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摘 要 燃煤煙氣脫硫 Flue Gas Desulfurization 簡稱 FGD 是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè) 化應用的脫硫技術 世界各國研究開發(fā)的煙氣脫硫技術達 200 多種 但商業(yè)應用的不超過 20 種 在中 大型電站鍋爐中 目前商業(yè)應用最為廣泛的脫硫方法是進行煙氣脫硫 按脫 硫過程是否加水和脫硫產物的干濕形態(tài) 煙氣脫硫可分為濕法 半干法和干法三類工藝 濕法脫硫技術成熟 效率高 Ca S 比低 運行可靠 操作簡單 但脫硫產物的處理比較麻 煩 煙溫降低不利于擴散 傳統(tǒng)濕法的工藝較復雜 占地面積和投資較大 干法脫硫要求 溫度較高 并由此產生難以處理的酸霧 且脫硫劑利用率低 半干式脫硫工藝避免了上述 兩種工藝的缺點 備受關注 噴霧干燥法脫硫法系統(tǒng)簡單 投資相對較少 所以對于現有 鍋爐的煙氣脫硫改造是比較適合的方案 本設計主要是燃煤電廠煙氣脫硫的方案的比較 對于選定的噴霧干燥法脫硫法系統(tǒng) 進行了比較詳細地設計計算 我們通過已知的一些參 數 運用一些現有的經驗公式確定了脫硫系統(tǒng)各部分一些重要的結構和設計參數 關鍵詞 煙氣脫硫 半干法 噴霧干燥法 燃煤電廠 abstract With the development of modern industry more and flue gas containing so is sent out from factories resulting in environment pollution and damage to health So more and more attention is paid on there searching of desulphurization of flue gas Currently the most widely used business utility of desulfuration on power plant is the flue gas desulfuration And the FGD can be classified into CACO3 CASO4 wet desulfuration process atomizing and drying out process and limestone injection into the furnace and calicium oxide activation process There exists problem of equipment corrosion in wet process and the problem is difficult to solve what is more the flow of wet process is too long so its use is limited Dry process must go on with elevated temperature what is more efficiency of absorbent utilization was not high and there exists acid mist that is difficult to deal with so it is not a satisfactory method either The semi dry process gets rid of shortcomings of the two processes mentioned above so it is interested widely experimental research of flue gas desulphurization with spray drying was done in this dissertation was described If the main equipment of the spray drying was done in this dissertation was described If the main equipment of the spray drying absorption process can be produced by ourselves the invest of the FGD system can be reduced acordingly By means of the comparison and selection the best kind of process for the power plant flue gas desulfuration is chosen in this paper The spray drying absorption process detail calculation on this process is discussed in this paper At last semi dry process is chosed and the detail calculation on the system