1、电厂脱硫技术方案 75t/h锅炉烟气脱硫项目技术方案责 任 表设计单位：设计证书项目编号：总工程师：项目负责人：杭州三和项目经理工 艺：设 备：土 建：电 气：控 制：方案编制：方案审定：项目经理单位地址：脱硫装置主要技术特性脱硫工艺钠钙双碱法脱硫主体设备材质Q235-B 内衬鳞片树脂脱硫效率（保证值）90%出口二氧化硫浓度400mg/Nm3年脱除二氧化硫量6480t/y主要脱硫剂石灰、碳酸钠（普通商品级）脱硫装置可利用率95%脱硫装置系统压降1200Pa系统控制方式FGD_DCS系统脱硫装置主要经济指标序号项 目指 标1锅炉蒸发量275t/h2处理烟气量2170000m3/h4脱硫装置SO2
2、进口浓度2500mg/Nm35脱硫装置SO2出口浓度400mg/Nm36吸收塔脱硫效率90%7脱硫塔数量2座1座8脱硫塔塔径3m4.6m9脱硫塔塔高20M20M10脱硫塔系统压降1200Pa1200Pa11年工作小时数7200小时7200小时13年石灰消耗量13305吨/年13305吨/年14钠碱消耗量196.05吨/年196.05吨/年15脱硫系统年直接运行费用189.15万元189.15万元16脱硫后每年少交排污费408.24万元408.24万元17工程总投资475.48万元445.61万元第一章 概 述1.1项目概况热电厂现有二台75t/h锅炉，燃煤含硫约为2.5%，每台锅炉均配有一台静
3、电除尘器。为了贯彻执行国家新制定的环保标准的控制要求，需对锅炉排放的烟气进行脱硫处理，使得排放烟气的SO2同时达标排放。为此，厂方委托我公司为其提供初步技术方案。我公司通过与厂方相关人员初步联系后，现根据厂方提供的有关数据和资料，结合电厂的生产情况和厂区总体工艺布置情况以及锅炉生产运行特点等，本着技术先进，安全可靠，投资少，运行费用低，不产生二次污染，适合电厂实际情况，项目实施期间不影响锅炉安全生产运行的原则，推荐采用旋流板塔双碱法脱硫技术。本项目实施后，有显著的社会、经济和环境效益，并且确保了企业的可持续发展。 1.2设计依据1） GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准；2） DL
4、5000-2000火力发电厂设计技术规程；3） 厂方提供的技术参数；4） 国家其它相关规范和标准。1.3设计参数本工程的主要设计参数，主要依热电厂所提供的资料，其它未提供的参考相关项目的技术参数，主要设计参数下表1.1。表1.1 主要设计参数表（单台）项 目参 数单 位备 注锅炉蒸发量75t/h处理烟气量170000m3/h排烟温度160锅炉出口SO2浓度2500mg/Nm3粉尘含量300mg/Nm3锅炉年运行时间7200h锅炉引风机流量127000238000m3/h压力2.022.85kPa功率222kW1.4设计指标设计指标根据国家环保标准以及厂方的要求确定，具体指标见表1.2。表1.2
5、设计指标林格曼黑度级SO2排放浓度400mg/Nm3脱硫效率90%1.5 设计范围本设计范围包括烟气脱硫系统工艺、系统结构、电气和热控等专业的设计，工程设计范围：从引风机出口至烟囱进口前的水平烟道接口之间的脱硫装置和相应配套的附属设施。包括：1) 烟气系统；2) 脱硫装置；3) 脱硫剂制备系统；4) 脱硫液循环和再生系统；5) 脱硫渣处理系统6) 电气和热控系统；7) 辅助设施、平面布置及土建工艺设计等。1.6设计原则1）设计采用旋流板塔脱硫技术，确保烟气中烟尘和SO2达标排放；2）设计的脱硫工艺推荐使用运行安全、可靠的钠钙双碱法，脱硫系统配备计算机监控系统，提高系统稳定与可靠性；脱硫监控系统
