40吨锅炉脱硫技术方案氧化镁法塔外氧化循环1.docx

1、40吨锅炉脱硫技术方案氧化镁法塔外氧化循环1 广阳热电广阳热源厂329MW煤粉锅炉烟气脱硫工程技术方案民生环保科技二一五年四月1.工程概述广阳热源厂拟建3台29MW煤粉锅炉，为了积极响应国家节能减排的号召，拟同时配套建设锅炉烟气除尘、脱硫、脱硝设施及相关的配套设备和构筑物，使二氧化硫、氮氧化物、烟尘等指标达到国家的排放标准。本方案将根据提供的基础数据和相关国家标准，按照建设方和环境保护管理部门的意见，从技术和经济等方面，叙述其烟气脱硫除尘系统的可行性。烟气脱硫除尘系统参照国家规定的工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规（HJ462-2009），采用成熟、先进、可靠的氧化镁湿式烟气脱硫工艺，340

2、t/h锅炉采用3炉1塔的配置方式，塔氧化、循环。2.工程设计2.1 总体设计原则1) 设计必须符合适用的要求：选择的处理工艺、构筑物（建筑物）型式、主要设备、设计标准和数据等，应最大限度地满足使用的需要，以保证烟气脱硫系统功能的实现。在充分尊重用户需求和环境保护管理部门意见的同时，认真执行国家有关法规、标准及规定。2) 设计应符合经济的要求：选择的处理工艺应能满足系统需要和要求，并尽可能降低运行费用。设计中一方面尽可能选用质优价廉的设备，以及采用合理措施降低工程造价；另一方面又必须保证在工程建成投入使用后，取得最大的经济效益和使用效果。3) 技术应当力求先进、合理：设计中必须根据生产的需要和可

3、能，在经济合理的原则下，尽可能采用先进技术。在机械化、自动化与仪表化程度方面，要从实际出发，根据需要和可能及设备的供应情况，妥善确定。4) 实用、美观，避免二次污染：平面布置和建、构筑物形式力求与厂区其它建筑和环境协调一致。整个系统设计应充分考虑设备噪声、处理药剂等可能造成的二次污染。5) 不影响锅炉正常运行：脱硫系统工作时不影响锅炉的正常运行，并保证在给定设计条件下，确保烟气中SO2的达标排放。脱硫装置使用寿命长、操作维护简单，布置紧凑、占地面积小。处理设施有较高的耐冲击负荷能力，并能在北方冬季寒冷气候条件下正常运行。2.2 设计依据1) 建设方提供的基础资料及要求；2) 环境空气质量标准（

4、GB3095-19960）；3) 大气污染物排放综合标准（GB16297-1996）；4) 工业炉窑大气污染物排放标准（GB9078-1996）；5) 锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2014）；6) 工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规（HJ462-2009）；7) 煤炭工业污染物排放标准（GB20426-2006）；8) 火电厂设计技术规程（DL5000-2000）；9) 火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003）；10) 锅炉烟尘测试方法（GB5468-91）；11) 环境保护产品技术要求湿式烟气脱硫除尘装置（HJT288-2006）；12) 工业管道工程施工及验收规（

5、GBJ235-82）；13) 机械设备安装工程施工及验收规（TJ231-78）；14) 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸（GB985）；15) 漆装前钢料表面锈蚀等级和除锈等级（GB 8923-1988）；16) 机械密封试验方法（GB/T14211）；17) 机械密封技术条件（JB4127.1-1999）18) 工业企业厂界噪声标准类混合区评价标准（GB12348）19) 焊接件通用技术要求（JB/ZQ4000.3-86）20) 装配通用技术要求（JB/ZQ4000.9-86）21) 工业设备及管道绝热工程设计规（GB5026497）22) 设备及烟道保温技术通则（GB4

6、27292）23) 固定式钢直梯（GB4053.193）24) 固定式工业防护栏杆（GB4053.393）25) 固定式工业钢平台（GB4053.493）26) 工业企业照明设计规（GB5003492）27) 低压配电设计规（GB5005495）28) 供配电系统设计规（GB50052-95）29) 通用用电设备配电设计规（GB5005593）30) 机械设备焊接标准（JB47082000）31) 钢结构设计规（GBJ1791）2.3 设计参数及性能指标本工程设计、制造、安装与340t/h煤粉锅炉相配套的脱硫系统。我公司严格按照建设方及相关标准要求，设计脱硫效率大于97%，保证烟气脱硫效率大于

