烟化炉还原炉废气脱硫治理工程项目设计方案.docx

1、烟化炉还原炉废气脱硫治理工程项目设计方案烟化炉还原炉废气脱硫治理工程项目设计方案1、总论1.1设计依据1） 中国五矿股份有限公司关于湖南 XXXXXXX 集团有限公司液态高 铅渣直接还原节能减排工程的批复一五矿股份投资 2013146号；2） 湖南省经济和信息化委员会关于湖南 XXXXXXX集团有限公司液 态高铅渣直接还原节能减排工程节能评估报告的批复 一湘经信节能 2013393 号；3） 湖南XXXXXXX集团有限公司XXXXXXX提供的相关技术输入资 料（含第三方设计资料）、会议纪要和函件等。4） 国家有关标准和规程规范。1.2设计的指导思想（1） 贯彻执行国家基本建设的方针政策，使设计

2、做到切合实际，技术 先进，经济合理，安全适用。（2） 积极采用先进适用的工艺技术，优化设计参数和设备选型，节能 减排，最大限度满足清洁生产要求，提高经济效益和社会效益。（3） 严格贯彻“五化”精神，即厂房布置一体化、生产装置露天化、建构筑物轻型化、公用工程社会化、设备材料国产化的设计原则（4） 遵循可持续发展的战略观念，严格执行清洁生产、环境保护、安 全和工业卫生法规，加强资源的综合利用，减少三废排放，完善“三废”处理设施，控制对环境的污染，做到环保措施与工程建设“三同时” ，实现清洁生产。（5） 以建设现代化企业的理念，结合 XXX公司的长远发展规范，高 标准确定烟气脱硫系统水平和建设标准。

3、（6） 整体布置力求合理、美观，无聊输送顺畅。（7） 做好资源的综合利用，提高有价金属的回收率。1.3设计范围及设计分工本方案设计的范围包括烟化炉和还原炉烟气脱硫系统的总图、工艺、 设备、土建、电气、自控、给排水等方面设计。其设计项目主要包括：（1） 浆液制备系统；（2） 吸收系统；（3） 脱水系统；（4） 烟气系统、排放系统；（5） 工艺水系统；（6） 全厂公用工程和辅助设施（电控室、界区内总图运输、界区内外 管、界区内照明和防雷接地、界区内给排水管网等）。脱硫区内不建污水站、循环水站、消防供水、空压站等。运行所需的 循环水、工艺水、压缩空气、消防用水等由厂区提供，并将管道配至界区外一米处；

4、装置产生的废水排往园区的污水站；消防设施部分依托园区的 消防系统。1.4建设规模及性能指标本项目建设规模为液态高铅渣直接还原节能减排工程 XX烟化炉还原 炉烟气脱硫工程。本设计按烟化炉和还原炉所提供工况要求，采用石灰 -亚 硫酸钙湿法烟气脱硫，烟气中S02排放浓度达标排放，年操作时间按 8000 小时设计。1.5生产方法及主要工艺操作条件1.5.1生产方法锅炉烟气石灰-亚硫酸钙法脱硫，是利用石灰粉加水制成的石灰乳浆液， 与SO2之间的化学反应实现吸收 SO2,同时加入抗氧化剂硫代硫酸钠防止亚 硫酸钙氧化，最终得到亚硫酸钙产物。反应方程式为：CaO + SC2 + 1/2出0 CaSC3 1/2

5、H2OSO2与石灰乳浆液液滴接触，形成酸性的化合物，然后酸与石灰乳进行 反应，生成亚硫酸钙。由于抗氧化剂硫代硫酸钠的存在，抑制其氧化，最 终形成亚硫酸钙溶液，经过真空皮带脱水机负压过滤，最后产物半水亚硫 酸钙。1.5.2主要工艺操作条件本项目液态高铅渣直接还原节能减排工程 XX烟化炉还原炉烟气废气治理工程本设计为XX烟化炉还原炉烟气废气治理工程提供一套烟气处理量的 石灰-亚硫酸钙湿法烟气脱硫装置，脱硫原烟气已经经过除尘器除尘，吸收 塔按一塔设置。脱硫剂采用外购石灰粉，副产物为亚硫酸钙。设计范围内， 全烟气脱硫，设计脱硫效率不低于 99%。产生的半水亚硫酸钙暂贮存于堆 场内。各装置的水、电、汽等