6、对温度、压力、脱硫液流量、pH值等项目进行监测；3）根据锅炉运行特点，建两座吸收塔处理这两台锅炉的烟气，每座吸收塔处理量为单台锅炉的烟气量。吸收塔设置在锅炉出口电除尘器及引风机的后面，塔处于正压运行状态；4）设计脱水除雾器，降低烟气含水率，避免烟气带水及烟气露点腐蚀等问题；5）设计旁路系统，实现烟气挡板门的自动切换，保证锅炉正常运行，增加系统的安全性；6）脱硫渣经过真空带式过滤机脱水处理后，该脱硫渣可用作水泥添加剂、制砖、筑路等，实现脱硫渣再利用；7）系统整体的布局、新增设备的安装位置、管道走向等需根据现场情况，与厂方协商并交换意见后方确定；8）工程实行设计、安装、调试和人员培训相结合的交钥匙
7、工程方式。1.7 技术标准及规范1）环境保护标准GB132232003 火电厂大气污染物排放标准GB30951996 环境空气质量标准（二级标准）2）材料GB69988 优质碳素结构钢技术条件GB71185 优质碳素结构钢热轧厚钢板技术条件GB71088 优质碳素结构钢薄钢板和钢带技术条件GB308782 碳钢焊条技术条件3）设备标准JB162083 锅炉钢结构制造技术条件GB1501998 钢制压力容器GBJ1791 钢结构设计规范4）设计、安装及验收标准DL503194 电力建设施工及验收技术规范（管道篇）DL500792 电力建设施工及验收技术规范（火力发电厂焊接篇）GB5020595
8、钢结构施工及验收技术规范TJ231（一）75 机械设备安装工程施工及验收技术规范（一）TJ231（四）75 机械设备安装工程施工及验收技术规范（四）TJ231（五）75 机械设备安装工程施工及验收技术规范（五）TJ231（六）75 机械设备安装工程施工及验收技术规范（六）GB5022195 钢结构工程质量检验评定标准GBJ9386 工业自动化仪表工程施工及验收规范GBJ13190 自动化仪表安装工程质量检验评定标准GB856688 计算机控制软件的设计、编程规范GBJ23582 工业管道施工及验收标准GB5025496 电气装置安装工程低压电气施工和验收规范GB50217-94 电力工程电缆设
9、计规范GBJ232-82 电气装置安装工程施工及验收规范PL500094 火力发电厂设计技术规范NDGJ1689 火力发电厂热工自动化设计规定第二章 脱硫工艺概述2.1 脱硫技术现状为了控制大气中二氧化硫，早在19世纪人类就开始进行有关的研究，但大规模开展脱硫技术的研究和应用是从二十世纪50年代开始的。经过多年研究目前已开发出的200余种SO2控制技术。这些技术按脱硫工艺与燃烧的结合点可分为：燃烧前脱硫(如洗煤，微生物脱硫)；燃烧中脱硫(工业型煤固硫、炉内喷钙)；燃烧后脱硫，即烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization，简称FGD)。FGD是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫
10、方式，是控制酸雨和二氧化硫污染的最主要技术手段。烟气脱硫技术主要利用各种碱性的吸收剂或吸附剂捕集烟气中的二氧化硫，将之转化为较为稳定且易机械分离的硫化合物或单质硫，从而达到脱硫的目的。FGD的方法按脱硫剂和脱硫产物含水量的多少可分为两类：湿法，即采用液体吸收剂如水或碱性溶液(或浆液)等洗涤以除去二氧化硫。干法，用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂以除去二氧化硫。按脱硫产物是否回用可分为回收法和抛弃法。按照吸收二氧化硫后吸收剂的处理方式可分为再生法和非再生法（抛弃法）。2.1.1 国外烟气脱硫现状国外烟气脱硫研究始于1850年，经过多年的发展，至今为止，世界上已有2500多套FGD装置，总能力已达