7、94%，烟囱出口SO2排放浓度100mg/Nm3，烟尘排放浓度20mg/Nm3，相关的基本参数及燃煤煤质分析按下表设计。脱硫系统主要技术经济性能指标序号项 目 名 称单 位数 据1锅炉出力t/h3402运行锅炉台33设计烟气总处理量m3/h2595004烟气温度801207锅炉SO2初始排放浓度mg/Nm315008设计脱硫效率%979保证脱硫效率%9410处理后SO2排放浓度mg/Nm310011SO2脱除量kg/h25212脱硫工艺湿式氧化镁13脱硫塔配置一炉一塔14循环水形式塔氧化、循环15Mg/Smol/mol1.0316脱硫剂氧化镁粉17脱硫剂品质325目、90%纯度18MgO小时耗

8、量kg/h19419MgO日消耗量t/d4.720系统装机功率kW212.621液气比L/m3622脱硫装置循环水量m3/h155023平均每天工艺水耗m3/d31824出口烟气中雾滴浓度mg/Nm37525脱硫系统阻力Pa120026脱硫主体设备使用寿命年152.4氧化镁法湿式烟气脱硫工艺2.4.1工艺原理氧化镁脱硫技术是一种成熟度仅次于钙法的脱硫工艺，氧化镁脱硫工艺在世界各地都有非常多的应用业绩，其中在日本已经应用了多个项目，的电站95%是用氧化镁法，另外在美国、德国等地都已经应用，并且目前在我国部分地区已经有了应用的业绩。镁法脱硫工艺是镁的碱性氧化物与水反应生成氢氧化物，再与二氧化硫溶于

9、水生成的亚硫酸溶液进行酸碱中和反应，氧化镁反应生成的亚硫酸镁和硫酸镁，亚硫酸镁氧化后生成硫酸镁。脱硫过程中发生的主要化学反应有:MgO+H2O=Mg(OH)2 Mg(OH)2+SO2=MgSO3+H2OMgSO3 H2O+SO2=Mg(HSO3)2MgSO3 +1/2O2 =MgSO4氧化镁法脱硫是一种前景较好的脱硫工艺，该工艺较为成熟，原料来源充足，在我国氧化镁的储量十分可观，目前已探明的氧化镁储藏量约为160亿吨,占全世界的80%左右。其资源主要分布在、等省，其中占总量的84.7%，其次是莱州，占总量的10%，其它主要是在大河，干洛岩岱、汉源，肃北、别盖等地。因此氧化镁完全能够作为脱硫剂应

10、用于各单位的脱硫系统中去。镁法投资少，运行费用低，脱硫效率高，结构简单，并且能够减少二次污染。镁法脱硫相对于钙法的最大优势是不会系统发生设备结垢堵塞问题，能保证整个脱硫系统能够安全有效的运行，同时镁法pH值控制在6.06.5之间，在这种条件下设备腐蚀问题也得到了一定程度的解决。同时与较为完整的石灰石/石膏法相比，占地面积小，运行性方面费用低，投资额大幅减小，综合经济效益得到很大的提高。总的来说，镁法脱硫在实际工程中的安全性能拥有非常有力的保证。由于镁法脱硫的反应产物是亚硫酸镁和硫酸镁，既可以抛弃，也可进行综合利用。一方面我们可以进行强制氧化全部生成硫酸镁，然后再经过浓缩、提纯生成七水硫酸镁进行

11、出售，另一方面也可以直接煅烧生成纯度较高二氧化硫气体来制硫酸，本方案建议直接外排。2.4.2脱硫工艺特点根据锅炉烟气脱硫工艺的特点，本方案采用氧化镁法湿式烟气脱硫工艺，并通过我公司近年来在工程实践中不断积累与探索，从设备的结构形式、材质选用、工艺系统做了一定改进和完善。2.4.2.1本脱硫系统的特点按照以上设计思想，烟气脱硫系统并充分参照工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规（HJ462-2009）等相关国家规要求，本脱硫方案的主要特点如下：1) 脱硫塔主体采用三炉一塔形式，系统设置合理的阀门切换程序，可以满足任何一台锅炉或三台锅炉脱硫功能的实现。2) 脱硫塔主体采用SUS316L，喷淋管采用F