design is provided By the basic information of the unit we get the important design parameters of FGD system and operation parameters Some experience equation is involved in the calculation Key Words flue gas desulfuration spray drying semi dry Coal burning Power Plant 目 錄 摘要 錯誤 未定義書簽 第一章 緒論 4 第二章 工藝流程論證 6 第一節(jié) 煙氣脫硫技術 6 第二節(jié) 煙氣除塵技術 錯誤 未定義書簽 第三章 工藝流程的選擇 15 第四章 旋轉噴霧干燥脫硫技術簡介 18 第五章 過程設計計算 23 第一節(jié) 旋轉噴霧干燥法設計參數 錯誤 未定義書簽 第二節(jié) 噴霧干燥塔主體設備結構尺寸計算 24 第三節(jié) 旋轉噴霧裝置的主要附屬設備的設計或選型 29 第六章 旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫工藝的技術經濟評價 40 參考文獻 42 1 第一章 緒論 近年來隨著世界經濟的發(fā)展 環(huán)境問題已成為人們關注的焦點問題 在水環(huán)境 生態(tài) 環(huán)境等遭到人類生產活動破壞的同時 我們的大氣環(huán)境也日趨惡化 主要表現為燃燒化學 燃料所釋放的煙塵 二氧化硫造成的污染越來越嚴重 大量未經治理的含硫煙氣被排放到 大氣中造成嚴重的大氣污染 這些煙氣還能與雨水一起形成酸雨川 酸雨腐蝕各種設備 建筑物給人類及其他生物帶來極大危害 歷史上世界各地曾多次發(fā)生大氣污染公害事件 如英國倫敦霧事件 美國洛杉磯的光化學煙霧事件等 對人類的生存環(huán)境構成了極大危害 大幅度削減二氧化硫及煙塵排放量已是當務之急 在各種方法中 煙氣脫硫技術被認為是控制及防治大氣污染量最行之有效的手段 噴 霧干燥法脫硫屬煙氣脫硫技術范疇 其最顯著特點是吸收劑漿液在與二氧化硫氣體接觸以 前 首先被霧化成細小的霧滴 極大增強了氣液接觸面積 同時由于噴霧塔出口為干物質 因此對設備造成的腐蝕小 另外由于噴霧干燥法煙氣脫硫系統(tǒng)還對鉛 汞等重金屬離子有 去除作用 使該技術在垃圾焚燒領域也得到一定應用 目前 發(fā)達國家燃煤電廠大多安裝了 FGD 裝置 日本是世界上最早大規(guī)模應用 FGD 的國家 所用技術以石灰石 石膏法為主 占 75 以上 日本國內所用石膏基本上都來自煙 氣脫硫的回收產物 日本 20 世界 60 年代末開始大規(guī)模在火電廠安裝 FGD 裝置 使其 SO2 污染在 70 年代中后期基本得到控制 80 年代以來 日本對美國 德國及發(fā)展中國家 大量出口 FGD 技術和設備 僅向我國就出口或援建十多套 FGD 裝置 美國的 FGD 技術研究較日本較遲 自 20 世紀 70 年代初開始 特別是 1978 年重新修 改了大氣清潔法 否決了高煙囪排放 使 FGD 技術迅速發(fā)展 并取得很大的進展 1973 1990 年美國年燃煤量由 3 5 億噸增加到 7 3 億噸 增長了 107 而 SO2 的年排放 量卻由 2890 萬噸減少到 2120 萬噸 降低了 27 美國采用的脫硫工藝 80 是石灰石 石 膏法 新建電廠基本安裝了 FGD 裝置 而早期建造的上千座燃煤電廠 大多尚無脫硫裝置 為此 美國環(huán)保局組織開發(fā)廉價 易運行 脫硫效率適中 占地少的適合現有電廠改造的 脫硫技術 如多級噴射燃燒法 煙道噴射法和等離子體脫硫法等 均取得了可喜的成果 歐洲的 FGD 技術以德國發(fā)展最為迅速 德國在 20 世紀 70 年代后期 黑森 大面積 受害 不得不開展 SO2 的紡織工作 在引進日 美先進技術的同時 立足于本國技術的開 發(fā) 70 年代末開始在燃煤鍋爐上安裝 FGD 裝置 1983 年頒布了環(huán)境法規(guī)后 促進了 FGD 裝置的大規(guī)模應用 在 1983 1989 年間 其 SO2 排放量降低了 6 8 倍 目前德國 90 以 2 上的 FGD 裝置采用石灰石 石膏法 75 的工業(yè)用石膏來自于脫硫石膏 此外 丹麥 芬 蘭 挪威 奧地利等國對 FGD 技術也開展了大規(guī)模的研究 開發(fā)出許多先進工藝 如丹麥 的 SDA 法 芬蘭的 LIFAC 法 挪威的 NID 法和海水脫硫工藝以及奧地利的 DCFB 循環(huán)流 化床工藝等 不僅在本國安裝了許多 FGD 裝置 還向境外出口技術和裝備 英國主張燃用 低硫燃煤及高煙囪稀釋排放 而法國以核電為主 因此兩國對 FGD 技術的研究和應用不多 我國早在 20 世紀 70 年代就開始了工業(yè)鍋爐和火電廠鍋爐 FGD 技術的研究工作 先后 有數十家高校 科研和生產單位 對多種脫硫工藝進行了實驗研究 與發(fā)達國家相比 我 國的研究雖起步較早 但進展緩慢 隨著 SO2 和酸雨污染的日趨嚴重 SO2 控制技術的研 究被提到議事日程 在從 六五 到 九五 的 20 年間 國家投入了大量的人力 物力和 財力 對 SO2 的污染控制技術組織了攻關研究 取得了一系列成果 