1、冶金行业某中小型燃煤锅炉厂的除尘脱硫工艺设计（冶金行业）某中小型燃煤锅炉厂的除尘脱硫工艺设计学 校： 吉 首 大 学 院 系：生物资源与环境科学学院 专 业： 环 境 工 程 班 级： 2006 级环境工程 姓 名： 毛 拓 学 号： 20064075001 指导老师： 史 凯 完成时间： 2008 年 12月 31日 第一章 绪 论 41.1 工程概况 41.2 国内外主流除脱硫工艺简介 41.2.1 PS型燃煤锅炉烟气脱硫除尘技术 41.2.2 GGT一型燃煤锅炉烟气脱硫器 51.2.3 湿式冲旋脱硫除尘技术 51.2.4 湿式旋风除尘脱硫技术 61.2.5 麻石脱硫除尘技术 61.2.6
2、 湿式石灰石/石灰一石膏法 61.2.7 几种脱硫技术的综合比较 71.3 国内外主流除尘工艺技术现状 8第二章 设计说明 92.1 设计简介 92.2 废气中所含污染物种类、浓度及温度 92.3 设计规模 92.4 设计范围 92.5 设计指标 9第三章 工艺设计 103.1 总体设计准则 103.2 废气处理方法选择 113.2.1 除尘方法选择 113.2.2 脱硫工艺选择 123.3 系统工艺流程 123.3.1 概述 123.3.2 工艺流程图 123.3.3 原理说明 13第四章 治理工程内容 134.1 除尘工艺 134.1.1 工艺描述 134.1.2 主要工艺设备功能简述 1
3、44.1.3 相关设计参数计算 174.2 脱硫工艺 184.2.1 烟气系统 194.2.2 SO2吸收系统 214.2.3 石灰石浆液制备系统 254.2.4 石膏脱水系统 264.2.5 工艺水系统 284.2.6 脱硫装置、烟道及浆液管道的防腐 294.3 自动控制系统 29第五章 劳动定员 30第六章 投资估算 30第七章 效益估算 317.1 工艺系统物料消耗指标： 317.2 环境效益 327.3 经济效益 327.3.1 投入费用 327.3.2 收益金额 327.3.3 综合效益 33第八章 后 记 33参考文献及相关法规标准 33附 图 34第一章 绪 论1.1 工程概况中
4、国环境污染的规模居世界首位，大城市的环境污染状况在目前是世界上最严重的，全球大气污染最严重的20个城市中有10个在中国。我国是燃煤大国，煤炭约占一次能源消费总量的76%，年约消耗煤炭10亿多吨，并且煤炭中的80%用于直接燃烧。由此带来的S02年排放量连续多年超过2000万吨。我国由燃煤引起的煤烟型污染日益严重，是世界上S02严重污染的国家之一。某些城市的空气污染程度己达到世界上发达国家上世纪50、60年代污染最严重的程度。由此不难断定，我国大气污染的特点是以煤烟型污染为主，主要污染物为粉尘、二氧化硫等，而这些污染物的来源主要是锅炉烟气。因此，对燃煤工业锅炉和电站锅炉进行除尘脱硫成为国内外科研和
5、管理部门关注的一个热点，但一般是注重某一类型锅炉的除尘脱硫研究。本课题拟从中小型燃煤工业锅炉的除尘脱硫技术着手，主要根据国家大气污染物排放标准和锅炉房大气污染物排放标准，研究开发适合中国国情的湿法除尘脱硫技术。期望能对我国燃煤锅炉烟气除尘脱硫技术与装置的研究开发有一定参考意义。1.2 国内外主流除脱硫工艺简介燃烧后脱硫技术即对锅炉烟气进行脱硫，这是我国及世界上目前脱硫的主要方法。电厂锅炉烟气的脱硫技术由于投资高，工艺复杂，不适合中小型锅炉烟气的治理。近年来，我国科技人员针对中小型锅炉烟气的脱硫技术进行了研究，比较有影响的主要有以下几种：1.2.1 PS型燃煤锅炉烟气脱硫除尘技术这种技术具有脱硫