12、RP材质，延长设备整体设有寿命。3) 本方案脱硫液采用塔外氧化、塔外循环方式，脱硫液经过部分氧化、沉淀，调节pH后，再利用耐腐耐磨循环泵打入脱硫塔循环使用。4) 泥渣沉淀采用斜板式沉淀池，起到一定的浓缩作用，减轻了后续泥渣脱水系统的负荷及造价。5) 考虑到节约成本，沉淀池泥渣由排泥泵打入板框式压滤机过滤，滤渣外运定点存放，滤液外排。6) 除雾器冲洗采用工业水，定期对除雾器进行冲洗，并作为系统补水。2.4.2.2关于脱硫系统的认识1) 烟气脱硫不仅是一个装置，更重要的是一个工艺系统：无论采用何种工艺，它都是一个系统工程，涉及化工、水处理、机械制造、电气自控等行业，所以一个完善的系统需要多专业的紧

13、密配合。2) 脱硫技术的成熟度、完善性（稳定运行）、先进性（达标排放），以及选择质量可靠过硬的产品对于脱硫系统能够安全、稳定运行至关重要，特别对于高寒地区，系统的完善性尤为重要。3) 湿法烟气脱硫工艺的腐蚀结垢问题，应引起足够重视，设计中应根据各个部位介质特性，采取经济、合理的措施，实际运行中应严格操作，防止系统瘫痪。2.5项目设计2.5.1设计围及原则2.5.1.1设计围本工程设计围包括锅炉烟气脱硫塔系统，进、出口烟道、循环水系统、泥渣处理系统以及相关配套设备和控制系统。动力和控制系统的设计和报价分界点为系统动力电缆进户线。340t/h锅炉烟气脱硫系统的主要容及围包括：1) SO2吸收系统2

14、) 烟气系统3) 吸收剂供应与制备系统4) FGD循环水供应系统5) DCS控制系统6) 附属管道和辅助设施7) 阀门和配件8) 保温、紧固件和外覆层9) 防腐2.5.1.2设备选用及设计原则1) 脱硫设备：主体采用316L不锈钢+有，平台栏杆爬梯采用碳钢防腐（采用耐高温、耐酸碱的有机硅防腐产品）。2) 脱硫系统用泵：采用配套的水泵、管路及阀门，应具备良好的防腐、耐磨性能。为了保证脱硫系统的安全运行，主要设备应设置备用。泥渣系统管路设反冲洗系统，并充分考虑冬季温度，在零下20摄氏度运行的保温。设计液气比6L/m3。3) 工艺系统水池：本系统水池含有氧化池、沉淀池、循环池。采用钢筋混凝土结构。4

15、) 脱硫塔喷淋管采用FRP，喷嘴采用碳化硅螺旋型实心锥型。5) 以上脱硫系统含有配套的全部附属设备及钢架平台扶梯。6) 湿式脱硫装置在风机后正压运行，烟塔合一。烟道包括脱硫装置入口斜管段和烟气出口烟囱。脱硫塔出口烟囱管道采用SUS316L。7) 脱硫设备的电器和自控系统满足脱硫设备独立控制，并能将主要参数反馈到控制室，采用DCS自控系统，设有工程师站和操作员站。8) 脱硫塔采用两级除雾器脱水并设有自动反冲洗系统。9) 脱硫设备从技术和工艺上充分考虑解决脱硫设备的结垢、堵塞等问题。脱硫设备自控程度高，操作简单方便，运行稳定，维修方便。10) 脱硫设备运行可靠，具有可靠的运行安全保护措施。充分考虑