但大部分技術尚停留 在小試或中試階段 有的技術雖已有工業(yè)性實驗裝置 但由于各方面的原因未能大規(guī)模推 廣應用 為了促進國內 FGD 技術的開發(fā)研究 我國從 20 世紀 90 年代開始 在新建燃煤電 廠上引進國外先進的 FGD 技術和裝置 這些先進的脫硫系統(tǒng)工藝成熟 設備先進 運行穩(wěn) 定 自控程度高 起到了很好的示范作用 但其投資和運行費用較高 為了降低投資 從 90 年代末開始國內幾家大的環(huán)保公司 采取有選擇地購買國外公司先進的 FGD 技術 或 與國外公司合作共同承接國內電廠 FGD 脫硫工程 使國外技術和設備逐步國產化 目前 我國已有石灰石 石膏濕法 旋轉噴霧干燥法 常壓循環(huán)流化床法 海水脫硫法 爐內噴鈣 尾部煙氣增濕活化法 電子束法 煙氣循環(huán)流化床法等十多種工藝的脫硫裝置在商業(yè)化運 行或進行了工業(yè)示范 經過幾十年來對國外先進技術的引進 消化 吸收 我們已掌握了一些脫硫技術 為 我國大規(guī)模應用脫硫技術提供了經驗和一些必要的基礎 雖然我國的科技人員一直在為脫 硫技術的國產化而努力 但是目前還沒有達到預期的水平 脫硫裝置的建設和運行費用仍 然很高 只有用國產設備取代進口設備 同時選擇適合中國國情的 投資少 占地面積少 運行費用低的脫硫方案 脫硫的費用才會大幅度降下來 各個企業(yè)才有能力上脫硫項目 脫硫技術才會形成規(guī)模 才能有真正的社會效益 3 第二章 工藝流程論證 第一節(jié) 煙氣脫硫技術 脫硫技術發(fā)展到今天技術工藝種類繁多 僅煙氣脫硫工藝就有 200 多種以上 10 煙 氣脫硫就是在鍋爐尾部對煙氣進行處理 用各種吸收劑將 SO2 從煙氣中脫除下來 脫硫劑 一般是以鈣基為主的堿性物質 可以生成有使用價值的副產品 也可以把產物直接拋棄 煙氣脫硫是目前應用最廣泛的脫硫技術 發(fā)達國家已進入大規(guī)模使用階段 技術已基本成 熟 常用的煙氣脫硫技術有 1 濕式石灰石 石膏法脫硫技術 吸收劑以液體形式排放的這種工藝在 70 年代因投資大 運行費用高和存在腐蝕 結垢 堵塞等問題而影響了其在火電廠中的應用 經過 10 余年的實踐和改造 工作性能與可靠性 已大為提高 投資與運行費用也顯著減少 現已成為主要的電站鍋爐煙氣脫硫技術 其突 出特點是 a 脫硫效率高 有的裝置 Cd S 約為 1 脫硫率大于 90 b 吸收劑利用率高 可超過 90 c 設備運轉率高 我國珞璜電廠和杭州半山電廠都已應用濕式石灰石 石膏法 脫硫技術 簡易濕式石灰石 石膏法煙氣脫硫的原理與濕式石灰石石膏法脫硫原理相同 只是吸 收塔為水平放置 空塔氣速較高 煙氣與吸收劑漿液垂直接觸完成脫硫 之所以稱之為簡 易法式因為它處理的煙氣量只占全部煙氣量的 80 以下 處理后的煙氣與未處理的熱煙氣 在進入煙囪前混合 使煙氣溫度升至露點以上再排放 省去了煙氣再加熱系統(tǒng) 節(jié)省了投 資水平塔本身脫硫率可達 95 以上 但由此混入未處理的熱煙氣后排放 使總的脫硫率超 過 80 4 煙 氣 排氣吸收塔 石 灰 石或 石 灰循 環(huán) 槽 調 整 空 氣氧化塔 離心機 石 膏增 稠 器 清 夜圖 2 9 石 灰 石 灰 石 法 工 藝 流 程 主要的反應包含 CaCO3 CaO CO2 CaO SO2 1 2O2 CaSO4 2 濕式亞硫酸鈉循環(huán)法 W L 利用 30 左右的堿溶液 如 Na2CO3 溶液洗滌煙氣 吸收 SO2 產生 NaHSO3 在 105 封閉系統(tǒng)中進行熱分解 獲得的 SO2 氣體可壓縮成液體 SO2 也可制成 H2SO4 或硫磺產品 這種方法的投資大 運行費用高 要有堿源 我國湖南三 OO 電廠曾進行實驗 每噸 SO2 堿耗為 106 167kg 一般情況下當煙氣中的 SO2 濃度較低時 使用本工藝在經濟上不合算 3 磷銨肥法 PAFP 它是一種直接副產氮磷復合肥料的煙氣脫硫方法 它是利用活性炭的吸附作用將煙氣 中的 SO2 脫除下來 再和水蒸汽反應生成稀硫酸 然后用稀硫酸分解磷礦石萃取磷酸 用 氨中和磷酸制得磷銨 以此作為二級脫硫劑 所得到的肥料漿經過氧化并在蒸發(fā)設備中濃 縮和干燥機中干燥 最后得到氨磷復合肥料 這種工藝需要中低品位磷礦石 含 P2O5 為 26 28 和氨 我國四川豆霸電廠進行這種工藝的實驗 4 噴霧干燥脫硫技術 SDA 噴霧干燥脫硫技術是由美國 joy 公司和丹麥的 Niro Atomizer 公司共同開發(fā)的 是 80 年代發(fā)展起來的脫硫新技術 5 石 灰 水 蒸 汽石 灰 消 化 槽 貯 槽 混 合 槽 煙 氣水 部 分 干 料 返 回 袋 式除 塵 器噴 霧 干 燥 器 產 物煙 囪圖 2 10噴 霧 干 燥 法 工 藝 流 程 噴霧干燥脫硫技術是將吸收漿液霧化噴入吸收塔 吸收劑分散于煙氣中 一方面吸收 劑與煙氣中的 SO2 反應生成固體灰渣 另一方面煙氣又將熱量傳遞給吸收劑 使之不斷干 燥 所以完成脫硫反應后的廢渣將以干態(tài)形式排出 所以該技術也稱為半干法脫硫技術 該技術脫硫率可達 70 90 工藝過程簡單 設備少 占地少 不需對脫硫產品進 行二次處理 沒有廢水排放 脫硫后的煙氣不需要二次加熱 因而運行費用低 已經廣泛 用于美國 歐洲等發(fā)達國家 主要用于燃用中低硫煤的電廠 我國四川白馬電廠和山東黃 