大气污染控制工程课程设计 焦化厂除尘脱硫工艺设计.docx
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大气污染控制工程课程设计焦化厂除尘脱硫工艺设计
焦化厂除尘脱硫工艺设计
第一章概述和设计任务
1.1概述3
1.2设计任务3
1.3厂区平面布置3
第2章设计依据
2.1参考文献4
2.2设计原则4
2.3设计范围4
2.4处理后气体排放的标准4
2.5设计规模5
2.6施工环境和职业健康安全计划5
2.7施工准备工作的要求7
第3章工艺设计概述
3.1相关参数的计算7
3.2工艺设计范围8
3.3方案比选与确定8
3.4工艺流程介绍17
第4章工艺系统说明
4.1袋式除尘系统18
4.2石灰石/石灰脱硫法20
4.3石灰石、石灰浆液制备系统21
4.4脱硫液循环系统21
4.5固液分离系统21
第5章主要设备设计
5.1袋式除尘系统设计要点22
5.2石灰石/石灰湿法脱硫工艺26
5.3物料用量相关计算29
5.4固液分离系统设备及选型31
5.5整套装置所用到的泵的选择32
第6章辅助工程设计
6.1供水系统33
6.2供电系统33
6.3供热系统33
6.4自动控制系统34
6.5消防系统34
第七章劳动定员
第八章投资预算
第九章效益评估
9.1环境效益36
9.2经济效益37
9.3社会效益37
第1章概述和设计任务
1.1概述
炼焦技术是将煤配合好装入炼焦炉的炭化室，在隔绝空气条件下通过两侧燃烧室加热干馏，经过一段时间后形成焦炭。
由此可以看出，在炼焦过程中将产生大量含有二氧化硫和粉尘的烟气，该废气若不经处理直接排入大气，不仅会污染周围的环境，而且导致了极大的原物料消耗，同时对企业的形象也会造成一定的影响，所以必须进行除尘脱硫处理。
因此将从炼焦炉出来的烟气经过管道将其汇集，通过风机的作用将其引入到脱硫除尘设备系统中去。
焦化厂烟气具有二氧化硫浓度变化大，温度变化量大，水分含量大，从而使焦炉烟气进行脱硫具有较大难度。
生产工艺中将产生焦炉废气。
焦炉废气中主要含二氧化硫和粉尘。
目前我国已投运的焦炉烟气脱硫装置采用的脱硫工艺有循环流化床法、氨—硫铵法、石灰石—石膏法、氧化镁法等不同工艺，各自具有不同的优势和局限。
1.2设计任务
某焦化厂生产时间为6:
00～22:
00，生产工艺中将产生焦炉废气。
每日生产中最大排放废气量为15900m3N/h。
焦炉废气中含焦炉粉尘浓度为15g/m3，粉尘粒径比较均匀，平均分布大致为18-5μm。
初始废气中SO2浓度为20.4g/m3，初始废气温度为393K，烟气其余性质近似于空气。
请设计该生产废气的治理方案，并提交完整的工业废气治理方案报告书。
1.3厂区平面布置（详图见附图1）
焦化厂设计范围包括：
备煤车间、炼焦车间、焦炉煤气净化车间、粗苯精制车间、煤焦油加工车间、焦化厂试验室、焦化厂自动化系统功能、焦化厂含酚氰废水处理等设计。
第二章设计依据
2.1参考文献
2.1.1《除尘工程设计手册》张殿印王纯主编化学工业出版社
2.1.2《除尘器手册》张殿印王纯主编化学工业出版社
2.1.3《中华人民共和国国家标准—大气污染综合排放标准》GB16297—2012
2.1.4《大气污染控制工程》郝吉明马光大编高等教育出版
2.1.5《炼焦炉大气污染物排放标准》GB16171－2012
2.2设计原则
2.2.1采用简单、成熟、稳定、实用、经济合理的处理工艺保证处理效果，并节省投资和运行管理费用。
2.2.2设备选型兼顾通用性和先进性，运行稳定可靠、效率高、管理操作方便、维修维护工作量少、价格适中。
2.2.3工艺设备的布置合理紧凑、节约用地。
2.2.4系统具有良好的抗腐性能。
2.2.5严格控制噪声及废水的产生，消除二次污染。