6、和除尘两种功能。脱硫除尘装置有两部分组成:上部为喷雾脱硫塔，下部为湿式除尘器。在脱硫塔内，烟气中的二氧化硫，被喷嘴喷出的分散的石灰浆液滴吸收，生成CaSO3和CaSO4，烟气温度由150190下降到80左右。烟气在脱硫塔内完成第一次脱硫除尘后，直接进入下部的湿式除尘器。除尘器内特殊的喷气管及喷气头使烟气在除尘器底部与贮水(灰)池进行剧烈运动，以实现高效除尘和脱硫的目的。其工艺流程见图1-1所示。主要反应式为式(1-1)和式(1-2):Ca(OH)2+S02CaSO3+HSO- (1-1)2Ca(OH)2+2S02+022CaSO4+2HSO- (2-2)主要技术指标是:脱硫率大于S0%(钙硫比
7、1.51.6)，除尘效率90%。缺点是一次性投资较高，运行费用较高。制浆系统1.2.2 GGT一型燃煤锅炉烟气脱硫器该技术的基本原理是:利用喷射雾状的高效脱硫除尘药剂水溶液，在对锅炉排放的烟气、粉尘进行增湿的同时，使二氧化硫得到吸收、反应、凝结于粉尘。再通过离心式旋风除尘器，使吸收了SO2的尘粒和液滴降入集尘箱，达到脱硫和提高除尘效率的目的。工艺流程见图1-2所示。在一定吸收液的碱度条件下，设备脱硫效率达60%，除尘效率达95%左右。1.2.3 湿式冲旋脱硫除尘技术基本原理是利用冲激、旋风二级除尘机制，在除尘器内部设置了冲激室和旋风室。烟气由锅炉进入冲旋室后，自上而下冲激水面，进行初次除尘，润
8、湿烟尘，增大细微尘粒的重量。然后烟气自下而上，在除尘器上部经由导板组成的通道进入旋风室。在旋风室内自上而下沿室壁作螺旋运动，利用离心力进行二次除尘，然后由轴线向上经出口排出。在除尘过程中，烟气中的二氧化硫溶解于水，生成亚硫酸微滴，并与尘粒一起从烟气中分离出来。主要技术指标:S02去除率80%，烟尘去除率95%，阻力1100Pa。1.2.4 湿式旋风除尘脱硫技术该技术利用锅炉自身运行过程中产生的烟尘、炉渣和废水来治理烟气。基本原理是拦截碰撞、离心分离、酸碱中和反应等共同作用。在装置内，喷成雾状的吸收液与旋转进入的烟气作用，进行脱硫和除尘。然后进入文氏管装置，进一步脱硫和除尘。除尘脱硫后的烟气经脱
9、水装置除去烟气中的液态水，净化烟气经引风机和烟囱排入大气。除尘脱硫污水进入锅炉出渣装置，一方面与炉渣中的碱性物质发生中和反应，另一方面炉渣吸附除尘脱硫污水中的尘粒，减轻沉淀水池的沉淀粉尘的负荷。主要技术指标:在吸收液不外加碱的条件下，脱硫效率50%，除尘效率95%，装置阻力1200Pa。1.2.5 麻石脱硫除尘技术传统的麻石水膜除尘器和麻石文丘里除尘器应用于烟气除尘已有多年的历史。近年来，利用麻石的耐腐蚀耐磨损性能制作新式烟气脱硫装置有了一定进展晰。其主要原理是：利用麻石制作筒体，在内部设置塔板来强化气液接触，提高传质效果，进而提高脱硫效率。目前主要有：旋流板式除尘脱硫装置，漏板塔式除尘脱硫装
10、置，双筒凝聚式湿式旋风除尘脱硫装置，喷淋冲击式除尘脱硫装置等等。较为典型的是采用旋流板技术进行除尘和脱硫。旋流板技术是使气体通过旋流板后螺旋上升，吸收液由上部喷入，与烟气逆流接触。液滴与尘粒同时被旋流产生的离心力甩向塔壁，水与粘附其上的尘粒沿塔壁流到下一级塔板。烟气中未被粘附的尘粒继续被用同样的方法粘附，最后经排污口排走。气体中的二氧化硫也同时被吸收液吸收。通常的旋流板式结构为多级配置。旋流板用于除尘和脱硫时，用内向板；用于除雾作用时，采用外向板。此类技术用于改造旧式麻石除尘器较易实施。但其缺点是耗水量和耗电量比其他种类除尘脱硫装置大；并且，旋流板要有较好耐腐蚀性能和一定的耐磨损性能，如果选材
