半干法脱硫技术.docx
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半干法脱硫技术
首钢矿业
4×10t/h煤粉锅炉烟气脱硫改造工程
初步技术方案
唐山哈罗环保设备有限公司
2014.07
目录
1、概述…………………………………………………………1
1.1现有状况……………………………………………………1
1.2设计依据……………………………………………………1
1.3设计范围…………………………………………………… 2
2、工艺设计……………………………………………………2
2.1设计条件……………………………………………………2
2.2工艺选择……………………………………………………3
3、主要设备……………………………………………………7
3.1GSA吸收反应塔…………………………………………8
3.2旋风分离器…………………………………………………9
3.3灰循环控制机………………………………………………9
3.4GSA钢支撑和附件…………………………………………9
3.5石灰浆液制备和储存系统…………………………………9
3.6反应产物的输送和储存系统………………………………10
3.7烟气循环系统………………………………………………10
3.8控制系统……………………………………………………10
3.9脱硫除尘设备的布置………………………………………10
3.10主设备明细表………………………………………………11
4、系统设计运行参数…………………………………………12
4.1工况参数……………………………………………………12
4.2性能参数…………………………………………………12
5、主要消耗指标………………………………………………13
6、总投资估算…………………………………………………13
7、方案评述……………………………………………………15
8、存在问题……………………………………………………15
9、附图…………………………………………………………15
9.1工艺系统图…………………………………………………15
9.2立面图………………………………………………………15
1．概述
首钢矿业对现有4×10t/h煤粉锅炉进行烟气脱硫改造。
1.1现有状况
贵公司现有4台10t/h高压煤粉锅炉，投运以来，运行稳定。
但在日益严峻的环保形势下，需要对锅炉烟气净化系统进行脱硫改造并进一步降低烟尘的排放浓度.
1.2设计依据
·《大气污染物排放标准》（GB13223-2003）
1.3设计范围
本方案确定的界区范围为：
烟道系统从锅炉空气预热器出口到烟囱入口处；脱硫剂制备系统从原料卸料场（不包括运输设备）至脱硫剂制备装置；脱硫工艺系统从公用系统（汽、水等）到除尘器入口止；除尘系统用布袋除尘器替代静电除尘器；电气和控制系统从电气开关柜进线端子开始的全部电气和热控系统。
其中设计内容包括：
·脱硫系统的工艺设计
·界区内工艺管路（烟气、水、风、汽等）设计
·界区内脱硫工艺设备的设计与选择
·界区内工艺钢结构的设计
·界区内电气及热控系统的设计
·界区内给排水设计
2、工艺设计
2．1设计条件
燃煤特性：
S=0.4%,
锅炉燃料耗量：
170kg/h（每台）
2.1.1设计参数
按锅炉参数和燃煤特性计算的设计参数如下。
锅炉出口烟气参数：
流量：
41500Nm3/h
温度：
135℃
烟气SO2浓度：
820mg/Nm3
烟气烟尘浓度：
1870mg/Nm3
2.1.2技改后达到的性能指标
按给定的排放要求,在符合设计运行条件下保证:
排烟SO2浓度:
≤200mg/Nm3
排烟粉尘浓度:
≤30mg/Nm3
脱硫效率:
≥75%
总除尘效率:
≥99.9
脱硫系统压降:
≤3,000Pa
2.2工艺选择
本项目的技术要求是煤粉燃烧锅炉实施脱硫之后还需进一步除尘,并且在实施脱硫的同时,又尽可能提高系统总体除尘效率,以达到系统的综合脱硫效率≥75%、除尘效率≥99.9%，本着”因地制宜,量体裁衣”的原则,在分析比较多种技术方案的基础上,提出适合本项目的最佳技术方案.
