锅炉烟气脱硫工程技术方案的结构设计 21页

'锅炉烟气脱硫工程技术方案的结构设计一、工程概况1.1项目名称、建设单位项目名称：150t/h循环流化床锅炉烟气脱硫工程建设单位：xx有限公司1.2项目概述xx有限公司作为现代化的生产企业，拥有先进的设备和技术。企业在发展生产的同时，也十分重视节能、环保工作，为了适应国家和地方不断提高的环保标准，积极建设各类环保设施，以减少因生产给环境带来的影响，努力创造良好的生产、人居环境。厂区现有150t/h循环流化床锅炉一台，锅炉燃煤含硫量为0.8%，其烟气中的二氧化硫的排放浓度大约为1800mg/Nm3，含硫烟气不但对厂区和附近的空气环境造成了一定的影响，且二氧化硫的排放浓度也不符合环保部门的排放要求，如果配备烟气脱硫装置可在满足环保要求的同时改善空气质量，因此安装烟气脱硫系统是十分必要的。1.3拟定方案结合该项目的实际情况，本工程拟选择石灰-石膏法脱硫工艺，并配合空塔喷淋技术来对锅炉的烟气进行脱硫处理，使之达到环保部门的排放要求。-21- 方案中二氧化硫初始浓度约为1800mg/Nm³，二氧化硫的设计排放浓度小于100mg/Nm³。方案中所做设计在满足业主要求的同时满足国家其他关于安全、消防、环保方面的强制性标准。二、设计原则、依据2.1设计原则§贯彻国家的环保政策，严格遵守国家的有关法规、规范和标准。§选用先进可靠的脱硫技术、工艺，确保脱硫效率满足规定要求。§设计时充分考虑脱硫系统的安全性、稳定性以及运行的经济性。§结合现有的客观条件，因地制宜，制定具有针对性的技术方案。§系统运行适应风量、温度、二氧化硫浓度等负荷的变化与波动。§系统的布局合理、紧凑，按照功能进行分区，便于运行和管理。§系统具有紧急停车的功能，经过旁路烟道，不影响正常的生产。2.2主要执行标准与规范《大气污染物综合排放标准》（GB16297—1996）《工业窑炉大气污染物排放标准》（GB9078—1996）《环境空气质量标准》（GB3095-1996）《湿式烟气脱硫除尘装置》（HCRJO40—1999）《燃煤烟气脱硫设备》（GB/T19229-2003）《火电厂烟气排放连续监测技术规范》（HJ/T75－2001）《固定污染源与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1999）《耐酸耐磨泵执行标准》（Q17320282BBN004）《设备及烟道保温技术通则》（GB4272-92）-21- 《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》（GB50275-2010）《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50040-1995）《焊接件通用技术条件》（JB/ZQ400-3-96）《涂装通用技术条件》（JB/ZQ4000-10-86）《工业企业设计卫生标准》（GB17055-1997）《工业企业噪声控制设计规范》。（GBJ87–1985）《建设工程施工现场管理标准》（JGJ59—99）《混凝土结构设计规范》（GBJ10-93）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）《钢结构设计规范》（GB50017-2002）《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）《机械设备安装工程施工及验收技术规范》（TJ231）《工业管道施工及验收标准》（GBJ－235－82）《工业金属管道工程施工及验收规范》（GB50235－97）《压力容器技术管理规定》（YB9070－92）《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》。(HGJ229—1991)《自动化仪表工程施工质量及验收规范》。