兰化烟气脱硫工艺包.docx
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兰化烟气脱硫工艺包
中国石油天然气股份有限公司
兰州石化公司
化肥厂燃煤锅炉烟气脱硫项目
工艺包
++++++环保工程有限公司
年三月
中国石油天然气股份有限公司
兰州石化公司
化肥厂燃煤锅炉烟气脱硫项目
工艺包
编制：
校核：
审核：
主管副总经理：
1设计基础
1.1概况
1.1.1项目背景
兰州石化公司化肥厂（以下简称化肥厂）动力装置现有3台高压煤粉锅炉，其中A、B锅炉为配套大化肥工程建设的，于1997年建成投产，为东方锅炉厂产品，单台锅炉额定出力145t/h，蒸汽压力10.5MPa，蒸汽温度495℃；C锅炉是为配套16万吨/年乙烯工程建设的，于1999年建成投产，为上海锅炉厂产品，额定出力220t/h，蒸汽压力9.8MPa，蒸汽温度540℃。
三台锅炉原设计值：
耗煤量为76.64t/h，烟气总流量587232Nm3/h，设计煤种含硫量0.75%。
根据中国石油天然气股份有限公司兰州分公司的意见以及《兰州石化化肥厂燃煤锅炉烟气脱硫项目可行性研究报告》的批复，对三台燃煤锅炉进行烟气脱硫改造。
1.1.2设计依据
《兰州石化化肥厂燃煤锅炉烟气脱硫项目可行性研究报告》的批文。
兰州石化公司化肥厂与广州市天赐三和环保工程有限公司签订的《兰州石化化肥厂燃煤锅炉烟气脱硫成套技术工艺包合同》
《石油化工装置工艺设计包（成套技术工艺包）内容规定》SHSG-052-2003
《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2003
1.1.3技术来源
本技术来源于广州市天赐三和环保工程有限公司的专有技术。
该技术包括了多循环稳定双碱法专利技术，以及吸收塔结构专有技术。
并且由广州市天赐三和环保工程有限公司成套供货。
1.1.4设计范围
本工艺包设计范围包括：
本工艺包设计是为A、B和C锅炉提供1套（两塔）烟气脱硫装置及公用设施组成的烟气脱硫系统。
设计范围从引风机出口至烟囱入口的所有有关烟气脱硫系统。
1.2装置规模及组成
本脱硫装置规模为3炉2塔。
整套（两塔）脱硫装置处理2台145t/h及1台220t/h锅炉BMCR工况下100%的烟气量（764879Nm3/h），其中2台145t/h锅炉共用1座塔，1台220t/h锅炉设1座塔。
脱硫装置（FGD）自成体系，系统设置100%烟气旁通烟道。
装置具体组成如下：
：
1）烟气系统
2）脱硫液塔内循环系统
3）脱硫液塔外循环系统
4）脱硫副产物脱水系统
5）脱硫剂的制备系统
6）辅助系统
1.3烟气处理前后参数
1.3.1锅炉燃料
锅炉设计燃用烟煤
设计及校核燃料资料
序号
项目
单位
A煤设计煤种
B煤校核煤种
应用基低位发热值
KJ/kg
24250
23132
元素分析（应用基）
1
碳CY
%
62.75
60.80
2
氢HY
%
3.85
3.58
3
氧OY
%
12.41
10.39
4
氮NY
%
0.63
0.78
5
硫SY
%
0.75
0.57
6
灰份AY
%
9.31
16.88
7
水份WY
%
10.30
7.00
8
可燃基挥发份Vr
%
38.50
35.60
灰融温度
1
变形温度t1
℃
1238
1288
2
软化温度t2
℃
1288
1340
3
熔化温度t3
℃
1340
1397
灰分析
1
SiO2
%
41.82
51.14
2
Al2O3
%
20.41
23.15
3
Fe2O3
%
9.80
7.57
4
CaO
%
2.20
0.82
5
MgO
%
5.27
2.87
6
Na2O
%
2.20
0.82
7
K2O
%
0.82
1.07
8
SO3
%
8.92
4.42
1.3.2锅炉参数：
锅炉A、B蒸发量：
2×145t/h压力：
10.5MPa温度：
495℃
锅炉C蒸发量：
1×220t/h压力：
9.8MPa温度：
540℃
1.3.3烟气量与耗煤量
单台145t/h耗煤量为21,792kg/h
单台220t/h耗煤量为33,056kg/h,
1.3.4锅炉年运行时间：