11、不当，将可能由于材料腐蚀问题而影响装置的使用寿命。同时，烟气脱水、旋流板的积灰结垢等问题亦是需重点注意的难点问题。1.2.6 湿式石灰石/石灰一石膏法石灰石/石灰-石膏湿法烟气脱硫工艺采用价廉易得的石灰石作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。也可以将石灰石直接湿磨成石灰石浆液。当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的空气进行化学反应，最终反应产物为石膏。同时去除烟气中部分其他污染物，如粉尘、HCl、HF 等。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴，经热交换器加热升温后排入烟
12、囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。表1-1 石灰石和石灰法烟气脱硫反应机理脱硫剂石 灰 石石 灰主要反应SO2(g)+H2OH2SO3H2SO3H+HSO3-H+CaCO3Ca2+HCO3-Ca2+HSO3-+2H2OCaSO32H2O+ H+H+HCO3-H2CO3H2CO3CO2+H2OSO2(g)+H2OH2SO3H2SO3H+HSO3-CaO+H2OCa(OH)2Ca(OH)2Ca2+2OH-Ca2+HSO3-+2H2OCaSO32H2O+H+H+2OH-2H2O总反应CaCO3+SO2+2H2OCaSO32H2O+H+CaO+SO2+2H2OCaSO32H2O系统组成:石灰石/石灰
13、-石膏法烟气脱硫装置由吸收剂制备系统、烟气吸收及氧化系统、脱硫副产物处置系统、脱硫废水处理系统、烟气系统、自控和在线监测系统等组成。1.2.7 几种脱硫技术的综合比较几种脱硫技术的比较及应用情况见表1-2。表1-2 几种中小型燃煤锅炉烟气脱硫技术的主要性能项 目PS法GGT-I法麻石塔板法湿式冲旋脱硫法石灰石/石灰石膏法脱硫剂CaCO3药剂CaOCaCO3/ Ca(OH)2CaCO3/ Ca(OH)2脱硫率/%80607070909098副产品石膏和飞灰及钙亚硫酸盐混合物钙亚硫酸盐、飞灰和水混合物石 膏石膏和飞灰石 膏废水无无有无或有有设备面积505080906070100(基准)成本(初建投
14、资)3540354080906070100(基准)运行费用7580657570808090100(基准)适用燃料煤煤/油煤/油煤/油煤/油含硫量/%01.001.002.002.004.0处理烟气量/(1000m3/h)200200200300200 综合上述几种应用于中小型锅炉的脱硫技术，可以看出具有以下特点:(1) 投资较低、脱硫效率适中、运行费用低、操作管理简便的技术易于推广应用。(2) 就脱硫产物的处理而言，多采取抛弃法而未作为副产品回收。(3) 脱硫剂价廉，或利用锅炉运行中产生的飞灰和炉渣中的碱性物质脱硫。(4) 推广较好的技术多为湿法脱硫兼除尘的技术。(5) 我国中小型锅炉数量众多
15、，而脱硫技术的应用远未达到应有的水平。1.3 国内外主流除尘工艺技术现状从气体中去除或捕集固态或液态颗粒的设备称为除尘器。近年来，随着经济的迅速发展，以原煤为燃料的锅炉增加很多，燃煤锅炉排放的大气污染物对周围环境造成很大危害，然而减少或降低燃煤锅炉排放污染物的主要途径是与锅炉相配套的各类消烟除尘器，而除尘器的性能和效率是决定一台锅炉对周围环境造成危害程度的关键所在。除尘器可分为两大类：干式除尘器：包括重力沉降室、惯性除尘器、电除尘器、布袋除尘器、旋风除尘器。湿式除尘器：包括又喷淋塔、冲击式除尘器、文丘里洗涤剂、泡沫除尘器和水膜除尘器等。目前,常见的是机械除尘器、旋风除尘器、多管除尘器、水膜除尘