11、200000MW（以电厂的发电能力计），处理烟气量700Mm3/h，一年可脱二氧化硫近10Mt，这些装置的90%在美国、日本和德国。尽管各国开发的FGD方法很多，但真正进行工业应用的方法仅是有限的十几种。其中湿式洗涤法(含抛弃法及石膏法)占总装置数的73.4%，喷雾干燥法占总装置数的17.7%，其它方法占9.3%。美国的FGD系统中，抛弃法占大多数。在湿法中，石灰/石灰石法占90%以上。可见，湿式石灰/石灰石法在当今FGD系统中占主导地位。尽管各国在FGD方面都取得了很大的进步，但运行费用相当惊人，而且各种方法均有其局限性，因此，至今许多研究者仍在不断研究开发更先进、更经济的FGD技术。目前工
12、业化的主要技术有：a)湿式石灰/石灰石石膏法 该法用石灰或石灰石的浆液吸收烟气中的SO2，生成半水亚硫酸钙或再氧化成石膏。其技术成熟程度高，脱硫效率稳定，达90%以上，是目前国外的主要方法。b)喷雾干燥法 该法是采用石灰乳作为吸收剂喷入脱硫塔内，经脱硫及干燥后为粉状脱硫渣排出，属半干法脱硫，脱硫效率80%左右，投资比湿式石灰石-石膏法低。目前主要应用在美国。c)吸收法 主要有氧化镁法、双碱法、W-L法。脱硫效率可达95%左右，技术较成熟。d)炉内喷钙增湿活化脱硫法 该法是一种将粉状钙质脱硫剂(石灰石)直接喷入燃烧锅炉炉膛的脱硫技术，适用于中、低硫煤锅炉，脱硫效率约70%。2.1.2国内烟气脱硫
13、现状我国废气脱硫技术早在1950年就在硫酸工业和有色冶金工业中进行，对电厂锅炉燃烧产生烟气二氧化硫的脱除技术在二十世纪70年代开始起步并在国家“六五”至“九五”期间有了长足的进步。先后有60多个高校、科研和生产单位对多种除尘脱硫工艺进行了试验研究。尽管我国对FGD系统的研究开始得很早，涉及的面也很宽，但大部分技术只停留在小试或中试阶段，远未达到大面积工业化应用的程度。而投入巨资引进的示范工程虽然设备先进、运行稳定，但投资巨大，运行费用也相当高。因此加快对国外先进技术的消化吸收，使其国产化、低成本化，是当前重要而艰巨的任务。下表列出了我国引进的部分FGD装置情况。最近十几年来，我国加大了FGD技
14、术研究的投入，“八五”、“九五”期间不断有大课题立项支持这方面的研究，取得了可喜的成绩，其中，旋流板塔脱硫技术就是在这段时间研究、开发、发展起来的。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，较大规模的有美国 Central Illinois Public Service, Newtow 1#, 575MW。浙江大学在吸收国外双碱法工艺基础上，结合浙江大学的专利技术旋流板塔的自身特性，成功开发了旋流板塔钠钙双碱法烟气脱硫工艺，以达到最小的能耗和最大的脱硫效率，保证系统脱硫率达到85%95%。
15、在工程实践中，我公司技术人员对该工艺的技术参数、设备设备结构和防腐材料等多项技术经济指标进行了不断的优化，其各项指标均处于国内领先水平。该工艺与其它脱硫工艺的比较见下表。工艺分析比较项目普通石灰石石膏工艺喷雾干燥法炉内喷钙+尾部增湿氧化镁法旋流板塔双碱法技术成熟程度成熟成熟成熟成熟成熟适用煤种不限中低硫煤中低硫煤中低硫煤不限单机应用规模200MW100MW200MW200MW200MW脱硫率95%以上75-90%75-80%90%以上95%以上吸收剂石灰石/石灰石灰石灰石氧化镁石灰/钠碱/电石渣等吸收剂利用率90%以上90%约40%90%以上95%以上副产物石膏亚硫酸钙亚硫酸钙硫酸镁亚硫酸钙副