(GB50131-2007)《低压配电装置规范》（GBJ54-83）《工业及民用通用设备电力装置设计规范》（GBJ55-83）《电力建设施工及验收技术规范》（DL5031－94）《电气装置安装工程施工及验收规范》（GBJ232-82）-21- 《通用用电设备配电设计规范》（GB50055－93）《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》（GB50168-2006）以上规范，若有新版本，以最新版本为准。三、设计参数3.1原始数据项目名称单位数值备注烟气源/锅炉CFB数量台1150t/h烟气温度℃120除尘后烟气流量m3/h310000150t/h年运行时间h7200估算SO2初始浓度mg/Nm31800估算3.2设计指标项目名称单位数值备注SO2排放浓度mg/Nm3＜100处理烟气量m3/h330000150t/h液气比L/m310脱硫系统阻力Pa＜1200出口烟气含水量mg/Nm3＜75-21- 出口烟气温度℃～60脱硫装置可用率%＞95四、脱硫技术介绍4.1常见的脱硫工艺脱硫技术经过多年的研究和发展，已经取得丰硕的成果。目前的脱硫技术按脱硫工艺与燃烧的结合点可分为：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫三种。燃烧后脱硫技术即：对燃烧后产生的烟气进行脱硫，简称烟气脱硫技术(FGD技术)，这也是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式。常见的烟气脱硫技术可分为干法脱硫技术和湿法脱硫技术两类，其中湿法脱硫技术所占比例最大，市场占有率也最多。目前市面上最为常见的湿法脱硫工艺主要有：石灰(石)-石膏法、双碱法、氧化镁法、氨法这么几种。常见湿法脱硫工艺的技术特征工艺类型技术特征石灰(石)-石膏法一次性投入较低、运行成本较低、控制要求不高、系统运行稳定、副产物容易分离。。双碱法一次性投入较高、控制要求较高、运行成本较高、还原、沉淀池的设计要求较高、高PH环境下钙离子的流入容易造成塔内结垢。氧化镁法一次性投入较高、运行成本较高、控制要求较低、脱硫剂来源受限制、副产物分离系统较复杂。氨法一次性投入较高、运行成本较高、副产物分离系统复杂、氨的逃逸、泄漏存在隐患、而且气溶胶的问题难以克服。4.2脱硫工艺的选择本工程拟选用石灰-石膏法脱硫工艺，采用石灰粉[CaO]来制取-21- 脱硫用的循环浆液，制好的浆液储存在浆池之中，以备用泵注入吸收塔和含硫烟气接触反应。反应后生成物在塔内经过强制氧化，成为性质稳定的二水合硫酸钙，然后再通过脱水装置从系统中分离出来。4.3石灰-石膏法脱硫工艺的基本原理石灰-石膏法脱硫工艺采用石灰粉[CaO]作为脱硫剂来吸收烟气中二氧化硫。吸收过程中发生的主要化学反应如下： (1)气体从气相主体到液体表面气膜的扩散 XYm(气相主体)→XYm(气膜)（XYm代表SO2、SO3、HCl） (2)XYm从气膜穿过气液界面的扩散与溶解 XYm(g)→XYm(aq) (3)溶解后的气体的水合过程 SO2(aq)+H2O→H2SO3 SO3(aq)+H2O→H2SO4 (4)溶液中的离解、氧化 H2SO3→H++HSO3- HSO3-→H++SO32- 　HSO3-+1/2O2→HSO4- SO32-+1/2O2→SO42-(部分) (5)在液相中，Ca(OH)2溶解与电离 CaO+H2O→Ca(OH)2 Ca(OH)2(aq)→Ca2++2OH- (6)产生的OH-发生中和反应-21- H++OH-→H2O (7)盐的形成 2H2O+SO42-+Ca2+→CaSO4•2H2O(s) 1/2H2O+SO32-+Ca2+→CaSO3•1/2H2O(s) CaSO3•1/2H2O+1/2O2+3/2H2O→CaSO4•2H2O(s)以上反应简单的说，就是烟气中的二氧化硫溶于水生成亚硫酸，然后和脱硫液中的碳酸钙成分反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙再被强制氧化成硫酸钙，硫酸钙分子和水分子结合生成二水合硫酸钙即石膏。