目前, 世界上煙氣脫硫工藝有上百種, 但具有實(shí)用價(jià)值的工藝僅十幾種。根據(jù)脫硫反應(yīng)物和脫硫產(chǎn)物的存在狀態(tài)可將其分為濕法、干法和半干法 3 種。濕法脫硫工藝應(yīng)用廣泛, 占世界總量的 85.0%, 其中氧化鎂法技術(shù)成熟, 尤其對(duì)中、小鍋爐煙氣脫硫來說, 具有投資少, 占地面積小, 運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn), 非常適合我國的國情。

采用濕法脫硫工藝, 要考慮吸收器的性能, 其性能的優(yōu)劣直接影響煙氣的脫硫效率、系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用等。旋流板塔吸收器具有負(fù)荷高、壓降低、不易堵、彈性好等優(yōu)點(diǎn), 可以快速吸收煙塵, 具有很高的脫硫效率。

1 主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

1) 二氧化硫 ( SO2) 排放濃度 < 500 mg/m3, 脫硫效率≥80.0%;

2) 煙塵排放濃度< 150 mg/m3, 除塵效率≥99.3%;

3) 煙氣排放黑度低于林格曼黑度Ⅰ級(jí);

4) 處理煙氣量≥15 000 m3/h;

5) 處理設(shè)備阻力在 800～ 1 100 Pa 之間, 并保證出口煙氣不帶水;

6) 出口煙氣含濕量≤8.0%。

2 脫硫除塵工藝及脫硫吸收器比較選擇

2.1 脫硫除塵工藝比較選擇

脫硫除塵工藝比較選擇如表 1 所示。

通過對(duì)脫硫除塵工藝——濕法、半干法、干法的對(duì)比分析: 石灰石- 石膏法雖然工藝非常成熟,但投資大, 占地面積大, 不適合中、小鍋爐。相比之下, 氧化鎂法具有投資少、占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn), 因此, 本方案選用氧化鎂法脫硫工藝。

2.2 脫硫吸收器比較選擇

脫硫吸收器的選擇原則, 主要是看其液氣接觸條件、設(shè)備阻力以及吸收液循環(huán)量。脫硫吸收器比較選擇如表 2 所示。

表 2 吸收設(shè)備中: 噴淋塔液氣比高, 水消耗量大; 篩板塔阻力較大, 防堵性能差; 填料塔防堵性能差, 易結(jié)垢、黏結(jié)、堵塞, 阻力也較大; 湍球塔氣液接觸面積雖然較大, 但易結(jié)垢堵塞, 阻力較大。相比之下, 旋流板塔具有負(fù)荷高、壓降低、不易堵、彈性好等優(yōu)點(diǎn), 適用于快速吸收過程, 且具有很高的脫硫效率。因此, 選用旋流板塔脫硫吸收器。

3 脫硫除塵原理

3.1 氧化鎂法脫硫原理

氧化鎂法脫硫的主要原理: 在洗滌中采用含有MgO 的漿液作脫硫劑, MgO 被轉(zhuǎn)變?yōu)閬喠蛩徭V( MgSO3) 和硫酸鎂 ( MgSO4) , 然后將硫從溶液中脫除。氧化鎂法脫硫工藝有如下特點(diǎn):

1) 氧化鎂法脫硫工藝成熟, 目前日本、中國臺(tái)灣應(yīng)用較多, 國內(nèi)近年有一些項(xiàng)目也開始應(yīng)用。

2) 脫硫效率在 90.0%～ 95.0%之間。

3) 脫除等量的 SO2, MgO的消耗量?jī)H為 CaCO3的 40.0%。

4) 要達(dá)到 90.0%的脫硫效率, 液氣比在 3～ 5L/m3之間, 而石灰石- 石膏工藝一般要在 10～15L/m3之間。

5) 我國 MgO儲(chǔ)量約 80 億 t, 居世界首位, 生產(chǎn)量居世界第一。

3.2 旋流板塔吸收器脫硫除塵原理

來自鍋爐的含塵煙氣首先進(jìn)入文丘里管, 進(jìn)行初級(jí)噴霧降塵脫硫處理, 而后以 15～22 m/s 的流速切向進(jìn)入旋流板塔筒體, 首先通過離心力的作用,煙氣中的大顆粒被甩向塔壁, 并被自上而下流動(dòng)的吸收液捕集。當(dāng)煙氣高速通過旋流塔板時(shí), 葉片上的吸收液被吹成很小的霧滴, 塵粒、吸收液和霧滴相互之間在碰撞、攔截、布朗運(yùn)動(dòng)等機(jī)理的作用下, 粒子間發(fā)生碰撞, 粒徑不斷增大。同時(shí)高溫?zé)煔庀蛞后w傳熱時(shí), 塵粒被降溫, 使水汽凝結(jié)在粒子表面, 粒子質(zhì)量也隨之增大, 在旋流塔板的導(dǎo)向作用下, 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加劇, 產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力, 粉塵很容易從煙氣中脫離出來被甩向塔壁, 在重力作用下流向塔底, 實(shí)現(xiàn)氣固分離。

對(duì)于煙氣中那些微細(xì)塵粒, 在通過一級(jí)塔板后不可能全部被捕集, 還有一定數(shù)量的塵粒逸出, 當(dāng)其通過多層塔板后, 微細(xì)塵粒凝并, 質(zhì)量不斷增大后被捕集、分離, 從而達(dá)到最佳除塵效果。