16、供热锅炉负荷变化频繁及频繁启停，对脱硫设备的影响，锅炉非正常运行下脱硫设备的自动保护措施，在自动控制或设备设计上要能够保证锅炉脱硫设备稳定安全运行。11) 脱硫剂的添加量自动控制，循环池的pH自动控制，保证系统的水平衡。脱硫设备的控制系统采用先进、成熟符合有关工业标准。系统具备自动与手动控制两种功能。从机组一体化考虑，提供的控制系统，在配置上与锅炉自控系统相匹配。12) 烟道部分应布置短捷、平直且密封性好、阻力小，烟速1218 m/s。脱硫设备外形美观，应与整个热源厂建筑物协调一致。2.5.2 工艺流程3台锅炉产生的烟气，经过空气预热器降温后，首先进入3台布袋除尘器，去除大部分烟尘后的烟气，由

17、引风机经烟道切向进入喷淋塔脱硫装置。烟气经喷淋、碱液吸收SO2等酸性气体、脱水除雾后，净化烟气通过烟囱排入大气。脱硫塔底部废液流入循环废水处理系统。脱硫塔底部废液首先流入氧化池，通入空气进行曝气氧化，经充分反应后，废水流入斜板式多斗沉淀池，经沉淀浓缩、澄清后，脱硫液溢流到循环池，并补充Mg(OH)2浆液调节至适宜pH后，由脱硫液循环泵打入脱硫塔，进行循环利用。沉淀后泥渣由渣浆泵打入板框式压滤机过滤，滤饼外运抛弃。滤液外排。2.5.3 SO2吸收系统烟气经过引风机由塔底切向进入脱硫塔，与向下喷淋的碱液以逆流方式使气液充分接触（四层喷淋），雾化的脱硫剂充分吸收烟气中SO2、SO3、HCl和HF等酸

18、性气体。在吸收塔出口处装有两级（折流板）除雾器，用来除去烟气在洗涤过程中带出的水雾。在此过程中，烟气携带的烟尘和其它固体颗粒也被除雾器捕获，两级除雾器都设有水冲洗喷嘴，定时对其进行冲洗，避免除雾器堵塞。2.5.3.1脱硫装置及构成脱硫塔是一种可广泛应用于中小型燃煤锅炉治理烟气中SO2的设备，利用雾化的碱性脱硫剂逆流与含SO2等酸性气体充分接触，比一般的吸收器效果要好，从现场实测看，脱硫率能达95%以上，同时兼有除尘效果，基建投资少，操作较简单，该技术较有效的解决了结垢和腐蚀这两个问题。因此，本项目选择脱硫塔作为脱硫主体设备，其主要构件：1) 结构框架及主体：塔釜段、吸收段、脱水段等；2) 塔构

19、件：喷淋系统、除雾器及反冲洗系统。 脱硫装置各功能区：1) 吸收区：该区包括吸收塔入口及其以上的4层喷淋，其主要功能是用于吸收烟气中的酸性污染物及飞灰等物质。1. 塔配有喷淋层，每组喷淋层由连接支管的母管、浆液分布管道和喷嘴组成。2. 喷淋管及喷嘴的布置设计均匀，覆盖吸收塔的横截面。3. 喷淋系统采用1台循环泵供应2层喷淋方式，共3台循环泵，2用1备。2) 除雾区：该区包括两级除雾器和3层反冲洗系统。用于分离烟气中夹带的雾滴，降低对烟囱的腐蚀、减少结垢和降低吸收剂及水的损耗。1. 进入吸收塔的烟气穿过4层逆流喷淋层后，再连续经两层除雾器除去所含浆液雾滴，除雾器出口的水滴携带量不大于75mg/N

20、m。2. 在一级除雾器的上、下各布置一层清洗喷嘴。清洗水的喷淋将带走一级除雾器顺流面和逆流面上的固体颗粒。烟气经过一级除雾器后，进入二级除雾器。二级除雾器下部也布置一层清洗喷淋层，烟气穿过二级除雾器，经洗涤和净化的烟气通过塔顶出口流出吸收塔，排入烟囱。3. 除雾器采用FRPP材料制作而成，两级除雾器均用工艺水冲洗，冲洗过程通过程序控制自动完成，整个脱硫系统补水可通过除雾器反冲洗实现。3) 塔釜区：塔釜主要功能是暂时贮存脱硫液，氧化和结晶反应发生在吸收塔外的氧化反应池中。2.5.3.2吸收塔的主要参数吸收塔壳体设计能承受压力、管道推力和力矩、风和地震荷载，以及承受所有其他作用于吸收塔上的荷载。支