2.3设计范围
从车间排气管汇合后出口开始，经装置入口至排风机出口之间，所有工艺设备、连接管道、管件、阀门、风机、电气装置、自动控制设备等。
2.4处理后气体排放的标准
2.4.1处理后SO2气体的浓度标准见表1
表1SO2浓度的极限
污染物名称
取值时间
浓度极值（二级标准）
二氧化硫（SO2）
年平均
0.06g/m3
日平均
0.15g/m3
1H平均
0.50g/m3
2.4.2在工业企业设计卫生标准（TJ36—79）中，车间空气卫生标准SO2最高允许浓度为15mg/m3。
2.4.3根据《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996表中的标准得出表2参数。
表2二氧化硫最高排放浓度及允许排放速率
最高排放浓度（mg/m3）
最高允许排放速率kg/h
烟尘
150
烟囱高度
20（m）
6.9
二氧化硫
1200
5.1
注：
二氧化硫与烟尘最高允许排放浓度采用的是大气污染物综合排放标准中现有污染源大气污染排放限值的国家二级排放标准。
2.4.4根据《炼焦炉大气污染物排放标准》现有炼焦炉允许排放标准
GB16171－2012
炼焦炉允许排放标准表3
二氧化硫排放标准
200mg/m3
烟尘排放标准
400mg/m3
综上所述，故有，粉尘排放浓度为150mg/m3，二氧化硫排放标准为200mg/m3。
2.5设计依据
2.5.1二氧化硫（SO2）排放浓度≤200mg/m3,脱硫效率≥99.02%；
2.5.2烟尘排放浓度≤150mg/m3,除尘效率≥97.5%；
2.5.3处理烟气量≥15900m3n/h。
2.5.4工厂主要设备应能连续正常工作16小时以上。
2.6施工环境和职业健康安全计划
2.6.1项目环境和职业健康安全目标和指标
a）施工过程及联运试车前系统清扫、试压等废水、建筑和生活垃圾按当地政府统一规定排放；酸洗、碱煮废渣回收利用，零排放。
b）投料试车及生产考核过程：
c）外排废水达到GB13456-92《钢铁工业水污染物排放标准》二级标准要求；
d）烟尘（粉尘、焦粉尘）排放达到GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》二级标准要求，GB16171-1996《炼焦炉大气污染物排放标准》二级标准要求；
e）废渣100%回收利用，零排放；。
f）施工噪声控制达到GB12523-90《建筑施工场界噪声限值》要求。
g）生产噪声控制达到GB12348-90《工业企业厂界噪声标准》III类限值。
2.6.2环境和职业健康安全控制程序
a）QE0-21A-2006《环境因素识别、评价和控制》
b）QE0-22A-2006《危险源辨识、风险评价和风险控制》
c）QE0-23A-2006《应急准备与响应》
d）QE0-09A-2006《施工过程控制》中4.12“施工过程环境和职业健康安全管理”
e）QE0-10A-2006《竣工试验、试运行及考核验收（交付）程序》中4.6“工程竣工试验、试运行及考核验收（交付）过程环境和职业健康安全管理”
f）QEO-20A-2006《事故、事件、不符合控制》
2.6.3施工现场环境和职业健康安全管理制度
a）现场人员安全、环境工作守则：
施工现场应建立安全环境工作守则，并应在宿舍及工作现场明显处张贴，使进入施工现场的项目管理人员和相关方人员都能及时了解和遵守规定要求。
b）环境、职业健康安全教育规定：
对所有进入施工现场的人员必须进行安全教育和环境保护教育，学习相关控制程序和各项规章制度，进行安全操作培训等。
c）施工方案审查制度：
项目部应组织审查施工组织设计和施工程序、参加施工方案的讨论、审查设计和材料随机文件等是否符合安全、环境有关法令、法规和标准规定及相关文件要求。