8000h
1.3.5原烟气成分：
序号
项目
单位
数值
1
烟气中的水分
Nm3/kg
0.71
2
烟气中的氧量
Nm3/kg
0.78
3
烟气中含氧量
Vol-%-湿
7.43
4
烟气中含湿量
Vol-%-湿
6.75
5
烟气中CO2含量
Vol-%-湿
11.15
6
烟气中SO2含量
Vol-%-湿
0.05
7
烟气中N2含量
Vol-%-湿
74.62
8
FGD入口SO2浓度（干烟气）
mg/Nm3
1554.94
9
FGD入口SO3浓度
mg/Nm3
77.75
10
FGD入口HClasCl浓度
mg/Nm3
50
11
FGD入口HFasF浓度
mg/Nm3
10
12
FGD入口粉尘浓度（干烟气）
mg/Nm3
475.21
13
FGD入口烟气温度
℃
180
1.3.6净烟气成分：
序号
项目
单位
数值
1
烟气（干）SO2浓度
mg/Nm3
＜100
2
烟气（干）粉尘浓度
mg/Nm3
＜95
3
烟气（干）含水率
mg/Nm3
＜75
4
林格曼黑度
级
＜I
1.4石灰粉及钠碱品质
1.4.1石灰粉品质
序号
参数
单位
数据
1
CaO
%
80
2
MgO
%
3
CaCO3
%
4
MgCO3
%
5
其他物质
%
6
纯度
%
7
活性分析
8
平均粒径
μm
≤45
9
比表面积
m2/g
10
形态
1.4.2钠碱品质
从化肥厂来的钠碱溶液的Na（OH）含量为31%。
1.5公用物料和能量规格
工艺水：
常温，0.3MPa；
压缩空气：
常温，0.5MPa，不含油、水和尘；用于仪表和控制。
电：
380V，50Hz，三相。
1.6性能指标
序号
名 称
单 位
数 量
备 注
1
烟气处理能力
Nm3/h
764879
2
年操作时间
h
8000
3
脱硫效率
%
≥95
4
吸收剂利用率
%
≥98
5
烟气含水率
mg/m3
＜75
6
排放烟气温度
℃
≥80
7
设备总阻力
Pa
＜1000
8
脱硫塔供水压力
MPa
0.3
9
脱硫塔设防裂度
度
8
10
脱硫装置可用率
%
＞95
11
液气比
L/Nm3
2.5
12
钙硫比Ca/S
mol/mol
1.05
13
循环液PH
6.5～7
14
循环液量
t/h
583～1450
1.7气象及地质资料
1.7.1工程地质
根据大化肥工程动力区地质勘察资料，地层结构自上而下为：
人工填土、层厚0.5～3.9m；粉土，层厚0.5～2.4m；卵石，层厚3.6～4.8m；基岩，第三系（砂）质页岩，强风化。
地下水属潜类，水位深度1.5～2.2m，水质对砼无侵蚀。
岩土的承载力标准值：
卵石层fk=500kPa，基岩fk=350kPa。
1.7.2气象条件
1.7.2.1气温
年平均大气温度9.1℃
最热月平均温度22.8℃
最冷月平均温度-5.2℃
极端最高温度39.1℃
极端最低温度-23.1℃
最热月平均最高27℃
最冷月平均最低-13.1
1.7.2.2湿度
年平均相对湿度60%
最热月平均相对湿度62%
最冷月平均相对湿度58%
1.7.2.3气压
年平均85.2kPa
夏季平均84.8kPa
冬季平均85.6kPa
1.7.2.4降雨量
年平均降雨量331.5mm
日最大降雨量50mm
最大连续降雨量27mm（一小时最大）
1.7.2.5积雪
最大积雪厚度100mm
雪荷载147.15Pa
1.7.2.6风
年最多风向及频率C—62%（静风）NE-7%
夏季最多风向及频率C—51%NE—3%E-8%
年平均风速0.8m/s
最大风速21.4m/s
夏季平均风速1.1m/s
冬季平均风速0.4m/s
风荷（地面以上10m）294.3Pa
1.7.2.8冰冻
最大冻土深度1030mm
1.7.2.9雷暴、冰雹
年最多雷暴天数33天
年冰雹天数1.5天
1.7.2.10地震
地震裂度8度（麦卡里）
1.7.2.11土壤
土壤类别I级自重湿陷性黄土
土壤电阻率13000Ω·cm
1.8设计采用的主要标准规范
《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003）
《火力发电厂烟气脱硫设计技术规程》（DL/T5196-2004）