2.2.1工艺比较与确定
目前国内外普遍采用干法、半干法和湿法烟气净化的工艺已比较成熟,但干法的净化效率达不到本项目的脱硫要求,故不予考虑。
本方案采用引进美国的气—固循环一体化烟气净化工艺。
该烟气脱硫除尘净化工艺是以气态悬浮吸收法脱硫（GSA）和布袋除尘相结合的气固循环烟气净化系统，称作ICFGC系统。
ICFGC烟气脱硫除尘工艺具有很多优点：
脱硫除尘效率高、吸收剂利用率高、耗水量小、耗电少、副产品干态易于处理、占地小、运行操作简单、对烟气负荷变化的适应性好、系统运行可靠、无结垢堵塞等。
该技术自八十年代初开发成功以来，己在几十项工程上得到应用，其性能比喷雾干燥工艺好，也优于其它以固粒循环为基础的类似脱硫工艺，由于脱硫前不需设前置除尘器，特别适合于配用布袋除尘的锅炉烟气脱硫改造。
综合考虑既脱硫又除尘的净化要求，经济合理和现场条件等方面因素，以半干式GSA脱硫为基础配布袋除尘器的气固循环一体化烟气净化系统（ICFGC）是本项目的最佳技术方案。
2.2.2气固循环一体化烟气净化系统（ICFGC）工艺简述
2.2.2.1工艺原理
GSA半干式烟气脱硫除尘是在传统半干法的基础上进一步发展而成的脱硫工艺。
该系统由以下五个主要部分构成：
·石灰储存和浆液制备系统：
通过专门设计的螺旋输送机将石灰按比例要求送入熟化罐进行熟化，制成熟石灰浆液，供反应塔脱硫使用。
其化学反应为：
CaO＋H20→Ca（OH）2
·GSA反应塔系统：
烟气与熟石灰浆和由旋风分离器返回的固体物质进行混合，在强紊流条件下，所含酸性气体与脱硫剂反应。
其化学反应为：
Ca（OH）2＋S02→CaS03＋H20
CaS03＋02→CaS04
·灰循环系统：
旋风分离器将烟气中的气固混合物进行分离，下落的灰粒经专门灰循环机将绝大部份干态固体物质返回反应塔，这样可以充分利用吸收剂，实现石灰用量最小化，提高了吸收效率；同时又可将一部份固粒分离下来，大大减少后置除尘器的负荷，改进其除尘性能。
·除尘系统：
用后置除尘器去除烟气中的飞灰、反应产物和未反应物等固体颗粒。
由于有前置旋风分离器和固粒控制机，使进入后置除尘器的粉尘量一般不超过10g/Nm3,有利于提高除尘效率。
·烟气再循环系统：
将净化后的部分烟气再循环到反应塔入口，控制反应塔的气流速度。
·酸性气体的排放
烟囱内的酸性气体排放监控器直接控制脱硫剂的供给量。
这可通过控制供给反应塔的石灰计量给料机、浆液泵的变频电机来精确控制脱硫剂喷射量。
除了上述的控制系统，颗粒过滤器、石灰浆制备系统及最终副产品的储存系统都有各自的控制系统。
2.2.2.2GSA系统的技术优势
气态悬浮吸收法（GSA）的突出特点是反应塔内的流化状态。
反应塔流化床的平均气速高，固体颗粒的平均浓度为传统的喷雾干燥法的数十倍至上百倍，强化了传热和传质过程。
反应塔内的颗粒物质包括来自污染源的飞灰、未反应的石灰和反应后的副产品，经循环反应，最大程度的利用了吸收剂，节省了吸收剂的用量。
GSA工艺在运行过程中还具有很多独特优势：
·反应塔内更有效的蒸发冷却
冷却水的气化蒸发降低了上行的烟气的温度。
在文丘里内的强紊流条件下，浆液与固粒碰撞，使得颗粒表面形成薄液膜，这一过程又促进了快速蒸发。
与传统的喷雾干燥法相比烟气的停留时间缩短到1／4－1／5。
而其副产品的含水量小于1％，使短时间内得到干态副产品成为可能。
·反应条件好，吸收剂利用率高
反应塔的流化状态有利于吸收反应的进行，95％以上的吸收剂循环使用，最大程度地利用了吸收剂。
·更接近绝热饱和温度