16、产物处置利用抛弃抛弃回收抛弃废水有无无有少量占地面积大中小中中市场占有率高一般一般低中小型机组国内最高国内应用珞璜,北京,半山,重庆等黄岛,白马下关,钱清少多家2.2旋流板塔脱硫除尘技术2.2.1旋流板塔技术的发展旋流板塔具有气液流通量大、压降低、操作弹性宽、除尘效率高、不易堵、效率稳定等优点，其综合性能优于目前国内外普遍使用的其它脱硫塔。旋流板塔自1974年首次用于衢州化工公司碳铵干燥尾气回收氨以来，已广泛用作中小氮肥厂的半水煤气脱硫(H2S)塔、饱和热水塔，除尘、冷却、冷凝塔等，也用于环保行业脱除烟气和废气中的飞灰、SO2、NOx、H2S及铅、汞蒸汽等，取得了巨大的环境效益和社会效益，获得
17、1978年全国科学大会奖和1984年国家发明奖。至90年代，在国家自然科学基金和省自然科学基金(各二次)的资助下，以谭天恩教授为首的研究小组又对旋流塔板上的气液运动、传质效率、放大效应等进行了深入的研究，并获得化工部1993年科技进步二等奖、国家教委1996年科技进步三等奖、1999年浙江省环境保护科技进步二等奖。从二十世纪80年代前期开始，旋流板塔开始用于小型锅炉的烟气脱硫研究，在实验室的基础上对同时脱硫、除尘、除雾相关的工程性问题进行了深入研究。旋流板塔石灰/石灰石法、以及双碱法、电石渣和废碱液脱硫技术作为实用可靠的脱硫除尘技术，具有投资和运行费用低、操作弹性大、管理和维护方便等特点，现已
18、逐渐推广应用于电力、化工、矿冶、轻工等行业的烟气脱硫除尘和其它工业废气治理。2.2.2旋流板塔工作原理旋流板塔为圆柱形塔体，塔内根据需要装设各种不同类型的旋流塔板。工作时，烟气由塔底切向进塔，在塔板叶片的导向作用下使烟气旋转上升，并在塔板上将逐板下流的液体喷成雾滴，增大气液间的接触面积；液滴被气流带动旋转，产生的离心力强化气液间的接触，并被甩到塔壁上，然后沿塔壁流下，通过溢流装置到下一层塔板上，再次被气流雾化而进行气液接触。所以，即使在同等液气比的状态下，随着塔内塔板数的增加，其脱硫除尘效率将不断提高；同时，液体在与气体充分接触后又能有效地利用离心力作用进行气液分离避免了雾沫夹带现象，其气液负
19、荷比常用塔板大一倍以上。又因塔板上液层薄、开孔率大而使压降较低，达同样效果时的压降比常用塔板约一半，因此，综合性能优于常用塔板。由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2被碱性液体吸收(脱硫)的效果好；气体中的尘粒也易被水雾粘附而除去，此外，尘粒及雾滴受离心力甩到塔壁后，亦使之被粘附而除去，从而使气流带出塔的尘粒和雾滴很少。旋流板塔上部装有组合除雾装置，减少塔出口烟气带水的危害。2.2.3旋流板塔脱硫除尘技术的应用近年来，旋流板塔脱硫除尘一体化技术已得到了广泛的应用，是我国自行开发的最为成功的烟气脱硫技术之一。由我公司参与设计的东莞理文造纸厂170t/h锅炉烟气脱硫装置采用旋流板塔钠钙双
20、碱法脱硫工艺，经监测该装置脱硫效率为9098，另外该技术已分别在其它锅炉的脱硫除尘工程中进行了广泛的应用。2.2.4工艺选择根据厂方锅炉烟气脱硫除尘技术的实际情况以及旋流板塔双碱法的技术特点，本项目选用旋流板塔钠钙双碱法脱硫工艺。其主要理由如下：1）具有最佳的经济效益。旋流板塔烟气脱硫工程投资仅为国外技术的1030%；脱硫效率7599%，脱硫后的烟气完全满足环保排放要求，另外该装置具有较强的除尘效果，可进一步脱除烟尘，可以实现少花钱、办实事的目的。2）技术成熟，运行可靠性高。旋流板塔烟气脱硫装置投入率为95%以上，系统主要设备很少发生故障，因此不会因脱硫设备故障影响电站锅炉的安全运行。3）对煤