16、器、布袋除尘器及静电除尘器等。表1-3对近几年国内外几种烟气除尘技术的主要相关性能参数进行了对比介绍：表1-3 几种烟气除尘技术的主要相关性能参数除尘装置类别型 式处理的粒度（um）压力损失(Pa)集尘率(%)优 点缺 点重力除尘沉降室10050981474060价廉,易维护不能处理微粒惯性除尘通风型100502946865070价廉,易维护,可以处理高温气体不能处理微粒离心除尘旋风小型53大型5以上490147010405080不占场地,可以处理高温气体,适合含尘浓度较高的气体压力损失大,不适于湿尘,粘着性大、腐蚀性大洗涤除尘文丘里洗涤器小型1以下大型1以上245078408090集尘率高,
17、占地少,在含尘率低时效率也高需大量水,烟囱下部需用花岗石砌过滤除尘袋式除尘器200.198019609099集尘率高,操作简单,含尘率低时效率也高占地大,布耗大,不宜高温气体静电除尘科特雷尔型200.05981968099集尘率高,可处理高温气,含尘率低时效率也高占地大,投资大易老化,受粉尘电性影响声波除尘5889808095运行费用少设备费用较高 根据锅炉烟气中粉尘的原始排放浓度，再结合上表，我们可知，旋风除尘器、多管除尘器、水膜除尘器适用于链条炉；布袋除尘器及静电除尘器适用于循环流化床锅炉，但造价及运行成本较高。第二章 设计说明2.1 设计简介本设计针对某中小型锅炉厂的燃煤锅炉排出的烟气，
18、设计一套烟气脱硫除尘系统，使该锅炉烟气排放达到国家标准中二类区的排放标准。该工厂废气量为11000 m3N/h，初始含尘浓度为6000 mg/m3，初始二氧化硫体积浓度为6 %，初始烟气温度为393K，烟气其余性质类似于空气。2.2 废气中所含污染物种类、浓度及温度污染物种类：粉尘(飞灰、炭黑等)、二氧化硫等；污染物排放量：废气排放量为11000 m3N/h，初始含尘浓度为6000 mg/m3，初始二氧化硫体积浓度为6 %；初始烟气温度：393K（即120）；通过计算可得二氧化硫质量浓度为：（6%1000）/22.464=171429 mg/m3。2.3 设计规模废气处理量：11000 m3N
19、/h；二氧化硫排放量为171429 mg/m3（理论值）备注：本方案均按理论值设计。2.4 设计范围从车间排气管汇合后出口开始，经装置入口至排风机出口之间，所有工艺设备、连接管道、管件、阀门、风机、电气装置、自动控制设备等。2.5 设计指标废气排放标准应执行GB16297-1996 大气污染物综合排放标准中的二级标准，具体见表2-1。序号污染物最高允许排放浓度(mg/m3)1二氧化硫12002颗粒物150表2-1按上表之，执行标准应为：烟尘200mg/m3，二氧化硫900mg/m3。由此可以计算出相关的除尘效率和脱硫效率：总除尘效率计算：按照总除尘效率公式：=（Gc/Gi)100% = (Gi
20、-Go)/Gi100%其中： Gi、Go、Gc：分别为除尘器进口、出口和落入灰斗的尘量。（mg/m3）解得：=(6000-150)/6000100%=97.5%总脱硫效率计算：=(Ci-Co)/Ci100%其中： Ci、Co 、Cc：分别为吸收塔进口和出口处二氧化硫的含量。（mg/ m3）解得：=(171429-1200)/171429100%99.3%第三章 工艺设计3.1 总体设计准则1. 严格执行国家环境保护有关法规，按规定的排放标准，使处理后的废气各项指标达到且优于标准指标。2. 采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺，并具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。3. 工艺设计与设备选型能