d）安全设施、设备、材料定期检查检测制度：
安全环境工程师应定期组织检查安全、环境保证及应急准备与响应的设施、设备、材料的检查检测及制度落实情况。
e）安全操作规程：
组织制定试车、开车安全操作规程并得到批准。
f）安全会议制度：
应定期召开施工现场安全工作会议，安全工作会议应建立考勤制度、因故缺勤者应补课。
g）安全环境工作检查制度：
建立安全环境工作检查制度，实施日常检查和专项检查相结合的方式，对工程施工过程安全、环境管理实施监督检查。
h）安全环境工作奖惩制度；建立施工现场安全环境工作奖惩制度，对违反安全环境工作制度的人员，视其情节，有权给予批评、教育、警告、通报批评、罚款直至停止工作。
2.7施工准备工作的要求
a）技术准备：
认真组织编写和审定施工组织设计、作业指导书和技术交底文件，组织安全技术交底，使各道工序顺利进行；准备和熟悉与工程有关规范、安全技术文件、规定、标准和图例。
b）物资准备与要求：
根据施工进度安排做出工料分析，组织物资的进场、存放及保管；对进场材料的出厂合格证、产品说明书、准用证等有关材料进行审定；材料使用前，经现场见证取样化验合格后方可使用，不合格的材料一律退回清离现场，坚决防止工程中使用。
c）劳动力准备：
对特种作业人员要进行验证考核、施工前要进行入场教育。
d）设备施工机具的准备：
按照计划要求组织工程需要的设备、机具进场。
e）现场准备：
组织各施工供方按项目部总体施工计划进行现场临时设施的搭建工作，汇总各施工方提交的用电计划、用水计划，绘制施工总平面图。
第3章工艺设计概述
3.1相关参数的计算
由相关设计参数可计算出脱硫效率：
φ=（Ci-Co）/Ci×100%
其中：
Ci、Co、Cc：
分别为吸收塔进口和出口处二氧化硫的含量。
（mg/m3）
解得：
φ=[（20400-200）/20400]×100%≈99.02%（计算值）
除尘效率公式：
η=（Gc/Gi）×100%=[（Gi-Go）/Gi]×100%
其中：
Gi、Go、Gc：
分别为除尘器进口、出口和落入灰斗的尘量。
（mg/m3）
解得：
η=[（15000-150）/15000]×100%=99%（计算值）
处理烟气量15900m3N/h，进口温度：
393K（120˚C），出口烟温70~90˚C;脱硫塔入口烟气SO2浓度为20400mg/m3；出口烟气二氧化硫浓度为200mg/m3，脱硫效率≥99.02%，吸收塔入口烟气粉尘浓度15g/m3，;出口烟气粉尘浓度为150mg/m3，除尘效率≥99%。
3.2工艺设计范围
本设计方案包括脱硫工程的所有工艺、设备、电气、控制、防腐，即从引风机出口烟道至烟气排放范围内所有工艺系统、电气、控制系统。
整个脱硫工程包括：
烟气系统、吸收系统、吸收液再生系统、浆液配置系统、污泥处理系统、工艺水系统、集散控制系统、辅助工程系统、仪表及控制仪器等其他系统。
3.3方案比选与确定
3.3.1除尘方案的比选与确定
除尘器的设计与选型是除尘工程设计中最重要的环节之一。
除尘器的选型包括除尘器类型容量大小选择及针对工具具体要求的选择等。
选取除尘器类型包括机械除尘器，袋式除尘器，电除尘器，湿式除尘器，空气过滤器等。
除尘器的工作原理都是以作用力为理论基础。
根据力的性质不同，设计出不同的除尘器。
除尘工程中常用的除尘器分为四大类，这些除尘器都是依靠各种力从气体中分离和过滤粉尘粒子的，见表4；
表4常用除尘器的类型与性能
型
式
除尘作用力
除尘
设备
种类
适用范围
不同粒径
效率%
投资
比较
粉尘
粒径（um）
粉尘浓度
（g/m）
温度
阻
力
pa
50
um
5
um
1
um
干
式
重力
重力
除尘器
〉15
〉10
〈400
200～