21、种变化的适应性强。旋流板塔用碱液作为除尘脱硫剂，工艺吸收效果好，吸收剂利用率高，可根据锅炉煤种变化，适当调节pH值、液气比等因子，可保证设计脱硫率的实现。2.2.5 钠钙双碱法工艺反应原理该法使用Na2CO3或NaOH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）其中：式（1）为启动阶段Na2CO3溶液吸收SO2的反应；式（2）为再生液pH值较高时（高于9时），溶液吸收SO2的主反应；式（3）为溶液pH值较低（59）时的主反应。二、氧化过程(副反应) （4） （5）三、再生过程 （6） （7）式（6）为第一步反应再生反应，式
22、（7）为再生至pH9以后继续发生的主反应。 本工程选择钠钙双碱法为脱硫工艺，以石灰作为主脱硫剂，钠碱为助脱硫剂。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。且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。第三章 脱硫工程内容3.1脱硫工艺流程本方案工艺流程主要包括三部分：烟气系统、脱硫液系统、脱硫渣处理系统，详见工艺流程图。1）烟气系统本方案采用两炉两塔，即二座吸收塔处理二台锅炉烟气，烟气系统具体流程为：二台锅炉的烟气首先分别经电除尘器除去大部分烟尘后，通过引风机分别进入脱硫系统。在脱硫系统中，烟气先经过喷淋短管
23、的预脱硫除尘和降温，然后切向进入旋流板塔，在塔内完成脱硫洗涤，净化后的烟气由塔内除雾器除雾脱水，通过烟囱排空。另外，烟气系统设有旁路烟道，旁路烟道上有电动挡板，方便切换。2）脱硫液系统脱硫液在脱硫塔内与二氧化硫充分接触、反应后，流入循环池，部分溶液通过再生泵打入再生池，与来自石灰浆液池中的石灰浆液进行再生反应。反应后进入沉淀池进行沉淀，清液返回循环池，沉淀物进入脱硫渣处理系统。在循环池中补充一定量的钠碱液后，脱硫液由循环泵泵入脱硫塔循环使用。整个脱硫液循环系统闭路循环，不会产生废水，没有废水外排，不会产生二次污染。3）脱硫渣处理系统脱硫液在再生池再生后，钠碱得到再生，二氧化硫以半水亚硫酸钙的形
24、式在沉淀池内沉淀下来，上清液回流到脱硫液系统中循环使用，沉降物通过渣浆泵进入真空带式过滤机进行脱水，最终脱硫渣堆放或其它利用。3.2 脱硫工程内容 3.2.1旋流板塔脱硫主体设备采用旋流板塔作为脱硫塔，其规格见表3.1。每台锅炉配套一座脱硫塔，塔体采用碳钢材料，内衬玻璃鳞片防腐，旋流板采用316L不锈钢材料制作。 在旋流板塔进口处设置一段短管，短管内设置喷淋装置，利用喷淋装置进行降温和预脱硫作用，喷嘴拟采用美国进口的特殊雾化喷嘴。旋流板塔内设吸收装置、塔内件清洗装置和除雾装置等，塔内设有温度测点。3.2.2脱硫剂制备系统本项目设一套脱硫剂制备系统为两塔公用，主要包括：石灰料仓、石灰浆液制备装置
25、、石灰浆液池、钠碱贮槽等。本工程脱硫剂采用石灰和钠碱，其中钠碱作为脱硫系统启动阶段的吸收剂和吸收载体循环使用，石灰为固硫剂。脱硫剂制备系统的主要功能是制备合格的石灰浆液和钠碱液，并根据吸收塔系统的需要为其提供足够的流量，达到合适的脱硫效率，期间可实行定量给料。脱硫剂制备系统流程是：由卡车运来的石灰经气力输送到石灰料仓中，由称重给料机送到消石灰机，其间可实行定量给料。生石灰经消石灰机熟化后，流至石灰浆液池，在池中与工艺水进行混合直至达到所需的浓度。再由石灰浆液泵泵入再生池中进行脱硫液再生反应。钠碱液经罐车输送到贮槽，制成溶液后通过钠碱泵定量给料至循环池。3.2.3脱硫液循环系统脱硫液循环系统主要
