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(3)经济合理,即在满足各项指标的前提下,工程投资省,运行费用低;
(4)脱硫系统工作时不影响锅炉的正常运行;
(5)保证在给定设计条件下,确保烟气中的二氧化硫达标排放;
(6)烟气脱硫系统布置紧凑、合理、美观、占地面积小;
(7)脱硫主体设备运行稳定可靠,使用长,操作维护简单;
(8)项目实施后,有显著的社会、经济和环境效益。
1.4设计指标
序号
项目
设计指标
1
二氧化硫排放浓度
≤200mg/Nm3
2
脱硫效率
≥95%
3
烟气含湿量
≤75mg/Nm3
1.5设计依据
·
《工锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》(HJ462—2009)
《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271—2001)
《环境保护产品技术要求湿式烟气脱硫除尘装置》HJ/T288—2006)
《钢结构设计规范》(GBJ17—88)
《工业管道工程施工及验收规范》(GBJ235—82)
《机械设备安装工程施工及验收规范》(TJ231—78)
《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》(GB50275—98)
《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》(GB50212—2002)
《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)
二、现有脱硫系统的工艺流程
2.1氧化镁法工艺原理
利用硫酸镁化学和物理的稳定性达到脱硫目的,使用的脱硫剂是中国特产的镁矿石、氧化镁等。
氧化镁法脱硫的主要化学反应如下:
1)氧化镁浆液的制备
MgO(固)+H2O=Mg(OH)2(固)
Mg(OH)2(固)+H2O=Mg(OH)2(浆液)+H2O
Mg(OH)2(浆液)=Mg2++2HO-
2)SO2的吸收
SO2(气)+H2O=H2SO3
H2SO3→H++HSO3-
HSO3-→H++SO32-
Mg2++SO32-+3H2O→MgSO3·
3H2O
Mg2++SO32-+6H2O→MgSO3·
6H2O
Mg2++SO32-+7H2O→MgSO3·
7H2O
SO2+MgSO3·
6H2O→Mg(HSO3)2+5H2O
Mg(OH)2+SO2→MgSO3+H2O
MgSO3+H2O+SO2→Mg(HSO3)2
Mg(HSO3)2+Mg(OH)2+10H2O→2MgSO3·
3)脱硫产物氧化
MgSO3+1/2O2+7H2O→MgSO4·
MgSO3+1/2O2→MgSO4
吸收浆液的pH值通过加入Mg(OH)2浆液的量来控制,通常pH值控制在6.5~7.5之间。
氧化反应通常需要有足够长的时间。
氧化反应可以在单独的浆液罐中进行,也可以将浆液罐和碱液罐分开设置,使MgO浆液有足够的氧化时间。
含有MgSO4的循环洗涤吸收液经过进一步的浓缩结晶,可以生产肥料级的MgSO4·
1H2O,也可以生产工业级的MgSO4·
7H2O。
如果不进行氧化反应或抑制MgSO3氧化,可以通过再生的方法将洗涤吸收液中的MgSO3还原成MgO作为脱硫剂循环使用,并与此同时副产硫酸。
2.2镁法脱硫的工艺特点
1)工艺技术成熟
氧化镁(MgO)法是工艺技术十分成熟的烟气脱硫工艺之一。
2)脱硫效率高