島電廠已采用次方法進行煙氣脫硫 主要包含的反應 SO2 H2O H HSO 3 HSO H SO 3 2 Ca2 SO32 CaSO3 5 循環(huán)流化床煙氣脫硫技術 煙氣循環(huán)流化床脫硫技術是把固體流態(tài)化技術引入到 FGD 工藝中的一項新技術 在 20 世紀 80 年代以后有了很大發(fā)展 煙氣循環(huán)流化床是采用含濕量為 3 5 的石灰粉作 為脫硫劑 在流化床中與高速流動的煙氣接觸完成脫硫 在流化床尾部除下來的吸收劑經 增濕后循環(huán)適用 以提高吸收劑的利用率 煙氣循環(huán)流化床脫硫技術發(fā)展很快 已出現了多種結構形式的裝置 在鈣硫比為 1 1 1 5 的情況下脫硫率可達 80 90 煙氣循環(huán)流化床工藝系統(tǒng)簡單 運行可靠 占 6 地面積小 投資和運行費用低 無廢水排放 是一種較好的干法脫硫工藝 6 粉煤灰干式煙氣脫硫技術 粉煤灰干式脫硫技術是由日本北海道電力公司首先開發(fā)成功并投入商業(yè)應用的是一項 世界首創(chuàng)的新技術 該技術是以粉煤灰 熟石灰 石膏為原料制成脫硫劑 將該脫硫劑填 充到吸收塔中 脫硫劑吸收鍋爐排煙中的 SO2 達到脫硫目的 日本東厚真電廠 1991 年安裝調試成功了粉煤灰干式煙氣脫硫裝置 該裝置處理煙氣量 644000Nm h 脫硫率大于 90 脫硫劑利用率大于 80 除塵率大于 85 3 7 電子束煙氣脫硫處理法 EBA 法 EBA 法是日本 3 家研究所在名古屋火力發(fā)電廠研究成功的 它采用高能量電子束照射 煙氣 同時去除煙氣中所含的硫氧化物 還能回收氮肥 硫酸氨和硝酸氨的混合物 EBA 是一種無排水式的煙氣處理技術 名古屋火電廠設計煙氣處理量 濕基 為 12000 m h 3 當 SO2 濃度為 800mg L 和 NOx 濃度為 225mg L 時 其脫硫脫硝率分別為 94 和 80 目前 成都熱電廠在建的 FBA 工業(yè)試驗項目是由日本荏原制所作 前述日本 3 家研究 所之一 設計 處理煙氣量為 300 000 m h 當 SO2 和 NOx 濃度分別為 1800 和 400g L3 時 脫硫脫銷率分別為 80 和 50 成都熱電廠采用是兩臺 80kv 400mA 的電子加速器 該法優(yōu)點 干法 無廢液處理和無腐蝕結垢問題 產物是高質化肥 易于收集 可同 時脫硫脫硝 缺點是 加速器造價昂貴 需要射線保護 電子槍壽命及技術管理難度大等 8 荷電干式除硫法 荷電干式除硫法是美國阿蘭柯環(huán)境資源公司研制的一種專利產品 其工作原理是 吸 收劑 常用 Ca OH 2 高速流過噴射單元 產生的高壓靜電電暈電壓 由此獲得強大的靜 電電荷 通常是負電荷 然后在除塵器前再通過噴管噴射到排煙氣流中 由于吸收劑帶同 極性的電 所以相互排斥 很快在煙氣中擴散稱為均勻的懸浮狀態(tài) 吸收劑與 SO2 的反應 機率大為增加 同時帶電的吸收劑粒子表面的電暈極大地提高了吸收劑的活性 縮短了與 SO2 反應所需的時間 提高了除硫效率 1987 年意大利 ENEL 在 Marghera 熱電廠做了 7 100N m h 的工業(yè)試驗 SO 2 和 NOx 的初始濃度為 530ppm 和 400ppm SO2 除硫率為3 80 NOx 為 50 60 能耗為 12Wh N m 3 我國德州電廠 75t h 煤粉爐安裝了此類脫3 硫裝置 除硫效率大于 70 9 LIFAC 脫硫技術 LIFAC 脫硫技術是由芬蘭的 Tampella 公司和 IVO 公司首先開發(fā)成功并投入商業(yè)應用 的 該技術是將石灰石于鍋爐的 850 1150 部位噴入 起到部分固硫作用 在尾部煙道 的適當部位 一般在空氣預熱器與除塵器之間 裝設增濕活化反應器 使爐內為反應的 CaO 和水合成 Ca OH 2 進一步吸收 SO2 提高脫硫率 LIFAC 脫硫技術具有占地少 系統(tǒng)簡單 投資和運行費用較低 無廢水排放等優(yōu)點 脫硫率 60 85 我國南京下關電廠 浙江錢清電廠均采用此脫硫技術 10 海水脫硫法 海水脫硫法是利用海水吸收煙氣中的 SO2 煙氣中 SO2 被海水吸收并與氧發(fā)生反應生 成硫酸根離子 以硫酸鹽的形式存在于海水中 天然的海水呈堿性 含有過量的碳酸鈣和 碳酸鈉 能使海水有充足能力來吸收和中和 SO2 硫酸鹽是海洋中天然且必須的成份 不會 對海水造成太大污染 目前世界上已投入運行和在建的燃煤電廠采用 Flakt Hydroa 工藝脫硫的有印度 TaPa 電廠 500MW 西班牙 Cran Canaria 電廠 80MW 印尼電廠 670MW 及我國的深圳 西部電廠 10 我國深圳西部電廠 2 號 300MW 機組選用的是挪威 ABB 公司的海水煙氣脫 硫技術 全煙氣量運行 系統(tǒng)設計脫硫率為 90 第二節(jié) 煙氣除塵技術 1 除塵器的分類 按除塵器分離捕集粉塵的主要機制 可將其分為如下四類 1 機械式除塵器 它是利用質量力 重力 慣性力 離心力 的作用使粉塵與氣流 分離沉降的裝置 包括重力沉降室 慣性除塵器和旋風除塵器等 2 電除塵器 它是利用高壓電場使塵粒荷電 在電場力的作用下使粉塵與氣流分離 的裝置 8 3 過濾式除塵器 它是使含塵氣體通過織物或多孔填料曾進行過濾分離的裝置 包 括袋式過濾器 顆粒層過濾層等 4 濕式洗滌器 它是利用液滴或液膜洗滌含塵氣流 