26、包括：循环池、再生池、沉淀池、循环泵、短管喷淋泵及管道、阀门和流量计等。整个脱硫液循环系统充分利用水池的位差，利用水力学原理，使系统的能耗最省。系统的转动设备为循环泵和短管喷淋泵，其他皆为静设备，所以系统的维护相当简单。3.2.4脱硫渣处理系统沉淀池出来的固体浆液泵入真空皮带过滤机进行过滤，固体渣贮存或外运，滤液再返回循环池。脱硫渣处理系统包括渣浆泵、真空皮带过滤机、气液分离罐、水环式真空泵等。该脱硫渣经过处理后可用于建筑材料如制砖、水泥添加剂、混凝土骨料等、人行道砖等，也可以作填埋、铺路。3.2.5通引风系统通引风系统主要包括引风机和烟道、旁路烟道、膨胀节、电动挡板门等。本工程技术改造后，脱
27、硫除尘系统阻力约为1100Pa（其中旋流板塔约900Pa，管道阻力暂按200Pa计），如果现有锅炉引风机能够满足此要求，则采用现有的风机，否则需要改造现有的风机。3.2.6控制系统1）概述本次设计的“烟气脱硫工程”自动控制系统采用DCS进行自动控制，使烟气脱硫生产过程实现智能型集中控制，监控整个脱硫系统设备的各种运行状态。整套设备的自动化控制技术水平达到国际领先水平。根据脱硫系统的工艺设备及流程特点，从可靠性、易维护性、经济性出发，并依据集中管理、分散控制的原则，采用先进的分布式系统结构，将整个控制系统结构分为3层：第1层为中央控制层（操作站、工程师站）；第2层为现场控制层（控制站）；第3层为
28、执行层。2）系统配置a、系统规模 经过详细分析，决定采用分散控制DCS系统完成烟气脱硫工程装置控制系统的配套。本系统配置控制站 1个，21操作站 2个（兼作工程师站），其中控制站电源、主控制卡、通讯网络按1：1冗余配置。在这里，采用1个操作站与1个工程师站（兼操作站）是为了更好地实现DCS系统的冗余功能。b、配置图3.3设备清单本工程的供货范围包括引风机出口及烟囱入口烟道之间的脱硫工艺设备、电气及仪控设备。3.4公用系统本工程针对厂方现有条件，设计采用旋流板塔脱硫除尘工艺。由于增加了用电设备，故对供水、供电进行相应的调整。3.4.1电气需要脱硫除尘系统电气总功率约为394.2kW, 实用功率约
29、186.1kW。3.4.2供水需要系统需要补充循环水的损失，系统投入运行后脱硫系统循环水的补水约为18m3/h。3.4.3消防及给水部分本工程消防及给排水系统由业主负责。消防电厂消防主要设计原则为化学灭火器与水消防相结合的消防方式。室外采用消火栓灭火，室内使用化学灭火器。设计消防用水水源取自电厂现有给水管网，采用DN150镀锌管引接消防水源至设计消火栓消防系统，通过DN100镀锌管直接供室外消火栓用水。给排水脱硫装置场地、吸收剂制备系统场地的雨水经排水沟、雨水口、检查井等收集后排至电厂现有排水点排走。3.4.4系统运行人员定员本脱硫除尘系统需要增设岗位，共需操作工4人，实行四班三运转制，负责系统的检查、调节、操作、运转。 第四章 运行费用及投资分析4.1 运行费用估算4.1.1物料衡算本脱硫项目在投运后，运行费用主要为脱硫剂的消耗与系统的电耗。1）二氧化硫产生量锅炉出口SO2浓度按2500mg/Nm3、75t/h锅炉脱硫装置处理烟气量为170000m3/h，年运行时间为7200小时，则SO2的产生量为： 二台75t/h锅炉SO2年产生量：7200t/y2）二氧化硫脱除量按照脱硫效率90%计算，年脱除的SO2总量为：6480t/y3）脱硫剂需求量本工艺脱硫剂为钠碱和石灰，钙硫比取1.03，石灰含量取