正如上所述，GSA排出的副产品的含水量小于1％，这使得除尘系统可以在更接近烟气绝热饱和温度的条件下运行，以达到更高的脱硫效率，而且可以避免系统部件的固体颗粒堆积、结垢等问题。
·反应塔的高效运行
GSA的固有优势在于靠反应塔内高浓度的固体颗粒的流化状态来实现化学反应要求的热量和质量的高效传递，因此塔体小，而效率高。
·高效去除酸性气体
由于GSA可以在较低的气体温度下运行，这使得系统可以取得较高的酸性气体去除效率。
GSA可达到90—95％的脱硫和95—98％的脱HCL效率。
若操作人员要降低石灰耗量或增加酸性气体的吸收效率，可以通过控制气体温度或吸收剂供给速率来实现。
除了去除酸性气体，该工艺还能有效的去除二恶英和汞等重金属元素。
·最优的固粒去除效率
GSA的流化床技术使得亚微米颗粒高度凝结成粒径较大的颗粒物质，致使旋风分离器的除尘效率很高，不需要在反应塔前加装预除尘器，而且减少了进入位于旋风分离器之后的电除尘器的粉尘量，因而提高了系统的除尘效率。
·采用烟气再循环，适应锅炉负荷变化，保证运行可靠和性能。
·运行操作简单
运行过程中，喷射枪装拆简便，二个人就可以完成。
特殊设计的装卸机构使拆换只需儿分钟，不会影响系统的正常运行。
拆下来的喷射枪可以在方便时进行清洗和维护。
·占地小，最适合于布置在锅炉和电除尘器之间。
2.2.2.3工艺流程图
见附图9.1
3．主要设备
GSA烟气脱硫和除尘系统包括以下几个主要的设备部件：
·气态悬浮吸收塔（GSA）
·旋风分离器
·灰循环控制器
·电除尘器
·引风机
·石灰储存和制备系统
·仪表和控制系统
除了上述所列，还有下面是所需的辅助系统：
·建筑支撑和平台
·供水系统
·供电系统
·副产品的运输和储存系统
·膨胀节和烟道系统
3.1GSA吸收反应塔
反应塔的进口处设有文丘里管，其中装设高效吸收剂喷射枪，烟气在文丘里中加速，促进吸收剂浆液和冷却水的雾化，增强气固液三相之间的充分混合，烟气被冷却水和浆液迅速冷却，吸收剂被液滴附膜，最大程度地促进了吸收反应的进行。
反应塔采用钢质材料，塔底配有气流分布板。
为提供脱硫剂浆液和调节出口烟气温度的冷却水，采用软管型排液泵，在不同流速时保持恒定压力。
·供水系统
·供电系统
·副产品的运输和储存系统
·膨胀节和烟道系统
3.2旋风分离器
根据烟气量的大小确定反应塔配置旋风分离器的数量，本方案采用一个吸收反应塔配一台旋风分离器。
旋风分离器将反应塔排出的烟气中的固体颗粒分离。
旋风分离器为垂直圆柱容器，气体切向进入，顶部排出，底部为圆锥形灰斗。
旋风分离器配有可更换耐磨衬里、自动调温电加热器、检修门、膨胀节和滑板闸门。
3.3灰循环控制机
在旋风分离器下方配一台物料循环控制机，用来存储和控制物料机循环倍率，其底部平行安置的计量螺旋给料机可以根据气流量的多少，按照比例将循环物质加入反应塔。
多余物料则排至除灰系统，实现后置主除尘器前的“预除尘”。
3.4GSA钢支撑及附件
GSA用钢架支撑于混凝土基础平台上，设有维护、检修平台等附件。
3.5石灰贮存及制备
石灰用气力输送至石灰料仓料仓震动器装于锥形灰斗底部，用于向熟化罐进料。
在出料口有一个刀闸阀，在维修下面部件时可以关断；
料仓中的石灰用给料机进行计量，按照比例加入熟化罐，搅拌熟化后经输送泵进入浆液罐，供GSA反应器脱硫使用。
3.6反应产物的输送和储存系统
采用结构简单、运行可靠的机械输灰系统，用于反应塔底部排灰和反应塔出口的物料循环给料仓溢流灰的输送，并与电除尘的排灰和输灰系统结合，将固粒物料输送到最终反应产物料场。
3.7烟气循环系统