6、全厂充分综合考虑利用，以满足清洁生产和循 环经济的要求，实现可持续发展。1.5.3工艺流程说明烟化炉还原炉烟气经过除尘后，进入原烟道，通过原烟道膨胀节，到 达吸收塔，在吸收塔入口处与冷却水混合降温。降温后的含硫烟气进入吸 收塔第一级，与喷嘴喷出的雾滴进行充分接触，由雾滴中的石灰乳成分对 S02进行吸收，雾滴并对烟气进行再次降温。部分雾滴团聚成液滴沉降落到 浆液池，剩余部分雾滴被烟气包裹，进入下一级，再次与相应的雾滴充分 接触，带过来的部分雾滴由于碰撞等原因形成液滴，落入浆液池，而烟气 再次包裹新一级的雾滴和上一级的部分雾滴进入下一级。依次进入下一级， 直到离开第四级进入除雾级。在除雾级内，雾滴

7、团聚为液滴落入浆液池， 除雾后的烟气通过膨胀节、净烟道挡板门进入净烟道，最后通过烟囱排入 大气。石灰粉外购，经由罐车通过厂区地磅，然后吹至石灰粉仓，上料时打 开仓顶布袋除尘器；下料时需要运行石灰粉仓震打系统，通过振动带动石 灰粉的流动，石灰粉通过下料系统中的手动插板阀、叶轮给料机和电子螺 旋称定量落入石灰乳制浆箱，与工艺补水、溢流水，经搅拌混合。其中石 灰粉量的大小通过叶轮给料机进行定量控制，与吸收塔浆液池的参数进行 联锁。石灰乳浆液密度约为1.11.2 5Kg/L。脱硫系统运行中石灰粉（纯度 84%）的配料量为0.30t/h。石灰乳浆液 中加入抗氧化剂硫代硫酸钠，通过浆液输送泵，输送至吸收塔

8、，在吸收塔 内被吸入循环泵，通过循环泵加压，经由管道输送至喷嘴，进行喷雾，雾 滴与SQ接触后进行反应最终形成液滴，靠重力再次回到浆液池。吸收塔 内各级浆液池联通。亚硫酸钙浆液由排出泵泵至结晶器充分结晶后，流入水力旋流器进行 预脱水，旋流器组将亚硫酸钙浆液进行分离，分为溢流清液和底流浆液。 溢流清液自流至石灰乳制浆箱，形成循环。底流高浓度浆液自流至真空皮带脱水机，经过负压过滤，滤饼主要成 分是半水亚硫酸钙，半水亚硫酸钙通过溜槽落入亚硫酸钙堆场短时间堆积。 最终半水亚硫酸钙将由铲车和运输车运出，另行处理。真空过滤机滤液流至精密过滤机，进行高精度过滤，滤液进入滤液箱。 滤液箱的水分两个流向，第一是作

9、为滤布冲洗水，对真空皮带脱水机滤布 进行冲洗，冲洗完的冲洗水自流至精密过滤机上再次过滤后，滤液流入滤 液箱想成循环；另一个流向是通过滤液泵进入吸收塔。1.6公用工程及辅助工程1.6.1装置水、电、气、汽等动力的消耗量及其来源公用工程名称单位消 耗说明产品消耗（以处理每Nm3尾气）年耗量工艺水m3计）0.0000449729450电kW?i0.00371240000162装置原材料及副产品储存、装卸方式、储存期1） 石灰粉：槽车进厂，仓库储存时间为 3天；2） 脱硫亚硫酸钙：铲车送至货车运出厂区，半水亚硫酸钙库储存容量 满足三天需要。1.7管理体制及定员 1.7.1管理体制（1）工厂的组织结构及

10、管理机构的设置原则湖南XXXXXXX集团有限公司是湖南有色控股下属的集 XXXX采矿、 选矿、冶炼生产与一体的大型国有联合企业，拥有一批高素质、经验丰富 的管理团队。本项目是在湖南XXXXXXX 集团有限公司XXXXXXX现有的底吹炉- 鼓风炉熔炼系统基础上实施液态高铅渣直接还原改造的节能减排项目中烟 化炉还原炉烟气治理工程。项目建成以后将沿用XXXXXXX 现有的管理制 度，仅对相关部分的劳动定员进行岗位调整。（2）生产岗位和辅助生产岗位的工作班制本工程项目劳动定员的配置参照国家有关企业劳动定员定额标准进行 编制。生产岗位定员按工艺过程需要设置，管理人员、工程技术人员按设 计的组织机构设置。