使粉塵與氣流分離沉降的裝置 它可用于除塵 也可用于氣體吸收 當專用于氣體除塵時 也稱濕式除塵器 2 機械除塵法 機械式除塵法是一類利用重力 慣性力或離心力的作用將塵粒從氣體中分離的裝置 這類除塵法主要包括重力除塵器 慣性除塵器和旋風除塵器等 2 1 重力沉降器 重力除塵器又稱重力沉降室 它是利用塵粒與氣體的密度不同 通過重力作用使塵粒 從氣流中自然沉降分離的除塵設備 常見的重力沉降室有水平氣流沉降室 單層重力沉降室和多層重力沉降室 其基本結 構如圖 2 1 所示 含塵氣體由斷面較小的風管進入沉降室后 由于流道截面積擴大而使氣 體流動速度大大降低 在流經沉降使的過程中 塵粒便在重力的作用下緩慢向灰斗沉降 分離了部分塵粒的氣體從出口風管流出 達到了除塵的目的 重力沉降室的主要特點是 結構簡單 造價低 維護管理容易 阻力小 一般在 300Pa 以下 主要缺點是 體積龐大 除塵效率低 清灰麻煩 鑒于以上特點 重力沉降 室主要用以捕集那些密度大 粒徑大于 50 m 的粗粉塵 在多級除塵系統(tǒng)中常作為高效除 塵器的預除塵 2 2 慣性除塵器 慣性除塵器是使含塵氣流沖擊在擋板上 或讓氣流方向急劇轉變 使塵粒受慣性力作 用而從氣流中分離出來的一種除塵裝置 起除塵機制示于圖 2 3 沖擊到擋板 B1 上的塵粒 當中 慣性力大的粗塵 d1 首先被分離下來 而被氣流帶走的塵粒 如 d2 d2 d1 由于 擋板 B2 使氣流方向轉變 借離心力作用又被分離下來 煙氣中帶走的塵粒 d31 5 1 5 1 2 2 2 90 80 70 80 60 85 90 80 Ca S 1 01 1 02 1 01 1 02 1 5 2 0 2 0 3 0 占總投資 15 20 8 10 10 15 7 左右 7 8 設備占地 面積 大 較小 較大 小 大 較大 FGD 方法 項目 濕式石灰 石 石膏法 簡易石灰 石 石膏法 旋轉噴霧 法 爐內噴鈣 尾部增濕 法 海水脫硫 電子束脫 硫 結垢 堵 塞 有 有 有 有 無 無 灰渣狀態(tài) 濕 濕 干 干 干 運行費用 高 較高 較高 較低 較低 較高 煙氣再熱 需再熱 需再熱 不需再熱 不需再熱 需再熱 不需再熱 鈣利用率 90 90 40 50 35 40 推廣應用 前景 燃用高中 硫鍋爐 同左 當 地有石灰 石 燃用中低 硫煤鍋爐 燃用中 低硫煤鍋 爐 燃用中低 硫煤鍋爐 燃用高 中 低煤 14 脫硫副產 品 脫硫渣為 CaSO4 及 少量煙塵 送灰場堆 放或制成 石膏 同左 脫硫渣為 CaSO4 C aSO3 氫 氧化鈣和 塵的混合 物 脫硫渣為 CaSO4 CaSO3 C aO 混合物 目前不能 利用 無 脫硫副產 品為硫酸 銨和硝酸 銨可直接 做化肥 從本設計燃煤鍋爐的性質和脫硫要求 選用旋轉噴霧干燥法 半干法工藝較簡單 干態(tài)產物易于處理 無廢水產生 能耗 占地 投資比濕法要少 一些 脫硫率也比較高 投資一般低于傳統(tǒng)濕法 一般適用于低 中硫煤煙氣脫硫 在燃 低 中硫煤的地區(qū) 有逐漸取代濕法煙氣脫硫的趨勢 表 3 2 各種除塵的綜合性能表 除塵器名稱 使用的粒徑 范圍 效率 阻力 Pa 設備費 運行費 重力沉降器 50 5 95 98 800 1200 中 中 沖擊式除塵 器 5 95 1000 1600 中 中上 文丘里除塵 器 0 5 1 90 98 4000 10000 少 大 電除塵器 0 5 1 90 98 50 130 大 中 袋式除塵器 0 5 1 95 99 1000 1500 中上 大 表 3 3 除塵設備的投資費用和運行費用 設備 投資費用 運行費用 高效旋風除塵器 100 100 袋式除塵器 250 250 電除塵器 450 150 塔式洗滌器 270 260 文丘里洗滌器 220 500 選擇除塵器時必須全面考慮有關因素 如除塵效率 壓力損失 一次投資 維修管理 等 其中最主要的是除塵效率 本設計除塵效率為 99 3 只有電除塵器和袋式除塵器可 以達到這樣的高效率 又該煙氣含塵濃度為 5 7 g m 袋式除塵器的理想含塵濃度為3 15 0 2 10 g m 電除塵器希望含塵濃度在 30 g m 以下 再綜合考慮投資費用和運行費用等3 3 因素 選擇袋式除塵器 第四章 噴霧干燥脫硫技術簡介 噴霧干燥脫硫是 20 世紀 70 年代中期在美國和歐洲發(fā)展起來的 其市場占有率僅次于 濕法 列第二位 該方法采用濕態(tài)吸收劑 在吸收裝置中吸收劑被煙氣的熱量所干燥 并 在干燥過程中與 SO2 反應生成干粉狀脫硫產物 半干法工藝較簡單 干態(tài)產物易于處理 無廢水產生 投資一般低于傳統(tǒng)濕法 但脫硫效率和脫硫劑的利用率低 一般適用于低 中硫煤煙氣脫硫 在燃低 中硫煤的地區(qū) 有逐漸取代濕法煙氣脫硫的趨勢 噴霧干燥煙氣脫硫是利用噴霧干燥原理 在吸收劑噴入吸收塔后 一方面吸收劑與煙 氣的 SO2 發(fā)生化學反應 生成固體產物 另一方面煙氣將熱量傳遞給吸收劑 使之不斷干 燥 在塔內脫硫反應后形成的產物為干粉 其部分在塔內分離 有錐體出口排出 另一部 分脫硫后煙氣進入除塵器收集 其工藝流程如附圖 1 噴霧干燥煙氣脫硫工藝流程包括 吸收劑制備 吸收劑漿液霧化 霧粒與煙氣 的接觸混合 液滴蒸發(fā)與 SO2 吸收 灰渣排出 灰渣再循環(huán) 其中 在噴霧干 燥吸收塔內進行 1 噴霧干燥法煙氣脫硫原理 1 1 