以上主要过程也可以近似看成如下反应：（a）（b）（c）（d）其中：式（a）为二氧化硫溶于水形成亚硫酸时的反应；式（b）为采用石灰制取脱硫剂时的最主要反应；式（c）为脱硫过程中发生的最主要的脱硫反应；式（d）为反应生成物被氧化成稳定的脱硫副产物；4.4常见的脱硫塔形式脱硫塔的形式很多，最常见的塔型主要有填料塔、旋流板塔、喷淋塔、鼓泡塔、液柱塔以及在这些塔型上所衍生出来的其他塔型。不同结构的吸收塔其特点各不相同：填料塔和旋流板塔因为脱硫效率低、结垢严重已经面临淘汰；鼓泡塔和液柱塔-21- 脱硫效率虽高，但是动力消耗巨大，且稳定性较差，实际应用极少；喷淋塔将脱硫液雾化成弥散相的微小液滴，极大地增强了气液两相接触的比表面积，脱硫效率大幅提高，且喷淋塔属于空塔结构，因此阻力极小同时不会发生堵塞。4.5吸收塔的选择根据上述比较，本工程拟选用喷淋塔作为烟气脱硫的反应载体，空塔喷淋技术是目前业内最为成熟、使用也最多的吸收技术之一，十分适合石灰-石膏法脱硫工艺。空塔喷淋技术具有以下优点：脱硫效率高、操作弹性好、适用范围广、系统阻力小、运行费用低、不会结垢堵塞、运行稳定、维护方便。五、方案设计与工程范围5.1方案设计◆选择石灰作为脱硫剂，采用石灰-石膏法脱硫工艺；◆配置1套喷淋吸收塔系统；◆配置一套脱硫剂制备系统；◆配置一套循环、氧化系统；◆配置一套副产物处理系统；◆配置一套电气控制系统；5.2工程范围◆烟气脱硫工艺流程设计；◆脱硫塔体的设计与制造；◆辅助设备的制作与采购；-21- ◆控制系统的设计与制作；◆基建部分的设计与施工；◆脱硫系统的安装与调试；5.2.1我方供货范围(1)整个脱硫系统工艺、土建和电控的设计；(2)除土建之外的所有的脱硫工艺系统（包括吸收塔系统、脱硫液循环系统、烟风系统、脱硫剂输送系统、脱硫渣处理系统、事故浆液系统、仪电控制系统、给排水系统、管道、防腐等）。5.2.2业主供货范围(1)土建结构施工（包括现场清理、设备基础、控制室、电缆沟、管架基础、土建改造等与土建相关的一切内容，包含预埋件）；(2)接口内容（包括水、电、压缩空气、渣、废水接口内容）；(3)烟风切换的指挥、实施、安全等工作，确保乙方施工的烟道顺利与甲方原有烟道对接。六、石灰-石膏法烟气脱硫系统介绍本脱硫系统配套的子系统主要包括：烟气系统、吸收塔系统、浆液循环系统、脱硫剂制备系统、副产物处理系统、电气控制系统。6.1石灰-石膏法工艺流程介绍含硫烟气经除尘器后进入喷淋式吸收塔，与雾化后的脱硫液逆向对流接触、充分反应，完成对烟气的脱硫反应，脱硫后的净烟气经过除雾器除雾后进入烟囱排入大气。-21- 脱硫系统设置旁路烟道，当脱硫系统需要检修而停运时，可以通过对挡板门的调节，让烟气经由旁路烟道直接进烟囱排放。脱硫液采用塔内循环的吸收方式，循环泵从塔底将脱硫液打到喷淋层，通过喷嘴使其雾化后与塔内烟气充分接触，完成脱硫反应。脱硫液在重力作用下流回塔底，并再次由循环泵打回喷淋层循环利用。石灰粉储存在料仓内，根据工艺需要定量加灰。当石灰浆液罐内浆液不足时，开始补水至所需液位，并自动计量所需的脱硫剂至化浆罐内搅拌制浆。成品浆液通过石灰浆液泵输送至脱硫液系统中。饱和反应后的循环液通过浆液排出泵，将部分浓缩浆液输送至石膏旋流器、真空皮带机或者压滤机进行脱水处理。脱水后的滤液流部分作为废水外排，部分返回浆液系统重新利用。脱硫系统采用“PLC+上位机”的控制方式，操作员通过上位机对整个装置进行集中控制，提高系统整体自动化程度。系统工艺流程示意图-21- 6.2烟气系统烟气系统主要包括烟道、支架、挡板门、膨胀节、增压风机等。(1)烟道由足够强度的钢板制造，能承受所有的荷重条件。(2)接触到烟气冷凝液或其夹带的雾滴的烟道，进行防腐保护。(3)脱硫塔进出口设置烟道挡板门，来调节烟气流动状态。(4)系统阻力过大时应设置增压风机来维持系统的正常运转。(5)必要时需设置膨胀节来补偿烟道的冷热伸缩引起的位移。6.3吸收塔系统-21- 吸收塔为喷淋式的空塔结构，塔体通常采用碳钢、镍基合金钢、或者玻璃钢来制作，如果塔体采用碳钢来制作，需在其内部进行防腐。