1000
96
16
3
〈1
惯性力
惯性
除尘器
〉20
〉100
〈
400
400～
1200
95
20
5
1
离心力
旋风
除尘器
>5
>
100
<
400
400～
2000
94
27
8
2
静电力
电除
尘器
>
0.05
30
<
300
200～
300
>
99
99
86
6～8.5
惯性力、扩散力与筛分
袋式
除尘器
振打
清灰
>
0.1
3～
20
<
300
800～
2000
>
99
>
99
99
6～7.0
脉冲
清灰
100
>
99
99
6～7.2
反吹
清灰
100
>
99
99
6～7.5
湿
式
惯性力、扩散力与凝聚力
自激式除尘器
100～
0.05
<
100
<
400
<
400
100
93
40
2.7
喷雾式除尘器
<
10
<
400
<
400
100
96
75
2.6
文氏管除尘器
<
100
<
800
<
100
100
>
99
93
4.7
静电力
湿式电除尘器
>
0.05
<
100
<
400
<
100
>
98
98
98
6～9
根据上表数据和第二章中设计依据，有电除尘器、自激式除尘器、喷雾式除尘器、文氏管除尘器和袋式除尘器满足处理条件；但是根据袋式除尘器是各类除尘器中应用最多的一类，就数量而言，袋式除尘器应用占除尘器总量的60%以上；按处理气体量而言，占到70%以上。
袋式除尘器应用多的原因，在于其除尘效率高，能满足严格的环保要求；运行稳定，适应能力强，每小时可处理气量从几百立方米到数十万立方米并使用于许多工矿企业除尘工程的净化设备。
故在此采用袋式除尘器除去工厂生产中的烟尘。
3.3.2脱硫方案对比选择确定
A国外烟气脱硫发展概况
近几十年来，S02和烟尘污染危害整个生态系统及建筑物等，己成为制约社会经济发展的重要环境影响因素，为解决这一问题，各个国家纷纷开始脱硫技术的研究。
世界上应用烟气脱硫装置最多的国家是美国、日本和德国，且有显著成效。
虽然三国电站装机总量不断增加，但SO:
的排放总量却逐年减少。
对全球SO:
排放总量的削减起到积极作用。
日本是世界上最早大规模应用FGD装置的国家。
截止1990年，其装置达1900多套，总装机容量达0.5^'0.6亿KW。
应用的脱硫技术以湿式石灰/石灰石—石膏法为主，占75%以上。
由于日本资源匾乏，因此大多采用回收流程。
日本国内所用石膏基本都来自烟气脱硫的回收产物。
FGD装置的应用在日本已有近30年的历史，从60年代末开始大规模应用FGD装置使其SO:
污染在70年代中后期基本得到控制。
80年代以来，日本加强了对外出口，对美国、德国及发展中国家大量出口技术及设备，仅向中国就出口或援助近十套FGD装置，占中国进口脱硫装备的70%左右。
日本的SO:
已基本得到控制，同时开始烟气脱硝技术的研究，对同时脱硫脱硝的技术尤为关注。
如被誉为新一代FGD技术的电子束氨法（EBA）和脉冲电晕氨法（PPCP）脱硫，最早均由日本专家提出，并进行大规模研究，目前正在进行工业性试验，有待商业化戈用。
在美国的烟气脱硫装置中，湿法石灰石/石灰法占90%以上，其次是双碱法和碳酸钠法。
80年代以来，为了降低基本投资和运行费用，积极研究及开发了喷雾干燥烟气脱硫和炉内直接喷射石灰石烟气脱硫技术。
美国的ABB公司新开发的LS-2技术，主要采用5～6m/s的高烟气流速（常规流速为3～4m/s）、专利喷嘴、卧式除雾器、超细干式石灰石磨制等。
由于采用高流速，减小了塔的体积，降低了造价。
美国的B&W公司在塔的吸收段喷淋层间增加一多孔合金托盘，在托盘的上下都设喷嘴。
托盘的主要作用是均布气流、增加气一液传质效果，从而提高效率，减少塔高，降低造价[[13]0