11、脱硫系统共定员 9名。1.7.2脱硫系统总定员脱硫系统定员详见下表。序号岗位名称人数备 注序号岗位名称人数备 注-一-管理人员11管理人员1白班2机、电、仪修0小计1-二二生产人员1吸收塔区02脱水楼03粉仓区45配电室06控制室4小计8三装置总定员92、总图运输2.1总平面布置的确定2.1.1布置原则1） 满足工艺流程的要求，并使其简捷通畅；2） 严格按照国家现行规范、规定进行设计，以保证生产的安全；3） 因地制宜紧凑布置，节约工程占地，减少工程投资；4） 力求本工程平面布置与总厂总平面协调统一，有机结合成一体；5） 充分利用总厂设施，避免重复建设。2.1.2布置的主要组成1） 主要内容本工

12、程总平面布置主要内容有：吸收塔、亚硫酸钙堆场、石灰粉仓、 抗氧化剂仓、工艺水箱、脱水楼、烟道支架等。2） 工厂主要组成及用地面积见下表：本装置系统单一，占地面积较小，故本设计仅统计了装置界区线内的占地面积，共 500.00 ，其余由总体院统一汇总。2.1.3总平面布置1）平面布置本烟气脱硫装置的布置按照主体设计院提供的厂区总平面布置图和现场实际情况因地制宜进行布置。该装置布 11号皮带廊东侧，该区域呈正 方布置为吸收塔、脱水楼、石灰粉仓、抗氧化剂仓、工艺水箱和亚硫酸钙 堆场等。区域北侧总厂厂区主要运输道路，亚硫酸钙库和石灰粉仓的装卸 区设在该道路两侧。见附图 LS201303-A03PR022

13、）主要技术经济指标：图由于本烟气脱硫装置是整体工程的一小部 分，因此技术经济指标未进行统计，由总体院统一计算 .2.2竖向设计本装置所在区域为空置场地。本装置将按照总体院设计。场地雨水排至道路雨水口，收集后由总体院统一组织排放。2.3交通运输本装置主要以道路及管道运输为主。运输道路利用全厂的道路系统（总体院规划布置），在亚硫酸钙库和石灰粉仓区设置了较宽的装卸场地。 本工程主要运输量如下运进：石灰粉，平均6.4t/d。抗氧化剂，平均10kg/d运出：亚硫酸钙，平均16.5t/d。运输工具由总体院统一安排，本装置不另行考虑。3、脱硫工艺及系统3.1概述根据业主生产要求，将烟化炉和还原炉烟气采用石灰

14、脱硫后生成亚硫酸钙，脱硫产物亚硫酸钙送往其他工序焚烧，重新产生高浓度 SO?用于烟气制酸。同时产生氧化钙返回用于脱硫。原料及产物循环利用，符合节能减 排的精神，是一种非常有特色的工艺路线。石灰/亚硫酸钙脱硫工艺比常规的钙法脱硫工艺减少了氧化石膏的工序。石灰/亚硫酸钙脱硫的技术的难点有三点，第一是亚硫酸钙的溶解度较低，易结垢；其二是亚硫酸钙晶体细小，且呈片状，大小只有数十数千纳米，脱水困难。其三是与烟气中的氧反应部分生成石膏，与石膏形成复 合体后晶体成细小粉状颗粒，脱水更加困难。石灰/亚硫酸钙脱硫的工艺技术的关键是：1） 抑制亚硫酸钙氧化；2） 防止结垢；3） 增大晶体，提高脱水效率。本系统除了

15、在上述三点做重点考虑外，与其他技术相比还有以下特点：1） 液气比只有46L/m3，烟气阻力约10001500Pa节能60%以上；2） 脱硫效率高达99%以上，出口近零排放，效率提高上百倍；3） 多项专利的防沉积技术，减少沉积结垢。3.1.1装置设计规模及组成本脱硫装置米用石灰 一亚硫酸钙湿法(简称亚钙法)脱硫工艺，吸收 塔为两炉一塔结构的配置方式。脱硫装置的烟气处理能力烟化炉和还原炉 烟气总和，混合后烟气温度126 C,烟气量为82275Nm3/h ,浓度为 2972mg/Nm3 (湿基、实际氧)；脱硫区域位于湖南 XXXXXXX集团有限公 司XXXXXXX11号皮带廊东侧。3.1.2生产方法

