动，脱硫剂自上而下喷射。

根据塔体流体力学特性，特殊设计的喷咀组及各喷嘴的流量，既能保证塔体烟气的均匀流动，又能保证反应中的剧烈气液逆流接触，进行充分的传质、传热反应。

设计中采用了大通道MP实心喷嘴，其内部有独特的S型通道，既可轻易的输送大颗粒浆液，又能提高一个均匀的雾化效果，其雾化颗粒较细，吸收效率较高，目前已广泛用于电厂脱硫系统中。

（2）循环反应池

2个脱硫塔之间设计一循环反应池，脱硫产物氧化和结晶在反应池中进行。

从吸收区出来的浆液，进入氧化区，通过罗茨风机鼓入的空气与翻腾的浆液充分接触，使绝大部分亚硫酸钙、亚硫酸氢钙氧化成硫酸钙。

硫酸钙溶解度小，在反应池内原有二水硫酸钙晶种上析出，晶体不断长大，当石膏达到一定浓度后，从底部抽出部分石膏，经石膏泵送至水力旋流器。

每脱硫塔设有二台浆液泵，其中一台为喷淋降温泵，另一台为吸收循环泵。

喷淋泵将浆液打到塔内均气降温层（烟气入口与脱硫段之间）的喷淋管路，对原烟气进行降温，烟气温度降至80-100℃。

同时通过喷头的流量和方位的不同布置，调整烟气在塔内的流动，从而确保烟气进入通过XP型脱硫部件之前流场均匀。

而脱硫循环泵将塔内浆液汇同供浆泵送来的新鲜石灰浆液一同打到脱硫塔的布浆管路（位于吸收区脱硫部件上），通过喷嘴将浆液均匀分布到每一个脱硫单元上。

循环泵和喷淋泵的流量根据烟气量的大小、烟气中二氧化硫的浓度确定。

2）多管除尘系统

本系统采用XDT陶瓷多管旋风除尘器，其运行稳定，采用分单元控制，可随锅炉负荷变化进行部分调整。

XDT陶瓷多管旋风除尘器是在原XD型多管除尘器基础上改进的，除尘效率90％以上。

多管旋风除尘器是根据离心力的作用原理，将粉尘从含尘气体中分离出来，达到净化烟气的目的，陶瓷多管旋风除尘器与锅炉采取一对一形式。

3）石灰乳制备系统

本方案采用市售石灰粉作脱硫剂，石灰经过仓底的螺旋给料机送到石灰乳池。

向浆池输送石灰粉的同时，向石灰乳池补充水和部分回用水，进行搅拌制浆。

浆液浓度依据加入石灰乳池的石灰粉量和水量加以控制。

石灰粉的加入量则由螺旋加灰机的调速电机进行控制。

制浆过程自动连续进行，制备好的浆液用石灰乳泵送入脱硫循环池。

4）脱硫产物后处理系统

石膏浆液由石膏输送泵输送到水力旋流器，经过离心分离形成浓度约为40%以上浓相和浓度小于5%的稀相（重量百分比）。

浓相主要含粗石膏颗粒，直接进入其下部的的真空过滤机。

经过脱水的石膏渣，同炉渣一同处理。

滤液由滤液池中的滤液泵送入石灰乳池循环利用。

5）生石灰消耗与石膏产量

拟建工程脱硫吸收剂为石灰粉，粒度90%≤45μm。

按脱硫效率90%，石灰粉中生石灰的纯度按85%计，拟建合肥热源厂一期工程生石灰消耗量及石膏产生量情况参见表5-3。

石灰消耗量及石膏产量计算公式详见下述公式：

（1）石灰消耗量计算公式：

M石灰=（M煤×S%×V1/V2×η×θ×γ）/φ

M煤——燃煤量kg/h

S%——含硫率%

V1——石灰分子量（64）

V2——硫分子量（32）

η——硫转化率%（85%）

θ——脱硫率%（90%）

γ——Ca/S比（1.02）

φ——石灰纯度%（85%）

（2）石膏产量计算公式：

M石膏=[（M煤×S%×V1/V2×η×θ×V3/V4+M石灰×（1-φ）+M烟尘（很小可忽略）]/（1-α）

M煤——燃煤量kg/h

S%——含硫率%

V1——石灰分子量（64）

V2——硫分子量（32）

η——硫转化率%（85%）

θ——脱硫率%（90%）

V3——石膏分子量（112）

V4——二氧化硫分子量（64）

φ——石灰纯度%（85%）

α——含水率%（10%）

生石灰消耗量表

项目

煤种

小时消耗量

（kg/h）

每天消耗量

（t/d）

年消耗量

（t/a）

生石灰

设计煤种

523

12.55

1531.34

石膏产量表

项目

煤种

小时产量

（kg/h）

24小时量（t/d）

年量

（t/a）

石膏

设计煤种

1300

31.2

3806.4

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