欧洲的FGD技术以德国发展最为迅速，其装置总装机容量为0.360.46亿KW，居世界第三位。
从70年代后期开始，在不到20年的发展过程中，FGD技术迅速实用化。
在引进日、美先进技术的同时，立足于本国技术的开发，于70年代末，开始在电站锅炉上安装FGD装置。
1983年颁布的环境法规，促进了FGD装置大规模应用，在1983年至1989年的7年间，其S02排放量降低6.8倍。
截止1992年，5万KW以上燃煤锅炉全部安装FGD装置。
德国主要采用的工艺也是湿式石灰/石灰石一石膏法，占90%以上。
回收流程是抛弃流程2.6倍，75%的工业用石膏来自脱硫系统。
英国主张燃用低硫燃料及高烟囱稀释排放法，而法国则以核电为主，因此两国的FGD技术不如德国。
此外，北欧各国如丹麦、芬兰等国，对FGD技术也开展了大规模研究，开发出许多先进工艺。
如丹麦的旋转喷雾干燥法（据国际能源机构煤炭研究所组织的调查，结果显示，1992年末全世界17个国家的燃煤电厂安装了各种烟气脱硫设备646套，总装机容量达167GW。
其中美国308套、德国208套、日本51套。
湿式脱硫工艺占世界安装FGD机组总容量的81.8%。
B国外烟气脱硫对我国的启示
20年来湿法脱硫技术取得了不断的改进。
美国的ABB公司100MW的高流速塔已开始运行，B&W公司对塔内的“托盘”进行优化研究;德国的诺尔‘克尔茨公司（Noell-KRS）则不断地在改进双循环系统，依照入口烟气中SO2浓度的变化来优化调节上、下循环浆泵的总泵量，从而使功耗不断降低，Biscoff公司对脱硫塔中氧化部分的分段和无机械搅拌系统进行了完善。
湿法脱硫系统在降低工程造价和运行费用方面仍然有不少潜力。
因此，我们应当不断跟踪新的技术发展，同时避免低水平的重复引进。
我国FGD技术的研究起步较早，但进展缓慢。
研究的方法虽然很多，但大多还停留在小试或中试阶段，工业化运行的装置很少，大型装置甚至没有。
因此必须加快研究步伐，赶超世界先进水平。
在加快研究的进程中，应在消化吸收引进的基础上，坚持自主开发，研究出适合我国国情的工艺和设备装置，使其达到产业化应用。
我国电力部门从70年代开始研究Sq控制问题，80年代中期加大了试验研究力度，90年代首次在重庆洛磺电厂两台360MW机组上安装了石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置。
到1999年为止，已有1540MW脱硫机组在运行，工艺包括典型湿法、简易湿法、半干法、电子束法·海水脱硫、炉内喷钙等脱硫技术。
70年代初期美、日颁布了控制燃煤排放SO2的国家标准，80年代初期德国颁布了大型燃烧装置法规。
此后美、日及欧洲火电厂FGD稳步增长。
90年代末全世界有20多个的国家已经或正在通过立法限制SO2排放。
美国SO2排放标准最初颁布于1970年，仅对新建机组提出要求;1990年美国国会通过了“清洁空气修正法案（CAAA），使标准适用范围扩大，要求趋于严格。
CAAA规定对于出力为2.5MW及以上的燃煤锅炉SO:
排放分2个阶段达标。
第1阶段对大型电力公司中的110台锅炉，要求在1995年1月1日前S02排放值不大于1.075ug/J;第2阶段要录出力为25MW及以上的锅炉在2000年1月1日前SO2排放值不大于0.516ug/J。
德国在1983年制订的联邦Sq排放标准，要求所有大于110MW的燃煤电厂在1988年之前均达到85%脱硫效率，或排放水平低于400mg/m3，二者取其严;要求脱硫设备停运时间1次不能超过72h，1年累计不能超过240h。
我国对火电厂SO2提出明确控制要求的法律是1995年修正后重新颁布的《中华人民共和国大气污染防治法》。
