焦化厂脱硫实用工艺和主要设备.docx

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焦化厂脱硫实用工艺和主要设备

延安职业技术学院

毕毕业论文

题目:

焦化厂脱硫工艺及主要设备设计

专业:

化工设备维修技术

班级:

化工设备维修技术

（1）班

学号:

作者:

指导教师:

___

评阅人:

_____________

2012年05月4日

摘要

目前，火电经过多年的脱硫治理，已初见成效，焦化厂脱硫将是下一个重点治理的领域，也是政府和企业关注节能减排的热点和难点。

焦化厂烟气具有二氧化硫浓度变化大，温度变化量大，水分含量大，从而使焦炉烟气进行脱硫具有较大难度。

生产工艺中将产生焦炉废气，焦炉废气主要含二氧化硫和粉尘。

本文将主要分析当前我国已投运的焦炉烟气脱硫装置中，采用循环流化床法、氨—硫铵法、石灰石—石膏法、氧化镁法等不同的脱硫工艺方法，及其各自的优势和局限的基础上，本文就焦化厂脱硫主要工艺与设备进行设计。

关键词：

脱硫效率分析工艺系统设备设计

摘要...............................................................2

引言...............................................................4

第一章设计任务及依据

1.1设计任务........................................................5

1.2设计依据........................................................5

1.2.1废气中所含主要污染物种类及温度................................5

1.2.2设计规模.....................................................5

1.2.3设计范围......................................................5

1.2.4设计指标......................................................5

1.3控制系统........................................................6

第二章主要工艺设计

3.1设计原则........................................................7

3.2脱硫方法及其脱硫方法选择.......................................7

3.2.1脱硫方法......................................................7

3.2.2脱硫方法选择.................................................10

第三章工艺系统说明

4.1工艺系统说明...................................................11

4.2工艺原理说明...................................................11

第四章主要设备设计

4.1脱硫工艺概述...................................................12

4.2SO2吸收系统...................................................12

4.2.1系统简介及原则...............................................12

4.2.2吸收塔设备选型...............................................13

4.3辅助系统.......................................................14

4.3.1循环泵设备选型...............................................14

4.3.2鼓风机设备选型...............................................14

4.3.3氧化风机设备选型.............................................143.4吸液泵设备选型.................................................14

4.4石膏脱水系统...................................................144.5自动控制系统...................................................15参考文献..........................................................16

致谢..............................................................17

引言

随着经济和社会的发展，燃煤锅炉排放的二氧化硫严重的污染了我们赖以生存的环境。

由于中国燃料以煤为主的特点，致使中国目前大气污染仍以煤烟型为主，其中尘埃和酸雨危害最大。

焦化厂焦炉煤气中SO2及其粉尘对大气环境的污染问题日趋严重，甚至影响到我国焦化行业的可持续发展。

因此，随着环保要求的日益提高，焦化厂脱硫工艺急需完善，对焦炉煤气进行脱硫除尘的净化处理势在必行。

第一章设计任务及依据

1.1设计任务

某焦化厂生产时间为6:

00～22:

00，生产工艺中将产生焦炉废气。

每日生产中最大排放废气量170000m3N/h。

焦炉废气中含焦炉粉尘浓度为6g/m3,初始SO2浓度为17.6g/m3，初始废气温度为393K，烟气其余性质近似于空气。

要求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级的排放标准。

1.2设计依据

1.2.1废气中所含主要污染物种类及浓度

主要污染物种类：

SO2，粉尘。

污染物排放量：

最大废气排放量170000m3N/h，其中初始SO2浓度17.6g/m3。

含焦炉粉尘浓度为6g/m3。

初始废气温度为393K。

1.2.2设计规模、范围及指标

设计规模

废气处理量：

170000m3N/h；初始SO2,浓度：

11.6g/m3。

（备注：

本方案按最大值计算）

二氧化硫的物质的量:

n:

n=170000*11.6/（3600*64）=8.56mol/s

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、电气装置、自动控制设备。

设计指标

烟气排放标准应执行国家《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）

按表2-1可知，执行标准应为：

二氧化硫≤1200mg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：

η=（Gc/Gi）×100%=[（Gi-Go）/Gi]×100%

其中:

Gi、Go、Gc：

分别为除尘器进口、出口和落入灰斗的尘量，单位是mg/3。

总脱硫率计算得：

η=（170000*6-170000*0.022）/（170000*6）*100%=99.6%

总脱硫效率计算：

φ=（Ci-Co）/Ci×100%

其中：

Ci、Co、Cc分别为吸收塔进口和出口处二氧化硫含量，单位是mg/m3。

解得：

φ=（170000*8.56-170000*0.12）/（170000*8.56）*100%=98.6%

1.3控制系统

本脱硫工艺采用PLC控制系统，脱硫装置实现自动控制、显示、记录整个

工艺过程，运行人员在脱硫控制室内通过操作监控界面完成脱硫装置的起停操作

作脱硫装置的控制均能够自动运行。

可见，能达到最优化，运行费用较低，增加

设备的可行性的目的。

第二章主要工艺设计

2.1设计原则

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够在生产运行过程中具有较大的灵活性和节余地，确保达标排放。

4.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。

2.2脱硫方法及其选择

2.2.1脱硫方法

（1）石灰石——石膏法烟气脱硫工艺

工作原理：

将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中二氧化硫与浆液中的碳酸钙及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。

经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。

由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%。

（2）旋转喷雾干燥烟气脱硫工艺

喷雾干燥法脱硫工艺以石为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO2烟气的SO2被脱除。

吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。

脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。

脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。

为提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分除尘器收集物加入制浆系统进行循环利用。

该工艺的雾化形式有两种可供选择，一种为旋转喷雾轮雾化，另一种为气液两相流。

喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点，脱硫率可达到85%以上。

（3）磷铵肥法烟气脱硫工艺

磷铵肥法烟气脱硫技术属于回收法，以其副产品为磷铵而命名。

该工艺过程主要由吸附（活性炭脱硫制酸）、萃取（稀硫酸分解磷矿萃取磷酸）、中和（磷铵中和液制备）、吸收（磷铵液脱硫制肥）、氧化（亚硫酸铵氧化）、浓缩干燥（固体肥料制备）等单元组成。

它分为两个系统：

烟气脱硫系统——烟气经高效除尘器后使含尘量小于200mg/m3，用风机将烟压升高到7000Pa，先经文氏管喷水降温调湿，然后进入四塔并列的活性炭脱硫塔组（其中一只塔周期性切换再生），控制一级脱硫率大于或等于70%，并制得30%左右浓度的硫酸，一级脱硫后的烟气进入二级脱硫塔用磷铵浆液洗涤脱硫，净化后的烟气经分离雾沫后排放。

肥料制备系统——在常规单槽多浆萃取槽中，同一级脱硫制得的稀硫酸分解磷矿粉（P2O5含量大于26%），过滤后获得稀磷酸（其浓度大于10%），加氨中和后制得磷氨，作为二级脱硫剂，二级脱硫后的料浆经浓缩干燥制成磷铵复合肥料。

（4）炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺

炉内喷钙尾部增湿活化脱硫工艺是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段，以提高脱硫效率。

该工艺多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷入炉膛850℃～1150℃温度区，石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙。

由于反应在气固两相之间进行，受到传质过程的影响，反应速度较慢，吸收剂利用率较低。

在尾部增湿活化反应器内，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙进而与烟气中的二氧化硫反应。

当钙硫比控制在2.0～2.5时，系统脱硫率可达到65%～80%。

由于增湿水的加入使烟气温度下降，一般控制出口烟气温度高于露点温度1℃～5℃，增湿水由于烟温加热被迅速蒸发，未反应的吸收剂、反应产物呈干燥态随烟气排出，被除尘器收集下来。

（5）烟气循环流化床脱硫工艺烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制系统等部分组成。

该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，也可采用其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。