21、撑和加强件能防止塔体倾斜和晃动。塔管道、除雾器支架应有足够的强度和刚度。吸收塔支撑结构的应力根据相应标准，按最大运行荷载设计，设计计算值要求的厚度应加上腐蚀余度。吸收塔主要性能参数表序号项 目单 位参 数1脱硫塔设计处理烟气量m3/h2595002设计烟气温度1203烟气进口SO2浓度mg/Nm315004烟气出口SO2浓度mg/Nm31005液气比L/Nm366循环水流量m3/h15507循环水pH66.58Mg/Smol/mol1.039烟气流速m/s3.510塔径m5.1211烟气接触时间s3.012总高度m21烟囱高度m2413塔体材质316L15浆液喷淋层数层416喷淋管材质FRP1

22、7喷嘴形式螺旋喷嘴18喷嘴材质SIC19喷嘴压力Bar0.720单个喷嘴流量L/min.28021每层喷嘴数量个2322除雾器位置吸收塔出口25除雾器级数级226除雾器形式折流板27除雾器材质增强PP28反冲洗层数层329反冲洗强度m3/m2h3.530吸收塔保温局部31保温厚度mm10032保温材质玻璃棉33保温层数层134外包层型式0.5mm彩钢板35脱硫效率%9736设备阻力Pa120037排烟温度5039烟气含湿率%840漏风率%541排烟黑度林格曼级42循环水利用率%8543设备可利用率%982.5.3.3全面深入的脱硫塔技术吸收塔是脱硫系统的核心，吸收塔设计好坏将影响整个系统脱硫性

23、能、投资及运行费用。对系统吸收塔的设计和优化必须考虑一系列的相关因素，包括塔喷淋密度、气相流量、有效段高度、烟气流速、压降、S02脱除效率、浆液液滴夹带以及塔的几何结构等。吸收塔情况比较复杂，其涉及以下情况: 气液固多相流场分布；气液之间的传热和传质；水分的蒸发；烟气和浆液之间的化学反应；液滴大小、聚并和破碎对塔流场、传质和传热影响；除雾器区域液滴的捕集；浆液池的流场和化学反应等等。吸收塔喷淋系统、流场及其他构件经过优化，可实现高效能喷淋洗涤，消除烟气走廊，增强气液接触效果，实现高脱硫效率，脱硫效率可达95%以上，脱硫系统设备的优化整合，可灵活利用现场条件，操作运行方便，同时可优化系统投资和运

24、行费用比，使得系统总费用最优化。2.5.3.4结构特点.吸收塔烟气切向入口角度，对塔空气均布和预除尘有利。.喷淋层间按一定角度采取交错布置，操作弹性大，压降小，气液接触传质均匀。.除雾器具有多次旋流、离心除雾除尘作用。.保证采用符合脱硫行业要求的优质材料及附属设备，采用绝对安全可靠的防腐技术。保证三年的稳定运行，使用寿命15年以上。2.5.3.5技术特点.技术成熟，系统功能完善, 运行可靠性好。.系统及设备实现了优化整合，关键在于吸收塔塔构件实现了优化，使得系统高效，脱硫效率高。.保证脱硫系统高效安全稳定运行的基础上，采用合理必要简化措施,降低了系统的初投资和运行费用。.双回路的脱硫循环装置设

25、置的pH检测信号能及时、准确的保持脱硫液的适量供给要求，可大大降低运行成本。2.5.4 烟道系统1) 在最大压差的作用下具有100%的严密性。烟道及其附件烟道根据可能发生的最差运行条件（例如：温度、压力、流量、污染物含量等）进行设计。2) 烟道壁厚按6mm设计（按规定考虑了一定的腐蚀余量），烟道烟气流速在1218m/s之间。3) 所有不可能接触到低温饱和烟气冷凝液或从吸收塔带来的雾气和液滴的烟道，用碳钢制作，所有可能接触到低温饱和烟气冷凝液或从吸收塔带来的雾气和液滴的烟道，采用可靠的衬（乙烯基树脂鳞片）进行防腐保护。4) 每台锅炉设置单独的烟气进口、和相应的优质百叶窗双层密封挡板隔断阀门，方便