MgO湿法脱硫的效率可达95%~98%,由于Mg2+的半径小于Ca2+的半径,MgO的反应活性要比CaO高,因此Mg(OH)2的碱性比Ca(OH)2的强。
在脱硫反应中,CaO的颗粒与SO2反应生成的CaSO4是一层硬包膜,通常称此种现象为包裹现象。
它阻碍了包膜内CaO的颗粒继续与SO2反应。
而MgO法使用的氧化镁是由碳酸镁在较低温度下焙烧而成的,即所谓的“轻烧镁”。
轻烧镁具有多孔性、活性强、反应度高的特点。
其MgO颗粒与SO2反应生成的MgSO3、MgSO4很快就溶解于水(循环浆液)中,使得MgO颗粒外表面不断被更新并继续与SO2反应,直至该MgO颗粒全部反应完毕。
实验表明在相同的操作条件下,用MgO作吸收剂比用CaCO3作吸收剂的吸收效率高。
3)脱硫剂的消耗量小,原料来源可靠
由于MgO的分子量是40,CaCO3的分子量是100,因此由化学反应平衡式可知,脱除等量的SO2消耗的MgO量仅为CaCO3量的40%。
若以商品轻烧镁粉中MgO含量≥85%,商品碳酸钙粉中CaO(分子量56)的含量≥50%计,脱除等量的SO2消耗的轻烧镁粉量与消耗的碳酸钙粉量的42%。
我国氧化镁的储量十分丰富,目前已查明的储量约84亿吨,居世界首位,生产量居世界第一。
我国的MgO资源主要分布在辽宁、山东、四川、河北等省,其中辽宁占总量的84.7%。
辽宁省营口市大石桥镇是世界四大镁矿之一(已探明储量25亿多吨),被誉为“中国镁都”。
在辽宁海城(8.3亿吨)、山东萊州、河北邢台大河等地都有较大的储量和产出量。
4)运行可靠
氧化镁法一个十分突出的优点是其运行费用低、运行可靠。
因此系统的运行可靠性提高,装置的运转率高,脱硫效果好。
而钙法脱硫是石灰石浆液和石膏浆液循环,运行中要采取相应的措施防止结垢和堵塞。
5)工艺流程短
镁法脱硫工艺流程较钙法脱硫工艺流程短,一般不需要脱硫副产物的后处理设备,从而节省投资和场地。
MgO工艺脱硫塔的排水经过调整pH值,沉淀和氧化曝气处理后,可以达到综合污水排放标准,一般排入锅炉水力除灰冲渣水沉淀池中或城市污水处理厂。
7)关键设备体积小,投资省
MgO工艺使用具有多孔板的板式塔和特殊结构形式的雾化喷嘴,通过的气速高,传质效率高,与钙法使用的喷淋塔相比,镁法所用的吸收塔体积小,重量轻,投资省。
8)副产物综合利用的市场前景好
MgO湿法脱硫后的副产物如果不经过氧化曝气则可把浆液脱水,生成湿渣,湿渣可作为农用肥料。
可直接作基肥、追肥和叶面肥。
植物正常发育的需镁量一般为干重5g/kg左右。
施用镁肥不仅可以增加作物产量,而且可以改善产品的品质。
例如施用镁肥对香蕉、烟叶的产量和品质都有良好作用。
据全国土壤普查表明,我国不少地区土壤缺镁比较严重。
缺镁土壤面积巨大,约占全国土壤面积的5.8%。
若对缺镁土壤施用镁肥,则全年需要镁肥的数量十分可观。
因此,生产MgSO4肥或将MgSO4配制成复合肥料将有很好的市场前景。
2.3系统工艺流程
1)工艺流程简述
经除尘器净化后的烟气由塔底进入脱硫塔(烟囱),由于脱硫塔的直径比烟道的内径大,所以塔内烟气流速变缓,使烟气充分脱硫液接触。
塔内布置四层喷淋装置(其中三层使用,一层预留)。
由于塔内提供了良好的气液接触条件,气体中的SO2被碱性液体吸收效果好。
由于特殊的内部结构设计,决定了它是一种高效通用型传质设备,具有负荷高、压降低、不易堵、操作弹性宽等优点,其综合性能优于国内外普遍使用的湿法脱硫除尘装置。
浆液是含有MgSO3晶体、MgSO4、少量未反应的氢氧化镁和少量飞灰等的混合物,通过泵抽出,经过真空皮带压滤机后排放到指定地点(或者经过沉淀后用抓斗或人工直接清理)。
2)脱硫工艺流程简图
三、现有锅炉系统分析