4 脫硫除塵工藝設(shè)計(jì)

4.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

主要設(shè)計(jì)參數(shù): 處理煙氣量 15 000 m3/h; 煙氣溫度 150～160 ℃; 脫硫除塵塔入口煙溫 150～160℃;脫硫除塵塔出口煙溫55℃; 脫硫塔入口煙氣SO2 濃度 2500 mg/m3(計(jì)算值) ; 脫硫效率>83.0% (設(shè)計(jì)值) ; 脫硫劑氧化鎂粉>200 目, 純度>90.0%; 液氣比 2～ 3 L/m3; 脫硫劑耗量 14 kg/h (max) ; 脫硫劑漿液濃度 10.0%; 吸收塔入口煙氣粉塵濃度 22g/m3(計(jì)算值) ; 除塵效率 99.3% (設(shè)計(jì)值)。

4.2 脫硫除塵工藝設(shè)計(jì)說明

煙氣脫硫除塵工藝可分為脫硫劑配制系統(tǒng)、煙氣脫硫除塵系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)三大部分。每臺(tái)鍋爐配備1 臺(tái)旋流板塔, 鍋爐煙氣從煙道切向進(jìn)入文丘里而后高速進(jìn)入主塔底部, 在塔內(nèi)螺旋上升中與沿塔下流的脫硫液接觸, 進(jìn)行脫硫除塵, 經(jīng)脫水板除霧后, 由引風(fēng)機(jī)抽出排空。

脫硫液從旋流板塔上部進(jìn)入, 在旋流板上被氣流吹散, 進(jìn)行氣液兩相的接觸, 完成脫硫除塵后從塔底流出, 通過明渠流到綜合循環(huán)池。

4.3 脫硫劑制備系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)說明

脫硫劑 MgO 乳液的制備系統(tǒng)主要由灰斗、螺旋給料機(jī)、乳液貯槽、攪拌機(jī)、乳液泵等組成。

4.4 脫硫除塵工藝設(shè)備設(shè)計(jì)說明

1) 文丘里管: 文丘里管由滿縮管、吼管和擴(kuò)張管三部分組成。

2) 旋流板塔: 脫硫除塵塔 (旋流板塔) 塔體采用麻石砌筑, 主塔平臺(tái)、支架、梯子等為碳鋼,塔內(nèi)件包括噴頭、旋流板、脫水器、檢修孔、支架、接管, 這些物件均采用 316 L不銹鋼材質(zhì), 以確保整套裝置的使用壽命。

設(shè)備外徑為 2 540 mm (塔壁厚 220 mm) , 高度為 17 000 mm。

3) 副塔: 塔體采用麻石砌筑, 主塔平臺(tái)、支架、梯子等為碳鋼, 塔內(nèi)包括一層脫水器, 增加脫水效果。設(shè)備外徑為 2 000 mm (塔壁厚 200 mm) , 高度為 17 000 mm。

4.5 廢水處理系統(tǒng)

脫硫廢水產(chǎn)生量較小, 約 0.5 t/h, pH 在 6～ 7 之間, 主要含 SO3, MgSO4 和固體懸浮物等, 建議將其匯入工廠原有沉淀池污水處理系統(tǒng)一并處理。

4.6 煙氣排放分析

經(jīng)濕法脫硫洗滌凈化后的冷煙氣經(jīng)脫水器脫水后, 溫度降至露點(diǎn)以下, 通常為 50～ 60 ℃, 所含水蒸氣已近飽和, 極易結(jié)露, 對(duì)后續(xù)煙道腐蝕性較大, 采用蒸汽再熱器提高煙氣擴(kuò)散溫度 (≥80 ℃)后經(jīng)煙囪排放。

通過對(duì)鍋爐煙氣污染物凈化, 最終排放煙氣中污染物濃度預(yù)計(jì)為: 煙塵≤140 mg/m3, SO2≤450mg/m3。

5 投資估算和經(jīng)濟(jì)分析

1) 工程主要費(fèi)用: 46.01 萬元。

2) 運(yùn)行費(fèi)用: 按月運(yùn)行 720 h ( 30 d× 24 h/d) ,電費(fèi) 0.6 元/度, 水費(fèi) 1.62 元/t, MgO 450 元/t 計(jì),職工月工資按 800 元/人計(jì), 各項(xiàng)運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)0.69 萬元/月。

3) 效益: 環(huán)境效益, 每月減少煙塵排放 472.0t, SO2 排放 45.4 t; 綜合社會(huì)效益, 按國內(nèi)外資料統(tǒng)計(jì), 以每排放 1.0 t SO2 引起綜合經(jīng)濟(jì)損失 500 元計(jì), 每月可減少綜合經(jīng)濟(jì)損失 2.27 萬元; 企業(yè)效益, 節(jié)支增收合計(jì)每月 25.86 萬元。

6 結(jié)論

1) 旋流板塔氧化鎂濕法除塵脫硫工藝通過工程實(shí)例證明, 其系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高, 除塵脫硫效率高,完全達(dá)到了國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn), 在技術(shù)上是完全可靠的。

2) 旋流板塔氧化鎂濕法除塵脫硫技術(shù)投資少,占地面積小, 運(yùn)行費(fèi)用低, 非常適合我國的國情。

3) 旋流板塔氧化鎂濕法除塵脫硫技術(shù)不但在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是可行的, 而且經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都非常顯著。

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