《污水综合排放标准》GB8978－1996
《工业企业厂界噪声标准》GB12348－90
《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》GB18599-2001
《建筑采光设计标准》GB/T50033-2001
《动力机器基础设计规范》GB50040-96
《建筑内部装修设计防火规范》（2001年版）GB50222-95
《石油化工企业设计防火规范》（1999年版）GB50160-92
《火力发电厂与变电所设计防火规范》GB50229-96
《建筑设计防火规范》（2001年版）GBJ16-87
《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005
《火电厂烟气排放连续监测技术规范》HJ/T75-2001
《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求
及监测方法》HJ/T76-2001
《火力发电厂设计技术规程》DL5000-2000
《小型火力发电厂设计规范》GB50049-94
《压力容器安全技术监察规程》1999版
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92
《室外给水设计规范》（GB50013-2006）
《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
《建设项目环境保护设计规定》
2工艺说明
2.1工艺原理及特点
双碱法的显著特点是始终用可溶性的碱性清液作为吸收剂在吸收塔中吸收SO2，然后将大部分吸收液排出吸收塔外再用石灰乳对吸收液进行再生，从根本上克服了石灰石－石膏法工艺无法克服的问题——吸收塔结垢堵塞。
从而不存在结垢和浆料堵塞等问题。
由于在吸收和吸收液处理中，使用了两种不同类型的碱，故称为双碱法。
双碱法包括了钠钙、镁钙、钙钙等各种不同的双碱工艺。
钠钙双碱法是较为常用的脱硫方法之一，该法在国外（如日本、美国）已有大型化成功应用，在日本和美国至少有50套双碱法脱硫装置，成功应用于电站和工业锅炉。
TFGD多重循环稳定双碱法脱硫工艺和装置是国内双碱法中应用业绩最多、单台业绩最大的烟气脱硫技术，目前在国内拥有总容量超过1000MW机组的成功业绩。
TFGD多循环稳定双碱法使用NaOH或Na2SO3碱液吸收烟气中的SO2，生成HSO32-、SO32-与SO42-，反应方程式如下：
一、脱硫过程
（1）
（2）
（3）
二、氧化过程（副反应）
（4）
（5）
三、再生过程
（6）
（7）
TFGD多重循环稳定双碱法脱硫工艺以石灰浆液作为主脱硫剂，钠碱不断循环利用。
由于在吸收过程中以钠碱为吸收液，脱硫系统不会出现结垢等问题，运行安全可靠。
由于钠碱吸收液和二氧化硫反应的速率比钙碱快很多，能在较小的液气比条件下，达到较高的二氧化硫脱除率。
2.2主要工艺操作条件
脱硫系统主要设计和运行参数
项目
单位
1#吸收塔
2#吸收塔
塔体规格尺寸
mm
7700×23000
6700×23000
塔体结构
格栅+喷淋+折板除雾
格栅+喷淋+折板除雾
液气比
L/Nm3
2.5
2.5
钙硫比
Ca/S
1.05
1.05
浆液含固量
Mol/mol
0.1
0.1
石灰粉粒度
目
200目
200目
消耗石灰粉量（三台共计）
（CaO80%纯度，年运行时间8000h计）
t/a
4781
3627
消耗烧碱的量，31%浓度
t/a
420
318
入口烟气温度
℃
180
180
出口烟气温度（热空气加热后）
℃
80
80
出口烟气水蒸汽含量
mg/Nm3
≤75
≤75
出口烟气SO2含量
mg/Nm3
＜100
＜100
出口烟气含尘量
mg/Nm3
＜95
＜95
烟气流速（空塔速度）
m/s
～3.5
～3.5
脱硫系统压降
Pa
＜1000
＜800
系统补充水量
t/h
40.869
循环泵循环液量
t/h
583～1450
系统可用率
%
＞98
漏风率
%
＜2
吸收剂利用率
%
＞95
生产运行人员
人
4
年运行时间