锅炉房现有燃煤供暖锅炉40t/h锅炉一台,目前锅炉只配套了除尘系统,大量的SOX和NOX未经过任何处理,经烟道、烟囱直接排放到大气中,严重的污染了周围的空气和环境,是现阶段环保法所不允许的。
因此,对锅炉排放烟气进行脱硫处理,是个势在必行,利国利民的项目。
四、脱硫系统改造方案总体设计
4.1系统总体技术要求
1)脱硫工艺采用的是湿式氧化镁法,脱硫系统的工艺设计完全符合《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》(HJ462—2009)的要求。
2)脱硫系统设计符合国家相关标准和法规,设计脱硫效率≥95%;
锅炉烟气经脱硫装置净化后,二氧化硫排放浓度低于200mg/Nm3。
3)脱硫装置的烟气处理能力应能保证锅炉在30—110%MBCR工况时的烟气量下正常运行。
4)对于脱硫系统中的设备、进行必要的防腐、防磨保温等处理。
5)管道系统尽量做到简洁美观、便于安装维护,流速合理,强度和刚度足够,考虑抗振动、防磨损、防腐蚀、防堵塞和室外管道防冻等。
6)工艺上尽可能节约能源和水源,尽可能降低脱硫系统的投资和运行费用。
设备和管道运行中溢流、冲洗和清扫过程中产生的废水应收集后返回系统循环利用,不直接排放。
7)在所有需要维护和检修的地方设置平台和扶梯,平台和扶梯的设计满足相关标准和规范的要求。
4.2烟气系统
1)确定脱硫系统阻力参数,并留有一定的余量。
2)脱硫系统所有的烟道最小壁厚不低于5mm,烟道内烟气最大流速为15m/s。
3)脱硫塔进出口烟道采用Q235碳钢制作。
4)烟气系统应安装必要的人孔、卸灰孔、膨胀结等烟道附件。
5)整个烟气系统的漏风率应≤1%。
6)烟道根据可能发生的最差运行条件(温度、压力、流量、湿度等)进行设计。
4.3吸收系统
1)根据环保要求,采用“一炉一塔”设计;
2)脱硫塔本体采用碳钢和玻璃鳞片防腐结构(或者SS316L不锈钢材质);
塔体的使用不低于15年。
3)塔内装有除雾装置,可有效实现气液分离,确保排放烟气中的含湿量≤75mg/Nm3
4)塔内喷淋装置及喷嘴的设计充分考虑喷嘴的防腐、防磨;
对除雾器采取有效的措施防止结垢和堵塞。
4.4脱硫液循环系统
1)脱硫液循环系统为“一炉一塔”配置。
2)脱硫液循环使用,以减少系统水耗,降低运行成本。
3)控制脱硫循环液的PH值在规定的范围内保持稳定。
4)脱硫循环泵均考虑防腐、防磨。
4.5脱硫剂制备系统
1)脱硫剂制备设备(包括搅拌器)均采用环氧树脂防腐处理。
4.6脱硫渣处理系统
1)提供科学合理的脱硫渣处理方案,不使脱硫副产物对环境造成二次污染。
2)副产物处理系统简单,运行可靠,事故率低,易于维护。
3)脱硫渣采用沉淀后统一清理。
4)系统设备、设施均考虑防腐、防磨。
五、脱硫系统主要技术指标
序号
指标名称
单位
数值
锅炉蒸发量
t/h
40
锅炉数量
台
处理烟气量
m3/h
100000
4
锅炉出口烟气温度
℃
160
5
燃煤含硫量
%
6
SO2初始浓度
mg/Nm3
≯1500
7
设计脱硫效率
≥95
8
SO2排放浓度
≤200
9
SO2排放速率
Kg/h
12
10
液气比
L/m3
2.7:
11
镁硫比
mol/mol
1.05:
氧化镁用量
0.138
14
电耗
Kwh/h
106
15
水耗
t/H
1.5
16
脱硫系统阻力
Pa
1200
17
锅炉运行时间
h/a
4000
18
脱硫主体设备使用
年
六、脱硫系统具体改造方案
6.1系统概述
本
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