16、选择、流程特点石灰一亚硫酸钙湿法烟气脱硫工艺米用价廉易得的石灰粉作脱硫吸收剂，石灰粉加水搅拌制成石灰乳吸收浆液。在吸收塔内，石灰乳浆液与烟 气接触混合，烟气中的 SO2与浆液中的氢氧化钙进行化学反应被脱除，由 于加入了抗氧化剂抑制了亚硫酸钙的氧化，最终产物为亚硫酸钙，同时去 除烟气中部分其他污染物，如粉尘、HCI、HF、SO3等。脱硫后的烟气经除 雾器去除携带的细小液滴和浆液，排入烟囱。脱硫后的亚硫酸钙浆液经脱 水装置脱水后回收。该技术采用单循环喷雾空塔结构，具有技术成熟、应 用范围广、脱硫效率高、可靠性高、能耗低的特点。本系统是改进的石灰一亚硫酸钙法，将传统的喷淋脱硫塔改进为喷雾塔，将多层喷

17、淋改进为多级喷淋的脱硫塔。改进的多级喷雾石灰一亚硫酸钙法具有以下优点：(1)脱硫效率咼达99%以上，有利于地区实行总量控制；(2) 技术成熟，设备运行可靠性高(系统可利用率达 98%以上);(3)单塔处理烟气量大，SO2脱除量大；(4)适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫；(5)对烟气负荷变化的适应性强；（6） 设备布置紧凑减少了场地需求；（7） 处理后的烟气含尘量大大减少；（8） 吸收剂（石灰）资源丰富，价廉易得；（9） 脱硫副产物（半水亚硫酸钙）便于综合利用，经济效益显著；（10） 所有设备塔外安装，是真正的全空塔形。有效避免脱硫产物在 设备的结晶，有效避免结垢。（12）喷雾技术将大幅度提高气

18、液反应的比表面积，减少液气比。同 样的二氧化硫脱除量下，液气比大幅度降低。浆液输送能耗大幅度降低。3.1.3脱硫反应根据本工程实际情况，湖南地区石灰资源丰富，采用成品石灰粉为吸 收剂完全能满足本工程用量要需求；另本工程规划用地面积较小，为节约 脱硫用地和考虑脱硫系统后期运行成本，故本工程锅炉尾部烟气脱硫系统 选用石灰一亚硫酸钙法脱硫技术，以下均按多级喷雾石灰一亚硫酸钙法脱 硫方法进行论述。石灰一亚硫酸钙法脱硫过程是典型的气体化学吸收过程，在洗涤烟气的过程中发生复杂的化学反应。从烟气中脱除 SO?的过程是在气、液、固三相中进行，发生气-液反应和液-固反应。主要步骤如下：（1）气相SO2被液相吸收

19、的反应SO2（g） + H2。T H2SO3H2SO3 T H+HSO3-HSOL H+SO32-SO2是一种极易溶于水的酸性气体，在上述反应式中， SO2经扩散作用 从气相溶入液相中，与水生成亚硫酸H2SO3, H2SO3迅速离解成亚硫酸氢根 离子(HSOJ)和氢离子(H+)。只有当pH值较高时，HSO3的二级电离才会 产生较高浓度的SO32-。以上反应都是可逆反应，要使 SO2的吸收不断进行 下去，就必须中和电离产生的 H+，即降低吸收液的酸度。Ca(OH)2的作用 就是中和H+。当吸收液中的吸收剂反应完后，如果不添加新的吸收剂或添 加量不足，吸收液的酸度将迅速提高，pH值将迅速下降，当S

20、O2溶解达到 饱和后，SO2的吸收就告终止。(2)石灰的化学反应CaO + H2O Ca(OH)2Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH-H+ + OH- H2OCa2+ + HSO32- + 1/2H2O CaSQ 1/2出0 J+ H+Ca2 + 2HSO3 Ca(HSO3)2Ca(HSO3)2 + Ca(OH)2 2CaSQ I/2H2O JCa2+CO32-CaCO3 J虽然有O2的存在，但由于有抗氧化剂的加入，抑制了 SO32-的氧化，最 终形成CaSQ I/2H2O沉淀。上述反应步骤中关键的是 Ca2+的形成。Ca(OH)2是一种极难溶的化合 物，其中和作用实质上是一个向介质提供 C