小时
8000
电力消耗
kW·h
550
脱硫效率
%
95
2.3工艺流程说明
TFGD多循环稳定双碱法工艺流程主要包括六部分：
烟气系统、脱硫液塔内循环系统、脱硫液塔外循环系统、脱硫副产物脱水系统、脱硫剂的制备系统及辅助系统。
1）烟气系统
烟气从锅炉原除尘器出来后，通过引风机进入脱硫系统。
在脱硫系统中，烟气先经过预喷淋段的急冷降温，然后进入吸收塔，在塔内完成多级脱硫洗涤，洁净烟气由塔内除雾器除雾脱水后，通过湿烟道排至烟囱排放。
湿法脱硫后的烟气温度较低，为了减少低温烟气对后续设备或设施的腐蚀，采取混热的方式对烟气进行升温。
烟气混热系统采用热空气与净烟气混合再热，保证烟气进烟囱温度大于80℃。
2）脱硫液塔内循环系统
脱硫液（碱液）在吸收塔内采用两级格栅三层喷淋，使脱硫液不断循环，脱硫液与原烟气充分接触，对烟气进行洗涤。
烟气中的粉尘被捕集下来，烟气中的酸性气体在脱硫液的液滴表面完成传质传热的化学过程，最后进入脱硫液中。
新鲜的脱硫液进入系统，中和吸收了酸性气体的脱硫液，部分达到一定浓度的脱硫液被泵送出，进行塔外再生循环。
3）脱硫液塔外循环系统
脱硫液塔外循环系统的缓冲池分为两格，一定浓度的脱硫液从吸收塔下部的塔釜中被再生泵送入缓冲池的其中一格中，然后再用泵送至反应池，与石灰浆液进行再生反应，经反应后的浆液自流进入高效沉淀池，在沉淀池中，实现固液分离。
清液进入缓冲池的另一格中，由缓冲池泵入吸收塔循环使用。
沉淀下来的脱硫渣被泵输送至脱硫副产物脱水系统进行脱水处理。
脱硫液在反应池再生后，钠碱得到再生，二氧化硫以钙盐的形式被固化。
钠碱重新回到塔内循环吸收。
脱硫系统补充部分流失的钠碱，钠碱溶液被泵输送至缓冲池的另一格中，绝大部分的钠碱在系统中循环使用。
4）脱硫副产物脱水系统
在沉淀池中沉淀下来的钙盐送入真空带式脱水机进行脱水处理。
含水的钙盐浆液送入真空带式脱水机的浆液分配槽中。
分配槽将浆液均匀分配在真空脱水机滤布上，浆液中的水分被真空泵抽吸，进入气水分离器中进行气水分离，空气排入大气，水分从气水分离器中排出，排至沉灰池。
脱硫副产物在真空脱水机的滤布上被脱至含水率低于10-15%，形成固态的脱硫副产物。
固态的脱硫副产物经脱水后被输送至脱硫副产物仓或槽中储存，等待外运综合利用或填埋。
5）脱硫剂的制备系统
石灰被槽车运来，利用气力输送至石灰贮仓。
使用时，石灰粉通过计量装置给料到消石灰机中进行消化，消化后的石灰浆液在石灰浆液池中稀释待用。
石灰浆液泵将石灰浆液输送至反应池与脱硫液进行反应、再生。
烧碱采用液态烧碱，由化肥厂酸碱站供给，通过管道将液态烧碱送至本项目烧碱储罐备用。
使用时通过烧碱计量泵将烧碱投加至缓冲池，然后用泵送入吸收塔内。
6）辅助系统
辅助系统包括工艺水、排放系统、压缩空气系统等。
工艺水系统作用是脱硫各系统补水及设备管道冲洗；
排放系统是各设备的排水和溢流至地坑，然后用液下泵送至沉灰池。
压缩空气系统是给CEMS系统及真空皮带脱水机等设备供压缩空气。
2.4工艺流程图（PFD）
工艺总流程见图TSLH-K01-01。
2.5物流数据表
100%BMCR物流数据表
单位
kg/h
进入吸收塔烟气
A炉
进入吸收塔烟气
B炉
进入吸收塔烟气
C炉
1#吸收塔入口
2#吸收塔入口
1#吸收塔出口
2#吸收塔出口
1#吸收塔再热空气
2#吸收塔再热空气
1#吸收塔再热后烟气
2#吸收塔再热后烟气
O2,N2,CO2,etc
197534.67
197534.67
299708.76
395069.34
299708.76
395069.34
299708.76
26,411
19,939
421480.74
319647.82
SO2
105.89
105.89
160.66
211.77
160.66
10.59
8.03
N/A
N/A
10.59
8.03
SO3
0.53
0.53
0.80
1.06
0.80
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
HCl
0.53
0.53
0.80
1.06
0.80
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