由锅炉排出的未经处理的烟气从吸收塔（即流化床）底部进入。

吸收塔底部为一个文丘里装置，烟气流经文丘里管后速度加快，并在此与很细的吸收剂粉末互相混合，颗粒之间、气体与颗粒之间剧烈摩擦，形成流化床，在喷入均匀水雾降低烟温的条件下，吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO3和CaSO4。

脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，进入再循环除尘器，被分离出来的颗粒经中间灰仓返回吸收塔，由于固体颗粒反复循环达百次之多，故吸收剂利用率较高。

此工艺所产生的副产物呈干粉状，其化学成分与喷雾干燥法脱硫工艺类似，主要由飞灰、CaSO3、CaSO4和未反应完的吸收剂Ca（OH）2等组成，适合作废矿井回填、道路基础等。

典型的烟气循环流化床脱硫工艺，当燃煤含硫量为2%左右，钙硫比不大于1.3时，脱硫率可达90%以上，排烟温度约70℃。

（6）海水脱硫工艺

海水脱硫工艺是利用海水的碱度达到脱除烟气中二氧化硫的一种脱硫方法。

在脱硫吸收塔内，大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气，烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去，净化后的烟气经除雾器除雾、经烟气换热器加热后排放。

吸收二氧化硫后的海水与大量未脱硫的海水混合后，经曝气池曝气处理，使其中的SO3被氧化成为稳定的SO4，并使海水的PH值与COD调整达到排放标准后排放大海。

海水脱硫工艺一般适用于靠海边、扩散条件较好、用海水作为冷却水、燃用低硫煤的电厂。

此种工艺最大问题是烟气脱硫后可能产生的重金属沉积和对海洋环境的影响需要长时间的观察才能得出结论，因此在环境质量比较敏感和环保要求较高的区域需慎重考虑。

（7）电子束法脱硫工艺

该工艺流程有排烟预除尘、烟气冷却、氨的充入、电子束照射和副产品捕集等工序所组成。

锅炉所排出的烟气，经过除尘器的粗滤处理之后进入冷却塔，在冷却塔内喷射冷却水，将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度（约70℃）。

烟气的露点通常约为50℃，被喷射呈雾状的冷却水在冷却塔内完全得到蒸发，因此，不产生废水。

通过冷却塔后的烟气流进反应器，在反应器进口处将一定的氨水、压缩空气和软水混合喷入，加入氨的量取决于SO2浓度和NO2浓度，经过电子束照射后，SO2和NO2在自由基作用下生成中间生成物硫酸（H2SO4）和硝酸（HNO3）。

然后硫酸和硝酸与共存的氨进行中和反应，生成粉状微粒（硫酸氨（NH4）2SO4与硝酸氨NH4NO3的混合粉体）。

这些粉状微粒一部分沉淀到反应器底部，通过输送机排出，其余被副产品除尘器所分离和捕集，经过造粒处理后被送到副产品仓库储藏。

净化后的烟气经脱硫风机由烟囱向大气排放。

（8）氨水洗涤法脱硫工艺

该脱硫工艺以氨水为吸收剂，副产硫酸铵化肥。

锅炉排出的烟气经烟气换热器冷却至90～100℃，进入预洗涤器经洗涤后除去HCI和HF，洗涤后的烟气经过液滴分离器除去水滴进入前置洗涤器中。

在前置洗涤器中，氨水自塔顶喷淋洗涤烟气，烟气中的SO2被洗涤吸收除去，经洗涤的烟气排出后经液滴分离器除去携带的水滴，进入脱硫洗涤器。

在该洗涤器中烟气进一步被洗涤，经洗涤塔顶的除雾器除去雾滴，进入脱硫洗涤器。

再经烟气换热器加热后烟囱排放。

洗涤工艺中产生的浓度约30%的硫酸铵溶液排出洗涤塔，可以送到化肥厂进一步处理或直接作为液体氮肥出售，也可以把这种溶液进一步浓缩蒸发干燥加工成颗粒、晶体或块状化肥出售。

表3-2:

烟气脱硫技术综合评价

2.2.2脱硫方法选择

我国的石灰石储藏量大，矿石品位较高，CaCO3含量一般大于93%。

石灰石无毒无害，在处置和使用过程中很安全，是FGD理想的吸收剂。

它脱硫效率高，节省吸附剂，能耗低，性能可靠，生成稳定商用石膏。

综合考虑技术成熟度和费用因素,石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术具有较大优势。

因此我们选择石灰石膏法脱硫作为本设计的处理工艺。

第三章工艺系统说明

3.1工艺系统说明

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-石膏法烟气脱硫技术，包括喷淋塔、鼓泡塔、液柱塔等。

3.2工艺原理说明

在该工艺中,烟气经过除尘后进入脱硫吸收塔，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浓度较高的烟气脱硫。

通过添加有机酸可使脱硫效率提高到95%以上。

第四章主要设备设计

4.1脱硫工艺概述

本工程内容主要包括脱硫工艺和自动控制系统二大部分。

下面我们就脱硫这个方面进行详细的介绍分析：

首先根据设计标准所算的总的脱硫标准为：

91.48%，而往往当下的简单脱硫工艺的脱硫效率达不到此标准，经研究所得我们可以采取多级处理的方法进行脱硫工艺脱硫装置范围内的工艺部分的初步设计，主要包括：

SO2吸收系统；设备辅助系统；石膏脱水系统。

以下我们就这几个重要系统进行详细介绍：

4.2SO2吸收系统

4.2.1工艺简介及原则

工艺简介石灰石浆液通过循环泵从吸收塔浆池送至塔内喷嘴系统，与烟气接触发生化学反应吸收烟气中的SO2，在吸收塔循环浆池中利用氧化空气将亚硫酸钙转换成硫酸钙。

石膏排出泵将石膏浆液从吸收塔送到石膏脱水系统。

脱硫后的烟气夹带的液滴在吸收塔出口的除雾器中收集，使净烟气的液滴含量不超过保证值。

SO2吸收系统包括：

吸收塔、吸收塔浆液循环及搅拌、石膏浆液排出、烟气除雾和氧化空气等几个部分，还包括辅助的放空、排空设施。

设计原则湿式吸收塔或吸收塔系统设计成没有预洗涤塔的液柱塔，没有填料等内部件。

SO3吸收设备尽可能模块化设计。

包括吸收塔和整个循环浆池。

液柱的设计能保证SO2去除量。

吸收浆液将从搅拌的吸收塔浆池由泵送至喷嘴、系统，浆液向上喷射，并在重力作用下回到反应池，在上升和下降过程中，吸收SO2，吸收浆液将收集在吸收塔浆池内返回喷嘴循环利用。

吸收塔壳体设计能承受压力、管道推力和力矩、风和地震荷载，以及承受所有其他作用于吸收塔上的荷载。

支撑和加强件能防止塔体倾斜和晃动。

塔内管道、除雾器支架应有足够的强度和刚度。

夹带浆液将在浆液喷雾系统下游除雾器中收集。

吸收塔循环浆池中无需加入硫酸或其他化合物就能用就地增强浆液氧化方法完成亚硫酸钙的氧化。

吸收塔循环浆池容积保证吸收塔排出石膏的品质要求。

尽可能通过消除死角和其他诸如在贮槽中设搅拌器措施来避免浆液沉淀。

吸收塔底面能完全排空液体。

吸收塔浆液排出系统能在12小时之内排空吸收塔。

整个吸收塔整体寿命为20年。

4.2.2吸收塔设备选型

吸收塔采用液柱塔

主要性能参数见下，总体物理参数：

入塔烟气量Q（标态）：

170000m/h：

入塔SO2质量浓度：

1600mg/m;出塔SO2质量浓度:

1200mg/m3；烟气入口温度为80℃，出口温度为40℃；烟气流速：

3m/s;据资料石灰石吸收SO2时,浆液pH值在5.4～5.7之间，浆液固体含量为20%～30%，钙和硫的比为1.1～1.3可以获得较高的脱硫效率。

所以取，浆液pH值为5.6，浆液固体含量为20%，吸收塔内平均温度为80℃，钙和硫的比为1.2。

喷淋吸收塔可以分为喷淋吸收区和氧化区。

具体计算如下：

喷淋吸收区

脱硫塔中的烟气温度为80，所以脱硫塔中单位时间内烟气量为

Qt=（（Q/t）T2/T1=（170000/3600×（80+273））/273≈61.06m3/s

式中：

T1——塔内温度，K;T2——进气条件下的温度，K。

上述得知，接触时间2～5秒为宜，所以选取接触时间为4秒，所以4秒内脱硫塔内存留的烟气量：

Q4s=4×Qt=4×61.06=244.24m3。

因此可知脱硫塔中喷淋吸收区部分的体积约为244.24m3。

由资料查得，水膜除尘器中烟气上升速度取3～5m/s比较合适，故取烟气速度为V=3m/s，由公式Q=S×V得知，横截面S为：

S=Qt/v=61.06/3≈20.35m2

所以吸收塔高度为：

H=Q4s/S=244.24/20.35≈12m，经圆整得H=12m。

易得吸收塔直径为：

D=4S/π=4×20.35/3.14≈5.09m。

吸收区规格均符合要求（喷淋塔吸收区高度为5～15m，符合要求）。

氧化区

石灰石的实际用量计算：

易知，吸收液为石灰石浆液，逆流接触，则在标况下有：

CG1=14.1/64=0.22mol/m3；

CG2=（1200/64）×10-3=0.019mol/m3；

SO2lminCB2=51000×（0.22-0.019）=10251mol/h；

CaCO3的理论需要量：

10251×MCaCO3=1025.1kg/h；

实际CaCO3用量取1.5倍的理论用量为：

1.5×1025.1=1538kg/h。

2）石灰石制浆耗水量：

由于石灰石用量1538kg/h，初选浆液固体含量为20%，

则水用量为：

（1538/20%）×（1-20%）≈6152kg/h

即用水体积为：

Qv1=6152/998≈6.16m3/h）

石灰浆的体积流量为：

Qv2=（1538/20%）/1100≈7.0m3/h

4）循环的吸收液体积:

循环的吸收剂一般在槽内停留时间为2个小时。

取则循环的吸收液的体积：

V=（7.0+6.16）×2=26.32m

每日工程耗量：

石灰用量：

M1=1.538×16=24.6t/d；

用水量：

M2=6.152×16=98.4t/d。

4.3辅助系统

4.3.1循环泵设备选型

工艺中设有两个循环泵，一个是用来循环浆液，另一个是用来循环水循环浆液的泵选择：

从喷淋塔部分的计算可知，理论循环量为24m/h,而实际循环量是理论量的2.0倍，即该循环泵流量就为48m/h，可选用IS80-65-125型循环泵，流量为60m3/h,扬程为18m，效率为74%轴功率为3.93kW，配带功率为5.5kW。

4.2.2鼓风机设备选型

鼓风机设两个，风机1是将经除尘器处理后的烟气鼓入喷淋塔中，风机2是用处理后的烟气泵入烟囱排放。

废气流量为24000m3/h,选用4-72-11型8C，转速为1800r/min，流量为29900m3/h，效率为91%，功率为30.8kW。

4.2.3氧化风机设备选型

氧化风机是为氧化区提供氧气，即要满足需氧量。

氧化区的需氧量：

m=228*32/64/32=57g/m3

氧气密度为：

1.4g/L，

所以理论需氧流量为：

57*3600*10-3/1.4=146m3/h实际上，

实际氧气流量为理论值的20倍为：

146*20=2920m3/h

而空气中氧气大约占20%，所以空气量为14600。

所以氧化机选择9-26型NO6.3A离心式通风机，其具体参数如下：

转速2900r.p.m，流量1772m3/h，全压为9600Pa，内效率70%，内功率22KW.

4.2.4吸液泵设备选型

吸液泵两个，一个为泵入石灰石浆，一个是将石膏水吸出。

理论石灰石浆量为20.8m3,即25m3/h。

即选用80QW-65-25-7.5型泵，其具体参数为额度流量为65m3/h