26、灵活切换烟气。5) 挡板门的执行器为整体开关、调节型，有DC420mA输入、输出，过载保护及限位装置，防护等级为IP65。烟道上设有膨胀节，并安装压力、温度等用于运行和观察的仪表。2.5.5循环液供应系统脱硫塔底部废液流入循环废水处理系统。废水首先进入氧化池，采用罗茨风机进行曝气氧化，经充分反应后，废水流入斜板式多斗沉淀池，进行泥水分离，沉淀后的上清液溢流到循环池，加入Mg(OH)2碱液调节至适宜pH，然后由循环泵提升至脱硫塔循环利用(单泵单管制)。2.5.5.1脱硫循环泵1台脱硫塔配置3台循环泵，2用1备，每台泵供给2层喷淋层。泵的每个吸入端装设自动关断阀，吸入口配备滤网。吸收塔浆液循环泵为

27、单级单吸悬臂式离心泵，过流部件采用钢衬超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。该材料是目前国际上新一代的泵用耐腐耐磨工程塑料，其最突出的优点是在所有的塑料中它具有优异的耐磨性、耐冲击性（尤其是耐低温冲击），抗蠕变性（耐环境应力开裂）和极好的耐腐蚀性。2.5.5.2氧化风机罗茨型氧化风机为容积式风机，输送的风量与转数成比例。具有高效节能，精度高，噪音低，寿命长，结构紧凑，体积小，重量轻，使用方便，产品用途广泛的特点。氧化风机能提供足够的氧化空气，氧化风管布置合理，使氧化池的亚硫酸镁充分转化成硫酸镁。在设计BMCR工况条件下，氧化风机流量裕量为10%，压头裕量为20%，保证系统正常运行。2.5.6泥渣处

28、理系统氧化镁法湿式脱硫系统的最终产物为亚硫酸镁、硫酸镁等浆液(固体含量约5)，氧化池、沉淀池、循环池、氧化镁熟化罐均设有排泥管。考虑到排泥管的堵塞问题，在排泥管末端设计有水力冲洗系统。沉淀浓缩后的泥渣由排泥泵打入压滤机，滤饼外运处置，滤液外排。2.5.6.1排泥泵浆液排泥泵为单螺杆泵，它属于转子式容积泵，依靠螺杆与衬套相互啮合在吸入腔和排出腔产生容积变化来输送液体的。它是一种啮合的密闭式螺杆泵，主要工作部件由具有双头螺旋空腔的衬套（定子）和在定子腔与其啮合的单头螺旋螺杆（转子）组成。当输入轴通过万向节驱动转子绕定子中心作行星回转时，定子转子副就连续地啮合形成密封腔，这些密封腔容积不变地作匀速轴

29、向运动，把输送介质从吸入端经定子转子副输送至压出端，吸入密闭腔的介质流过定子而不被搅动和破坏。这种泵能输送高固体含量的介质，具有耐腐耐磨性能，且流量均匀、压力稳定。2.5.7 脱硫剂制备及供应系统脱硫剂主要为氧化镁粉，粒径325目，MgO含量为90 %，配置氢氧化镁溶液浓度15%。氧化镁粉不设有贮仓，采用人工定时向熟化罐添加氧化镁粉。考虑到系统造价及工艺防腐要求，本方案熟化罐和浆液储罐（脱硫系统连续运行6h储量）采用材质为碳钢加防腐。氢氧化镁浆液浓度为15%，药剂溶解采用搅拌器机械搅拌，底部泥渣定期排至沉淀池处理，设置药剂泵，由pH自动控制氢氧化镁浆液的加入。2.5.8 工艺水系统 工艺水系统包括除雾器、管道冲洗水，并应满足装置正常运行和事故工况下脱硫工艺系统的用水。2.5.9 电气设计2.5.9.1设计依据锅炉脱硫工程电气及控制系统设计主要参照以下规：1) 工厂电力设计技术规（GBJ685）；2) 低压配电设计规（GB50054-95）；3) 建筑电气通用图集（92DQ）4) 通用用电设备配电设计规（GB50053-93）5) 建筑物防雷设计规（GB50057-94）6) 电气装置安装工程施工及验收规（GBJ2