H2O
14308.14
14308.14
21708.97
28616.27
21708.97
37401.11
34960.70
N/A
N/A
37401.11
34960.70
飞灰
4.82
4.82
7.31
9.64
7.31
0.96
0.73
N/A
N/A
0.96
0.73
总计
211954.57
211954.57
321587.31
423909.14
321587.31
432482.01
334678.23
26,411
19,939
458893.41
354617.28
总计,干态
197646.43
197646.43
299878.34
395292.87
299878.34
395080.89
299717.53
26,411
19,939
421492.30
319656.58
流量,m3/hr
360747.49
360747.49
547342.82
721494.98
547342.82
634941.49
481548.08
50,960
38,472
685,902
520,020
流量,Nm3/hr
217451.57
217451.57
329927.60
434903.13
329927.60
456767.62
346418.64
24,286
18,335
481,054
364,753
温度,°C
180.00
180.00
180.00
180.00
180.00
50.70
70.70
300.0
300.0
80.0
80.0
工况压力,mmH2O
120.00
120.00
120.00
120.00
120.00
120.00
120.00
压强,kPa
86.40
86.40
86.40
86.40
86.40
86.40
86.40
85.20
85.20
85.20
85.20
烟气密度,kg/m3
0.69
0.69
0.69
0.69
0.69
0.80
0.81
0.62
0.62
0.80
0.81
SO2mg/dNm3@6%O2
1554.94
1554.94
1554.94
1555.00
1555.00
100
100
NA
NA
72
72
2.5.1烟气数据表
2.5.21#塔液体数据
物料编号
7
8
9
10
11
12
物料流程
循环浆
液
回流浆液
再生浆液
急冷泵浆液
急冷水
除雾器冲洗水
吸收塔蒸发水
液体
质量流量
t/h
388.5
343.44
336
14.3
10
8.06
19.98
体积流量
m3/h
370
324
320
14.3
10
8.06
19.98
摩尔浓度
mol
Na2SO3
0.1
Na2SO3
0.1
Na2SO3
0.1
Na2SO3
0.1
0
0
0
压力
kPa
180
320
300
150
150
150
14.29
密度
t/m3
1.05
1.06
1.05
1.05
1.0
1.0
1.0
灰
kg/h
30.3
0
30.16
6.5
0
0
0
氯含量
ppm
20000
20000
20000
20000
0
0
0
2.5.32#塔液体数据
物料编号
13
14
15
16
17
18
物料流程
循环
浆液
回流
浆液
再生
浆液
急冷泵浆液
急冷水
除雾器冲洗水
吸收塔蒸发水
液体
质量流量
t/h
252
225.6
220.5
7.15
10
5.36
15.15
体积流量
m3/h
240
212.8
210
7.15
10
5.36
15.15
摩尔浓度
mol
Na2SO3
0.1
Na2SO3
0.1
Na2SO3
0.1
Na2SO3
0.1
0
0
0
压力
kPa
180
320
300
150
150
150
14.29
密度
t/m3
1.05
1.06
1.05
1.05
1.0
1.0
1.0
灰
kg/h
30.3
0
30.16
6.5
0
0
0
氯含量
ppm
20000
20000
20000
20000
0
0
0
2.5.4
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