根据这一法律的原则要求，一方面，国家环保局于1996年修订了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-1996），对火电厂划分了3个时段（第1时段:
1992年8月1日前;第2时段:
1992年8月1日一1996年12月31日;第3时段:
1997年1月1日后），每个时段都规定了小时允许排放量，并对位于”两控区”第3时段的电厂规定了在煤的含硫量大于1%时，排放水平低于1200mg/m3。
另一方面，国家环保局制定了《酸雨控制区和SO2污染控制区划分方案》并于1998年1月得到国务院批复。
国务院批复中对火电厂提出了具体控制要求:
一是到2000年排放SO2的工业污染源要达标排放，并实行总量控制:
二是除以热定电的热电厂外，在大中城市城区及近郊区禁止新建燃煤电厂;三是新建、改造燃煤含硫量大于1%的电厂要建设脱硫设施;四是现有燃煤含硫量大于1%的电厂，在2000年前采取减排措施;在2010年前分期分批建成脱硫设施或采取其它具有相应效果的控制SO2措施。
排放标准和关于”两控区”的批复是我国控制SO2的主要依据，也标志着我国火电厂的脱硫由起步阶段进入了实质性的控制阶段。
由上可以看出美、德两国的标准均严于我国的标准。
但我国环境保护要求将会不断提高，火电厂SO2控制标准也将不断严格;美、德今天的电力环保要求就是我国明天的目标，为此必须加快我国脱硫设备国产化步伐。
根据欧、美实际情况不同，对脱硫工艺的要求也略有不同，主要体现在脱硫后的烟气处理和对脱硫石膏的利用上。
美国对脱硫后排放烟气的温度没有要求，而德国则要求必须高于720摄氏度;对脱硫石膏综合利用，美国没有特殊要求，而德国则要求综合利用。
这与美、德的国情不同有关。
美国国土辽阔，用常规采矿法制造石膏对环境影响不大，然而对国土窄小，人口密集的欧洲国家来说，采矿所造成的大气污染及植被破坏将对环境造成极大的危害。
因此，德国规定石膏的制造必须利用电厂除硫石灰废液。
根据我国具体情况，如果不硬行规定排烟温度，则可以减少气一气换热器（费用约占脱硫设备投资的15%左右）;石膏若没有条件综合利用，就不一定需要强制氧化系统和石膏水洗系统及高性能的脱水系统，烟气除尘要求也可降低。
这些都能减少相应的设备费用和运行成本。
欧、美两国的区别对我国有一定的借鉴作用。
烟气脱硫方法可分为两类：
抛弃法和再生法。
抛弃法即在脱硫过程中将形成的固体产物抛弃，这需要连续不断地加入新鲜的化学吸收剂。
再生法，顾名思义，与SO2反应后吸收剂可连续地在一个闭环系统中再生，再生后的脱硫剂和由于损耗需补充的新鲜吸收剂再回到脱硫系统循环使用。
烟气脱硫也可按脱硫剂是否以溶液（浆液）状态进行脱硫而分为湿法和干法脱硫。
湿法系统指利用碱性吸收液或含触媒粒子的溶液，吸收烟气中的SO2。
干法系指利用固体吸附剂和催化剂在不降低烟气温度和不增加湿度的条件下，除去烟气中的SO2。
表5为目前正在发展和应用的主要烟气脱硫技术的简单介绍。
表中将烟气脱硫工艺分为四类：
湿法抛弃系统、湿法回收系统和干法抛弃系统、干法回收系统。
因为SO2为酸性气体，几乎所有洗涤过程都采用碱性物质的水溶液或浆液。
表5主要烟气脱硫方法介绍
方法
脱硫剂活性组分
操作过程
主要产物
湿法抛弃系统
石灰石/石灰法
CaCO3/CaO
Ca（OH）2浆液
CaSO4、CaSO3
双碱法
Na2SO3、CaCO3或
NaOH、CaO
Na2SO3溶液脱硫，由CaCO3或CaO再生
CaSO4、CaSO3
加镁的石灰石/石灰法
MgSO4或MgO
MgSO3
CaSO4、CaSO3
碳酸钠法
Na2CO3
Na2SO3溶液
Na2SO4
海水法
海水
海水碱性物质
镁
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