漿滴的蒸發(fā) 16 霧化器出來的漿滴的直徑從 20 150 m 不等 視不同的霧化方法而不同 漿滴中的 Ca OH 2 顆粒的直徑為 1 5 m 可視為孤立的 Ca OH 2 顆粒周圍分布著連續(xù)的液相 吸 收劑顆粒溶解在液相中 在漿滴中處于飽和狀態(tài) 與此同時 SO2 在液滴的表面被吸收 漿滴進入反應器后水分開始迅速地蒸發(fā)發(fā)生在漿滴的表面 這個階段稱為恒速干燥階段 隨著蒸發(fā)的進行 液相的體積不斷減少 直到固體顆粒相接觸 集聚在漿滴的表面形成一 個固定的障礙層 這樣限制了水分的蒸發(fā)和 SO2 的吸收的速率 這個階段稱為降速干燥階 段 最后 生成物固體內的大多數自由水相被蒸發(fā)掉了 霧干燥脫硫示意圖見附圖 3 1 2 煙氣中 SO2 的吸收 在噴霧干燥反應中 石灰漿液被霧化為微細的石灰漿滴 100 m 與高溫煙氣相接 觸 氣 液 固三相之間發(fā)生復雜的傳質 傳熱作用 漿滴中水分蒸發(fā)的同時 煙氣中的 SO2 被吸收與漿滴中的 Ca OH 2 顆粒發(fā)生反應 最后得到干燥的 CaSO3 CaSO4 和未反應 的 Ca OH 2 固體混合物 經收塵系統(tǒng)而收集下來 總的反應為 Ca OH 2 s SO2 g CaSO3 1 2H2O s 1 2H2O 2 1 反應可分為以下幾個步驟 1 SO2 從氣相主體到液滴表面的擴散 2 液滴表面 SO2 的吸收 SO2 g SO2 aq 2 2 3 液相中溶解的 SO2 離解生成 HSO SO 32 SO2 aq H2O l H aq HSO aq 2 3 3 HSO aq H aq SO aq 2 4 3 23 4 液相溶解的 HSO SO 離子在液相中的擴散 32 5 Ca OH 2 顆粒的溶解 Ca OH 2 s Ca aq 2OH aq 2 5 2 6 亞硫酸鈣的生成 Ca aq SO aq 1 2H2O l CaSO3 1 2H2O s 2 6 23 反應 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 的進行均在液相中完成 漿滴中水分的蒸發(fā) 直接影響著 SO2 的脫除 17 2 噴霧干燥法脫硫工藝的系統(tǒng)組成 噴霧干燥法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)有生石灰接受貯存系統(tǒng) 漿液制造和供給系統(tǒng) 脫硫反 應系統(tǒng) 除塵除渣系統(tǒng)等 2 1 生石灰接受貯存系統(tǒng) 大多采用 CaO 含量盡可能高的石灰做脫硫劑 石灰倉內貯存的粉狀石灰經螺旋輸送機 送入消化槽消化 并制成高濃度漿液 然后進入配漿槽 配將槽上設有過濾器 以過濾大 顆粒雜質 在配漿槽內用水將濃漿稀釋到需要的濃度 20 左右 制備好的石灰乳用泵送 到吸收劑貯罐 經過延時箱和過濾篩 再用供給泵送到吸收塔頂部的高位罐備用 2 2 漿液制造和供給系統(tǒng) 由生石灰投入計量和制漿 供漿三部分組成 制備石灰漿液裝置主要有滯留式 打漿 式 和球磨機等幾種 其中前兩種之用鵝卵石狀石灰 CaO 加水后生成 Ca OH 2 但要求 水的質量要好 否則水化不徹底 高質量意味著含 Mg S C 等雜質少 一份磨得很細的十分 200 目左右 與 2 份常溫下的水混合進入攪拌器中 水質和石 灰質量均較好者混合后大約 8min 溫度上升到 95 而水質和石灰質量較差的混合后很長 時間才能到達 90 或根本達不到 Ca OH 2 水化程度以溫度來衡量 在 20min 內達不到 95 則表示水化不徹底 沒有完全變成 Ca OH 2 質量好的水及石灰進入滯留式打漿機中 約 15min 即可變成 Ca OH 2 另外不論采用任何打漿機都不要裝得太滿 應有 10 余量避 免溢出 當脫硫裝置出現故障時 石灰漿液應繼續(xù)攪拌以免其沉降 但不能超過 32h 超過 32h 石灰漿液必須排空 并用清水沖洗打漿機及管路 石灰倉的生石灰經螺旋輸送機和斗 式提升機送至高位料倉 經計量倉計量后進入生石灰熟化罐 在熟化罐內 生石灰與水混 合攪拌 發(fā)生消化反應 根據試驗要求 加入一定比例的粉煤灰和脫硫灰制好的漿液 經 過過濾進入漿液供給罐 再由供漿泵送至脫硫反應塔的高位料箱 經分離殘渣后進入旋轉 噴霧器 2 3 脫硫系統(tǒng) 它是該工藝的核心部分 由旋轉噴霧器 煙氣分配器 吸收塔三部分構成 旋轉噴霧 器采用調頻變速電機 轉速從 6000r min 到 16000r min 電機功率 190Kw 通過改變電機 轉速 可以改變漿液霧粒徑 煙氣分配器結構上可分為三個部分 沿煙氣流向從上至下依 18 次分為多孔板 上旋流板 下旋流板 多孔板為一均布圓孔的圓環(huán)形鋼板 可通過堵孔手 段改變其開孔率 從而改變流向旋流板的煙氣速度 兩層角度不同的旋流由脫硫風機引入 煙囪 吸收塔可分為細長型 L D 2 67 塔有效高度 23m 吸收塔的出口煙氣溫度可通過 該百年工業(yè)水量來調節(jié) 2 4 除塵除渣系統(tǒng)和回收裝置 灰處理采用拋棄法 從脫硫袋式除塵器收集的脫硫灰 一部分經氣力輸送到脫硫灰倉 再經磨細加水攪拌后加入到熟化罐內與消石灰混合作吸收劑循環(huán)利用 其余部分及反應塔 底部排出的會由沖灰管道沖入電廠的除塵系統(tǒng) 脫硫產物大部分從干燥塔底部排出 