脱硫塔内安装有喷淋层、除雾器、冲洗装置等，塔体外部设扶梯平台、检修孔等，同时塔体预留各种管路和仪表的接口。烟气由吸收塔塔下部的烟气入口处引入塔内，在塔内与雾化的吸收液充分接触，并发生脱硫吸收反应，脱硫后的净烟气经过除雾后经塔顶的出口进入烟囱排入大气。除雾器安装在吸收塔顶部，依据液滴的撞击惯性、离心力来分离净烟气中夹带的雾滴。除雾器材质多为聚丙烯，且配套冲洗装置，这样可以避免因气流中微小的尘粒在除雾器上的粘附而造成系统阻力增加。喷淋层-21- 又称为脱硫液分布器，它是由喷淋管和喷嘴组成，浆液通过喷淋管的均匀分布到每个喷嘴，然后雾化喷出，与逆向流动的烟气充分接触，SO2在此吸收。喷嘴通常是不锈钢或者碳化硅材质，喷淋管常用的材质有：不锈钢管、衬胶钢管、FRP管、PPR管等。6.4脱硫液循环系统脱硫液循环系统主要设备包括循环泵、管道、阀门等。吸收塔内的脱硫液由循环泵重复泵入吸收塔内进行循环脱硫。少部分浆液由排浆泵输送至石膏旋流器，然后再送到真空皮带机或者压滤机进行渣液分离，滤液进入滤液池，部分滤液用于化灰、外排，部分返回塔内循环使用。循环泵的泵体多为铸钢材质内衬和叶轮为高分子耐磨耐腐材料，循环管道，大多采用复合管、耐腐蚀合金钢、FRP、PPR、UPVC材质……6.5脱硫剂制备系统-21- 脱硫剂制备系统主要包括：料仓、卸料装置、输送机、消化罐、搅拌器、石灰乳泵等设备。本方案设计采用石灰作为脱硫消耗剂。石灰粉要求氧化钙含量大于90％，目数大于250目。石灰粉料仓的有效容积应当能够满足系统正常运行的耗量需求，同时料仓的设计应当能够实现半自动储料的功能。6.6副产物处理系统石灰-石膏法脱硫工艺的副产物主要是二水合硫酸钙，为了便于脱硫副产物的处理，需对脱硫副产物要进行沉淀、脱水等处理。从浓缩池底部用排浆泵将副产物浆液输送至石膏旋流器，进行初步脱水，然后再通过压滤机或者真空皮带机进一步脱水。经脱水分离后副产物的含水率小于10%，然后入渣库存放待运。6.7电气控制系统①供电方式本工程负荷等级为二级。脱硫装置配电电压等级380V/220V，三相四线制，控制电源为交流220V。上位计算机等重要负荷必要时采用在线式UPS供电。②接地系统处理系统低压配电系统接地接零保护采用TN--C--S系统，所有电气设备金属外壳均需可靠接地和接零，民用动力、照明接地接零保护采用TT系统。③动力设备起动和控制方式-21- §所有动力设备设有欠压、短路和过载保护，电源总柜设过流保护。§民用动力和民用照明设有短路、过载和漏电保护。§动力电缆采用铠装电缆沿电缆沟暗敷设，无电缆沟地方软电缆和信号电缆均采用穿钢管埋地暗敷设，电缆沟支架均需接地，形成接地网。集中控制的电动机等设备设就地操作箱。对脱硫系统及其辅助系统进行启/停控制、正常运行的监视和调整以及异常与事故工况的报警。④自动化控制系统控制系统一般采用PLC控制，留有与DCS通讯的接口，必要时可以采用“PLC+上位机”方式。操作员不但能够通过现场、PLC对整个脱硫系统进行控制，还可以通过上位机进行集中控制，控制系统能检测系统负荷、烟气中的SO2的含量、烟气的温度等以及脱硫液的PH值等信号，并将监测信号输入PLC，PLC则会根据PID算法，自动实现脱还原剂的制备、钠碱的补充、脱硫液的流量调节等等，充分保证脱硫效率的稳定性。DCS系统运行画面示意图：-21- 6.8其他说明⑴防雷系统本工程为三类防雷，房屋、塔体、罐等采用避雷网(带)、避雷针或其它金属结构作为闪接器，每根引下线的冲击接地电阻不大于10Ω，脱硫区域内的防雷保护根据需要设计和安装。⑵防火措施除采用阻燃电缆外，在脱硫塔内有防火阻燃的可靠措施。在墙洞、盘柜开孔处使用防火堵料封堵。⑶抗震设计按《建筑抗震设计规范》（GBJ11-89）执行。6.9质量保证及服务承诺⑴质量保证-21- a.严格有效地控制质量保证的全过程，保证系统设备从设计、制造、订货、安装和服务都处于受控状态，确保设备产品的制造、施工、安装合格率达100%。b.保证脱硫系统技术工艺成熟、可靠，系统投入运行后安全、稳定。通过环保监测部门测试达到设计要求，提供监测报告，达到国家规定的环保排放标准。c.