21、够在生产运行过程中具有较大的灵活性和调节余地，确保达标排放。4. 在运行过程中，便于操作管理、便于维修、节省动力消耗和运行费用。3.2 废气处理方法选择3.2.1 除尘方法选择关于除尘方法，我们选择脉冲喷吹袋式除尘器。具体介绍如下：我们在合理选择除尘器时必须全面考虑有关因素，如除尘效率、压力损失、一次投资、维修管理等，其中最主要的是除尘效率。我们可以从以下几个问题来考虑选择适当的除尘方法：a) 选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放要求；根据2.5设计指标中的计算，我们可以知道该项目为达到国家标准必须满足除尘效率达到97.5%以上。根据表1-3，我们可以判定只能选择袋式除尘器或者静电除尘器两类
22、。b) 粉尘颗粒物的物理性质对除尘器性能无较大影响；本设计所涉及的烟气与空气性质相似，除含有一定浓度的二氧化硫之外无它。其粒径不定，我们可以暂且估计为一般粒径大小处理：0.1100m左右。由此我们仍旧只能选择袋式除尘器或者静电除尘器。c) 气体的含尘浓度；根据相关参数可知：初始含尘浓度为6g/m3。该浓度相对而言较高，因此我们若要达到要求除尘效率必须采用高效率除尘器。而该情况下，袋式除尘器（0.210 g/m3）或者静电除尘器（30 g/m3以下），我们没有必要在其前先设置一个低阻力的预净化设置。d) 烟气温度和其他相关性质的契合度；初始烟气温度：393K（即120），并没有超出任何一项目的适
23、用范围，除了部分袋式除尘器，因此若是我们选择该种方式，必须采用耐高温的滤料类型。详细见表3-1：滤 料 名 称直 径/m耐 温 / K 耐酸性强度长期最高棉织物(物短纤维)1020348358368很差1蚕丝(动物长纤维)18353363373羊毛(动物短纤维)515353363373稍好04尼 龙348358368稍好2.5奥 纶398408423好1.6涤纶(聚腊)413433好1.6玻璃纤维(用硅酮树脂处理)58523好1芳香族聚酰胺(诺梅克斯)523533差2.5聚四氟乙烯493523很好2.5表3-1e) 其他因素。除了空间因素、地理环境等要素外，最为重要的就是投资及操作、维修费用。
24、联系厂型的大小，厂内资金的多少，充分考虑到这点，因此我们决定选择采用耐高温式的袋式除尘装置。3.2.2 脱硫工艺选择至于脱硫处理工艺，通过对目前国内外有关中小型燃煤工业锅炉的除尘脱硫技术的相关研究比较，从而去粗取精，我们由此可以选择出适合于我们的要求的废气处理方案。结合表1-2为五类主流方法的比较可知，我国的中小型燃煤锅炉烟气的除尘脱硫技术，以湿式抛弃法为主，主要结构形式是除尘、脱硫一体化，占地小、运行管理简便的技术有更好的应用前景。世界范围的燃煤电厂烟气脱硫技术，经过30多年的发展，己经进入较成熟的第三代时期，并且仍是以湿式石灰石/石灰一石膏法为主。发达国家燃煤电厂普遍安装有脱硫装置。我国燃
25、煤电厂引进国外技术建设了一些示范项目脱硫装置，涵盖石灰石/石灰一石膏法、喷雾干燥法等几种工艺，为烟气脱硫技术在我国的应用和国产化起到了积极的推动作用。但由于投资及运行成本普遍较高，在我国的推广面还不是很大，所以开发低成本适合我国国情的烟气脱硫技术将有良好的应用前景。因此，在此份设计里我们选择当下主流的脱硫方法湿式石灰石/石灰一石膏法。3.3 系统工艺流程3.3.1 概述石灰石-石膏法烟气脱硫技术已经有几十年的发展历史,技术成熟可靠,适用范围广泛,据有关资料介绍,该工艺市场占有率已经达到85%以上。由于反应原理大同小异，本设计总结了一些通用的规律和设计准则，基本适用于目前市场上常用的各种石灰石-