烟气循环系统由循环烟道和一个控制挡板组成。
在锅炉低载和变负荷运行时，从引风机出口引入净化后的烟气流到GSA的入口与待净化烟气混合，使GSA反应塔保持最佳气流量和物料的悬浮态，可适应30—100％的负荷变化。
一个调节挡板用来自动控制循环气流，无需另加循环风机。
3.8控制系统
采用PLC用于控制气固循环一体化烟气净化系统（ICFGC）所有相关设备的自动启动、停运，参数调节和控制以及安全保护，同时监视每个子系统的运行。
3.9脱硫除尘设备的布置
根据电站的现有场地条件，将GSA吸收反应塔和旋风分离器布置在锅炉出口和现有静电除尘器之间。
其它的主、辅设备，根据现场具体情况和电厂要求进行合理布置。
现有检修场可用于工程施工场地。
系统立面布置图见附图8.2，具体布置还可根据现场条件进行调整。
3.10主设备明细表
名称
规格
材料
数量
一、脱硫剂制备系统
石灰料仓
1
料仓除尘器
1
计量给料器
1
熟化罐（配搅拌器
非标组合件
1
浆液输送泵（配电机）
2
浆液储罐（配搅拌器）
1
浆液供给泵（配电机）
2
二、吸收反应塔和除尘系统
气悬浮吸收反应塔（GSA）
1
入口文丘里
非标组合件
1
旋风分离器
1
物料循环给料箱
（进口）
1
循环物料给料器
（进口）
1
循环给料箱溢流输送机
（进口）
1
浆液/水/空气喷枪
（进口）
3
冷却水泵（配电机）
2
浆液泵
2
喷头
（进口）
3
输灰机
1
三、烟气系统
再循环烟道
2
再循环烟气控制档板
2
四、仪控、电气系统
PLC控制系统
______
1套
就地控制及仪表
1套
电气开关柜
______
3
五、空气压缩系统
空气压缩机
1
过滤器
1
储气罐
1
就地控制及仪表
套
1
六、工艺水供应系统
工艺水箱
30m3,ф4.0×5.2m
1
工艺水泵（配电机）
25m3/h,70m
2
管道
4.系统设计运行参数
4.2性能参数
表4.2脱硫除尘系统运行技术性能参数（每台炉满负荷运行）
项目
单位
数值
燃煤含硫量
%
0.4
锅炉出口烟气SO2量
kg/h
34
mg/Nm3
820
GSA脱硫量
kg/h
25.5
脱硫效率
%
75
出口烟气SO2量
kg/h
8.5
出口烟气SO2浓度
mg/Nm3
205
要求出口烟气粉尘浓度
mg/Nm3
30
系统除尘效率
%
99.9
5.主要消耗指标（四台炉）
脱硫剂消耗（CaO,90%纯度）：
97.9kg/h
耗水量：
2m3/h
耗电量：
厂用电率：
系统烟气阻力
GSA：
2100Pa
布袋除尘器：
1200Pa
6、总投资估算
1、设备
1）GSA脱硫吸收塔
包括：
循环流化床反应器、文丘里喷射段、
旋风除尘器、布袋除尘器、循环和预除尘控制箱、
吸收剂浆液喷咀、定压变速水泵、
定压浆液变速泵、防磨内衬、就地控制屏。
568万元
2）脱硫（石灰—CaO）浆液储存熟化和制备系统11.9万元
3）烟道系统（吸收塔入口，旋风分离器出口分离塔）31.0万元
4）输灰系统15.0万元
5）电气系统39万元
6）仪控系统（未包括在线控制）95万元
7）压缩空气系统23.2万元
8）钢结构（吸收塔、烟道、料气等）48万元
设备总价：
831.1万元
2、安装费：
30万元
3、土建：
28万元
4、技术及服务费
1）设计：
2）设计维修费：
3）性能保修技术服务费：
4）现场服务费：
5）启动、调试费：
6）培训费：
总工程概算：
889.1万元
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