很少一部分被旋風分離器和袋濾器捕獲排出 干 燥室和旋風分離器一般在負壓下操作 為避免影響干燥效率和分離效率 應盡量避免空氣 從其他部位漏入干燥塔和旋風分離器中 常見的排料裝置有平動蝶形閥 推拉閥 自動恒 重閥等 這些都屬于間歇排料閥 另外 還有連續(xù)排料閥 用得最普遍的連續(xù)閥是旋轉閥 干燥粒子的回收階段需要滿足干燥器的兩個重要要求 比較經濟的產品回收方式 廢氣中無產品粒子 現有的回收設備主要有袋濾器和旋風分離器 至于選擇什么樣的回收設備主要從費用 收集效果以及被分離的產品要求的處理方式等方面加以考慮 干燥器的產品通常一部分由底部排出 而少量細粉則在旋風分離器排料口排出 干燥 室和旋風分離器一般在負壓下操作 排料通常在常壓下進行 因此 排料裝置應該盡可能 的避免空氣漏入干燥室和旋風分離器中 否則將會嚴重影響干燥器的工作性能和旋風分離 器的分離效率 常用的排料裝置有以下幾種 1 間歇排料閥 主要有手動蝶形閥 手動滑閥 或拉推閥 自動板式閥 機械操作的單板閥和雙板 閥 2 渦旋氣封 渦旋氣封是一種連續(xù)的氣流輸送裝置 3 連續(xù)排料閥 其中用得最為普遍的連續(xù)排料閥是旋轉閥 常稱為心形閥 本設計選用連續(xù)排料閥 19 在外殼內有一旋轉的葉輪 由 6 8 個葉片組成 軸和軸承都是密封防塵的 帶動葉輪旋轉 的電動機在旋轉閥體的外面 在轉動的葉輪和固定的外殼之間應保持很小的空隙 以保證 較好的氣密性 一般不應超過 0 05mm 旋轉閥的葉輪轉速不高時 排料量與轉速大致成正比 轉速過大時 物料量反而降低 這是由于轉速高時產生的離心力 使物料不能充分落入葉片之間 已經落入葉片之間的物 料也往往來不及排盡 有被葉片帶上去 通常葉輪的轉速不大于 30r min 相應的圓周速度 約為 0 3 0 6m s 2 3 噴霧法煙氣脫硫的影響因素 3 1 Ca S 對脫硫率的影響 以石灰漿為吸收劑的噴霧干燥法脫硫工藝有兩個主要的工藝指標 即脫硫效率和化學 計量比 化學劑量比是指進入系統(tǒng)的氫氧化鈣的摩爾數與二氧化硫的摩爾數之比 脫硫效率隨化學計量比的增加而增大 其增加幅度由大到小 但當化學劑量比增大到 一定的數值后 繼續(xù)提高計量比 則脫硫率提高緩慢而吸收劑的利用率將會顯著的降低 因此合理地選擇脫硫效率 對節(jié)約吸收劑用量 降低運行費用是至關重要的 3 2 吸收塔出口煙氣的近絕熱飽和溫度對脫硫率的影響 吸收塔出口煙氣的近絕熱飽和溫度值 即吸收塔出口煙氣的平均溫度與煙氣絕熱飽和 溫度的差值 溫度越低脫硫率越高 當其他條件接近時 洗手臺出口煙氣溫度越低 說明漿液的含 水量越大 SO 2 脫除反應的基本條件是吸收劑霧滴必須含有水分 當水分含量高時 霧滴 與煙氣一接觸即迅速降低了煙氣的溫度 從而使蒸發(fā)率降低 延長了化學反應時間 有利 于 SO2 的吸收 另一方面 霧滴的干燥速度還受到煙氣中水蒸氣分壓的影響 當水蒸氣分 壓接近于相同溫度下的飽和蒸汽壓時 吸收 SO2 的時間可大幅度增加 使脫硫率明顯增加 在噴霧干燥工藝中 用吸收塔出口煙氣溫度與相同狀態(tài)下的絕熱飽和溫度之差 T 來 表示出塔煙氣溫度的影響 僅在硫含量低且脫硫要求不高的吸收裝置上 采用較高的絕熱 飽和溫度之差 而對含硫量高且要求也高的吸收裝置 T 一般為 10 15 3 3 進口煙氣溫度對脫硫率的影響 較高的進口煙氣溫度可以得到較高的脫硫效率 這是由于進口煙氣溫度較高可以增加 石灰漿液的含水量 完成石灰漿滴干燥的時間就越長 能使吸收劑維持較長的濕態(tài)時間 20 從而有利于吸收劑的充分利用和二氧化硫的吸收反應的進行改善吸收塔內第一干燥階段的 傳質條件 從而使脫硫效率提高 3 4 煙氣 SO2 濃度對脫硫效率的影響 在相同的吸收塔進 出口煙氣溫度和相同 Ca S 條件下 高的進口煙氣 SO2 濃度 需要 更多的新鮮石灰加入量 因此提高了霧粒中石灰的含量 增大了需要吸收的 SO2 量和生成 的亞硫酸鈣量 霧粒水分的減少限制了 Ca OH 2 與 SO2 的傳質過程 使脫硫率降低 因此 噴霧干燥煙氣脫硫工藝只適合于處理中 低硫煤的煙氣脫硫 第五章 過程設計計算 第一節(jié) 旋轉噴霧干燥法設計參數 濃漿液固含量 36 43 入塔吸收劑固含量 20 左右 溫度差 煙氣出塔溫度與濕球 溫度之差 15 鈣硫比 1 4 1 7 Ca 利用率 50 煙氣停留時間 10s 煙氣流速 1m s 霧化液滴粒度 70 m 霧化漿液最大流量 18t h 噴霧干燥器內煙氣的平均溫度 T 查表得該條件下煙氣的物理5 107265 性質 密度 0 95kg m 3 比熱容 Cp 1 068kJ kg 熱導率 11 263 10 kJ m h 2 導溫系數 11 1 10 h 21 黏度 2 079 10 kg S 6 運動黏度 21 54 10 S 普朗特數 Pr 0 69 20 平均干煙氣量質量流量 Q 62000 0 95 58900kg h 按試驗要求 為了滿足后續(xù)的袋 濾除塵器的要求 出口煙氣的含水率不超過 6 所以 出口煙氣中所含蒸氣量 m1 5 1 2 操作的氣 液比 L N m 35400 13400 28 40 Ca S 1 0 1 5 鈣的利用率 90 40 45 脫硫效率 90 80 85 單位投資 美元 kw 100 140 70 90 投資占電廠總投資比例 20 30 8 12 脫硫費用 美元 TSO2 