26、石膏法烟气脱硫技术，包括喷淋塔、鼓泡塔、液柱塔等。3.3.2 工艺流程图典型的石灰石/石灰石膏湿法烟气脱硫工艺流程如图3-1所示，实际运用的脱硫装置的范围根据工程具体情况有所差异。图3-1 石灰石/石灰石膏湿法烟气脱硫工艺流程简图3.3.3 原理说明在该工艺中,烟气经过袋式除尘器进行除尘后，再进入脱硫吸收塔，在吸收塔内与20%30%的石灰石粉浆料或20%左右的石灰乳浊液接触，SO2被吸收生成亚硫酸钙，亚硫酸钙被氧化成硫酸钙即石膏。采用CaCO3为脱硫剂其脱硫效率一般在85%以上，适用于SO2浓度为中等偏低的烟气脱硫；采用Ca(OH)2为脱硫剂,脱硫效率可以达到95%，适用于SO2浓度较高的烟气
27、脱硫。通过添加有机酸可使脱硫效率提高到95%以上。第四章 治理工程内容本工程内容主要包括除尘工艺、脱硫工艺和自动控制系统三大部分。下面我们就分开对这两个方面进行详细的介绍分析：4.1 除尘工艺4.1.1 工艺描述 袋式除尘器虽是最古老的除尘方式，但是由于他效率高，性能稳定可靠、操作简单，除尘效率一般可达99%以上，因而得到越来越广泛的使用。滤袋通常做成圆柱形（直径为125500mm），有时也做成扁长方形，滤袋长度一般为2m左右。近年来，由于高温滤料和清灰技术的发展，袋式除尘器在冶金、水泥、化学、陶瓷、食品等不同的工业部门得到广泛应用。由于袋式除尘器的除尘效率高，如果净化空气的含尘浓度能达到卫生
28、标准的要求，可直接返回车间再循环使用，以节省热能。小型袋式除尘机组就是这样工作的。4.1.2 主要工艺设备功能简述袋式除尘器的主要性能介绍：1过滤机理袋式除尘器通过由棉、毛、人造纤维等所加工成的滤料来进行过滤，主要依靠滤料表面形成的粉尘初层和集尘层进行过滤作用。它通过以下几种效应捕集粉尘。（1）筛滤效应：当粉尘的粒径比滤料空隙或滤料上的初层孔隙大时，粉尘便被捕集下来。（2）惯性碰撞效应：含尘气体流过滤料时，尘粒在惯性力作用下与滤料碰撞而被捕集。（3）扩散效应：徽细粉尘由于布朗运动与滤料接触而被捕集。图 4-1 图 4-2过滤过程如图4-1所示，含尘气体通过滤料时，随着它们深人滤料内部，使纤维间
29、空间逐渐减小，最终形成附着在滤料表面的粉尘层（称为初层）。袋式除尘器的过滤作用主要是依靠这个初层及以后逐渐堆积起来的粉尘层进行的。这时的滤料只是起着形成初层和支持它的骨架作用。随着粉尘在滤袋的积聚，滤袋两侧的压差增大，粉尘层内部的空隙变小，空气通过滤料孔眼时的流速增高。这样会把粘附在缝隙间的尘粒带走，使除尘效率下降。另外阻力过大，会使滤袋易于损坏，通风系统风量一降。因此除尘器运行一段时间后，要及时进行清灰，清灰时不能破坏初层，以免效率下降。图4-2所示为袋式除尘器的分级效率曲线。由于滤料本身的网孔较大，一般为2050m，表面起绒的滤料约为510m。因此，新滤袋的除尘效率是不高的，对1m的尘粒只有40左右，随着粉尘层的形成，粉尘层成为主要的过滤作用，除尘效率逐步提高。由于袋式除尘器主要依靠粉尘层来过滤截留粉尘，因此，即使网孔较大的滤布，只要设计合理，对1m左右的尘粒也能得到较高的除尘效率。2滤料的预附层过滤技术在传统的袋式除尘器上使其预先附着一层粉尘层（称为预附层），通过预附层材料的吸附、吸收、催化等效应将工业废气中的气、液相污染物预先净化，然后再把烟气中的固相污染物同时去除，这种技术称为预附层过滤技术。例如在铝电解过程所产生的烟气中，除含有粉尘外，还有一定量的氟化氢和沥青烟等。可以采用氧化