设备制造、安装、施工、调试过程中，积极邀请业主相关部门全程参与、监督。⑵服务承诺a.本着对用户负责，诚信服务的宗旨，加强售前、售中、售后服务，将“超前服务”“全过程服务”“终身服务”这一理念，贯彻在产品制造、安装、调试、检修的全过程。b.对承建的设备，不分规格大小，不分路途远近，无论是否在保修期内，一律热情服务，用户对质量不满意，服务不停止。c.接到用户反映的信息后，在3小时之内做出响应并最短时间派出服务人员赶往现场，调试、检修及时解决问题，确保设备正常运行。d.负责对用户操作人员进行技术培训，并为用户提供烟气脱硫方面的技术咨询。e.设备保质期限为一年，质保期内为用户免费保修，质保期满后成本保修。七、系统主要经济技术指标项目名称单位数值备注-21- 脱硫塔主体寿命年＞30正常管理维护的情况下脱硫系统可用率%＞95同步率进口烟气温度℃～120出口烟气温度℃～60Ca/S摩尔比/1.03液气比L/m³10进口SO2浓度mg/Nm31800估算出口SO2浓度mg/Nm3＜100脱硫效率%＞95脱硫系统压降Pa＜1200年工作小时数h7200系统烟气处理量m3/h330000烟气中SO2含量kg/h390SO2脱除量kg/h370石灰(CaO)耗量kg/h372(纯度按90%计)石膏生成量kg/h694系统循环水量m3/h3100工艺水耗量t/h8系统装机容量kw540系统综合电耗kw378脱硫剂费用元/h74(200元/t)工艺水费用元/h8(1元/t)电耗费用元/h189(0.5元/kwh)人工费用元/h8元/h(每机1人)单机综合运行费用元/h279-21- 八、系统配置及其报价8.1设备配置清单Ⅰ、烟气系统序号设备名称规格/型号/参数数量单位备注1进出口烟道与系统配套1套碳钢2烟道支架与烟道配套1套碳钢3入口挡板门与烟道配套1台碳钢4旁路挡板门与烟道配套1台碳钢5入口烟道防腐玻璃鳞片1套塔前2米6出口烟道防腐玻璃鳞片1套全部防腐Ⅱ、吸收塔系统序号设备名称规格/型号/参数数量单位备注1脱硫塔φ=5600H=145001台碳钢2塔内防腐玻璃鳞片1套3塔体爬梯与塔体配套1套碳钢4检修平台与塔体配套1套碳钢5喷淋装置FRP1套3层/套6雾化喷嘴与喷淋层配套1套SiC/不锈钢7除雾器PP/FRP1套含支架8冲洗装置不锈钢/FRP1套9塔内氧化装置不锈钢/FRP1套含支架10氧化风机20m3/min58.8kpa1台罗茨风机11冲洗泵Q=100m3/hH=40m1台管道泵12工艺水箱V=12m31台碳钢13连接管道与系统配套1套-21- 14仪表/阀门与系统配套1套Ⅲ、浆液循环系统序号设备名称规格/型号/参数数量单位备注1浆液循环泵Q=1000m3/hH=37m3台耐腐耐磨泵2连接管道与泵体配套1套PVC管/不锈钢管3仪表阀门与系统配套1套Ⅴ、脱硫剂制备系统1制浆罐8m³1台2搅拌器与制浆罐配套1台机械式3脱硫剂补充泵Q=3.5m3/hH=30M1台电动隔膜泵4连接管道与系统配套1套5仪表/阀门与系统配套1套Ⅵ、副产物处理系统序号设备名称规格/型号/参数数量单位备注1排浆泵Q=20m3/hH=30M2台耐腐耐磨泵2石膏旋流站HL-2001台内衬聚氨酯3真空皮带脱水机出料Q≥1.5T/H1台Ⅶ、电器控制系统序号设备名称规格/型号/参数数量单位备注1控制柜SZK-2A2台2现场控制箱SXK-2A2台3变频柜与循环泵配套3台4PLC控制柜西门子PLC1台5PH控制器YP-1002台6传感仪表与系统配套1套适配8电气线缆与系统配套1套适配-21- 8.2基建项目清单序号设备名称规格/型号/参数数量单位备注1脱硫塔基础与塔体配套1座混凝土2排污沟与系统配套1套混凝土3浆液循环池35m31座混凝土4石灰池8m31座混凝土5电缆沟与系统配套1套混凝土6辅机基础与设备配套1套混凝土7控制室与系统配套1座砖混8.3工程报价1、以上设备费用为：560.0万元；2、基建部分费用为：0.0万元；（业主自行建造，我司负责设计）3、设备运输费用为：5.0万元；4、安装调试费用为：24.0万元；工程总报价：589.0万-21-'