21、a2+的过程，固体石灰的反应活 性以会影响中和反应速度和 Ca+的形成。如上所述，Ca2+的形成之所以关键，是因为 SO2正是通过Ca2+与SO32- 发生化合反应而得以从溶液中除去当pH 9时，液相中硫阴离子主要呈SO32-态，当用石灰乳脱硫时，它 与Ca2+结合为CaSO31/2H20,同时在高pH值下烟气中的CO2易溶于水， 并与Ca2+结合为CaC03，CaSQ I/2H2O和CaC03溶解度极低，易达到过 饱和结晶析出；当pH 8时光照易氧化聚合，遇铁变绿黑色络合物。在茶多酚各组成份中以黄烷醇类为主，黄烷醇类又以儿茶素类物质为 主，儿茶素含量占茶多酚总量的 60%80%。儿茶素包括非

22、酯型儿茶素和酯型儿茶素，是多种结构的混合物，各结构如图。茶叶中含量最高的儿茶 素为EGCG，其次为ECG，再次为EGC。CH-or2H不同结构式中:L-EC： Ri 二H ,L-EGC： ROHL-ECG： R二H,田一c boHH OHO L-EGCG： ROH ，巴二 _cBHT（二叔丁基羟基甲苯）:HOHHOHC(CH3)3XJC(CH3)3ch3TBHQ （叔丁基对苯二酚）:OHOH三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯：2,2-硫代双3-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸乙酯 连苯三酚：相互连接构成的一系列黄酮类化合物:硫辛酸类似物:X_YX,Y = C,O,S,Se m= 1,2

23、n= 1,2,3,4,5,6,7茶多酚:OH迷迭香提取物:迷迭香提取物是从迷迭香植物中提取的具有抗氧化活性的一系列物质 构成的混合物31，主要成分是二萜酚类、黄酮类和少量的三萜类化合物。至今，已从迷迭香茎、叶中分离鉴定了 29个黄酮类化合物；十二种二萜酚类化合物如迷迭香酚(crosmarnol)、鼠尾草酚(carnosol)等；三种二萜 醌类化合物；从根中分离鉴定了五种二萜和二萜醌类化合物。双酚类二萜 为迷迭香中的油溶性高效抗氧化物质。从它们的结构分析，均具有抗氧化 活性。烯丙基的酚类化合物：NDPA;DENA;DBA;TAP;DAC等硫代硫酸钠俗称大苏打又称海波、次亚硫酸钠，带有五个结晶水

24、(Na2&03 5H2O)，故也叫做五水硫代硫酸钠。无色单斜结晶，密度1.729g/cm3, 熔点4045C，在33C以上干燥空气中易风化而失去结晶水，48输送到转 变成二水合物Na2S2O3 2H2O。100C时失去五个结晶水，易溶于水、松节 油及氨，不溶于乙醇。水溶液显弱碱性(pH=6.58.0)。在中性、碱性溶液中较 稳定，在潮湿空气中有潮解性，且被空气中的氧氧化、二氧化碳酸化、具 有还原性。3.1.5抗氧化的反应机理(1)清除脂类化合物自由基此类抗氧化剂主要为一些酚类物质，可以与自由基反应，将自由基转 变为更稳定的产物，从而可以延缓或干扰链反应中的链增长，阻断氧化反 应的进行。RO +

25、AH ROH + AR00 +AH tROOH +A 式中，AH 抗氧化剂；A -抗氧化剂供氢后自身形成的自由基。(2)螯合金属离子使其不能形成活性物质或加工生产过程中都会有微量金属离子存在，其中具有二价或更高价态的重金属 （如，铁、铜、钻等），可以加速链反应的进行，加快脂类化合物的氧化。一些可以与金属离子形成 -络合物的螯合剂（EDTA，柠檬酸，磷酸 衍生物等），可降低氧化还原电势，稳定金属离子的氧化态，起到抗氧化的 作用。（3）吸收氧，降低氧浓度如硫代硫酸钠与空气中和浆液中的氧发生如下反应：Na2S2O3+O2= Na2SC4+2Sj其他抗氧化剂的抗氧化反应如下：加对苯二酚后，亚硫酸钙与氧的反应受到抑制。其抑制机理是对苯二 酚使亚硫酸钙氧化过程中产生的自由基 SO3失去活性，从而使整个反应 得到抑制。对苯二酚抗氧化反应：OH OBHT抗氧化反应:R= c（ch3）3TBHQ抗氧化反应c（cn,）3 -H OKOHHO烷基轻胺和酚氧自曲基反应桃理0IIC