900 1250 750 1050 設備占地面積 大 小 灰渣狀態(tài) 濕 干 煙氣再熱 需 無需 從上表可以看出 濕式石灰石 石膏法具有脫硫效率搞 石灰石的消耗量小 鈣的利 用率高的優(yōu)點 但是其投資大 占總電廠投資的 20 30 脫硫的操作費用高 20 世紀 80 年代以來 為了降低基本投資和運行費用 積極研究及開發(fā)了噴霧干燥煙氣脫硫和爐內 噴鈣 爐尾增濕活化煙氣脫硫技術 噴霧干燥法相對濕式石灰石 石膏法具有投資少 操 作費用低的優(yōu)點 從目前的技術水平而言 噴霧干燥法只適用于處理中低硫煤 對 300MW 以內的機組已經技術上成熟 一 噴霧干燥法脫硫方案的經濟分析 表 6 2 設計的主要設備匯總如下表 序 號 設備名稱 型號 詳細規(guī)格及技術數據 單 位 數 量 1 旋轉霧化器 RW10T 盤徑為 240mm 轉速 10000r min 12000r min 實際配置功率 75 90kw 傳動方式為準行星齒輪 圓周 速度 126 151m s 臺 1 2 噴霧干燥塔 容積 754 m 直徑 10m 總高度 13 4m 3 座 1 39 煙氣進口管直徑 700mm 出口管徑 1000mm 3 旋風分離器 CLP B 10 6 直徑 1060mm 處理風量 14300 m h 進3 口風速 20m s Y 型 阻力 1150Pa 臺 5 4 袋式除塵器 MC 120 過濾面積 90 過濾風量 10800 20800 m h 阻力 980 1176Pa3 臺 5 5 三通管 進口管直徑 1000mm 出口管直徑 800mm 個 1 6 三通管 進口管直徑 800mm 出口管直徑 560mm 個 2 管徑 700mm 個 2 管徑 560mm 個 12 7 九十度圓管 彎頭 直徑 165mm 個 2 4 72 12 風量 46100 66500 m h 風壓3 1991 1579Pa 電機型號 Y280S 6 電機 功率 45kw 臺 18 離心式通風 機 C4 73 風量 1275 19350 m h 風壓3 294 3924Pa 電機功率 22kw 臺 5 9 高位槽 長方體 高度 H 2m 長 L 0 6m 寬 D 0 6m 容積 7 4 m 3 個 1 10 單級單吸離 心泵 IS100 80 125 流量 100 m h 揚程為 20m 轉速 2900r min 氣蝕余量 4 5m 泵效率 78 軸功率 7 00KW 配帶功率 11KW 臺 2 11 石灰石漿液 箱 容積 58 44 m 3 個 1 12 石灰石倉 容積 350 64 m 座 1 二 工程項目投資概算 因為只有噴霧干燥系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng)又可以放在主廠房內 建筑工程費可基本省 略 表 6 3 噴霧干燥法工程項目投資概算 按工程費分類 費用 萬元 占總投資比例 設備費 300 69 8 安裝工程費用 78 5 18 2 建筑工程費 0 0 不可預見費用 27 9 6 5 設計費 23 5 5 5 工程總投資 430 三 工程運行費用概算 表 6 4 運行費用預算 按性質分類 價格 數量 費用 元 合計 元 電費 1 0 元 度 118800KWh 月 118800 132896 40 工業(yè)用水費 1 5 元 m 32000 m 月33000 藥劑費 98 元 噸 52T 月 5096 人工費 2000 元 人 月 3 人 6000 參考文獻 1 王喜忠 于才淵 周才君編著 噴霧干燥 M 北京 華工工業(yè)出版社 2003 2 于才淵 王寶和 王喜忠編著 干燥裝置設計手冊 M 北京 化工工業(yè)出版社 2005 3 北京市環(huán)境保護科學研究院等主編 三廢處理工程手冊 大氣篇 M 北京 化學工業(yè) 出版社 2000 4 李廣超 大氣污染控制技術 M 第一版 北京 化學工業(yè)出版社 2001 5 142 144 5 國家環(huán)境保護局編寫 電力工業(yè)廢棄治理 M 中國環(huán)境科學出版社 1993 6 張基偉 國外燃煤電廠煙氣脫硫技術綜述 M 中國能源信息網 2003 7 趙毅 李守信 有害氣體控制工程 M 北京 化學工業(yè)出版社 2001 207 211 8 李功樣 陳蘭英 崔英德編 常用華工單元設備設計 M 廣州 華南理工大學出版社 2003 9 周興求主編 環(huán)保設備設計手冊 大氣污染控制設備 M 北京 化學工業(yè)出版社 2003 10 陳亞飛 煙氣脫硫技術綜述 J 11 赫吉明 馬廣大主編 有害氣體控制工程 M 北京 高等教育出版社 2002 12 趙毅 李守信主編 有害氣體控制功臣 M 北京 化學工業(yè)出版社 2001 211 219 13 孫克勤 鐘秦編著 火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)設計 建設及運行 M 北京 化工工業(yè)出版 社 2005 14 王志魁主編 化工原理 M 北京 化學工業(yè)出版社 1998 15 李曉蕓 趙毅 王修彥主編 火電廠有害氣體控制技術 M 北京 中國水利水電出版 社 2005 16 楊暢編著 二氧化硫減排技術與煙氣脫硫工程 M 北京 冶金工業(yè)出版社 2004 17 童志權主編 工業(yè)廢氣凈化與利用 M 北京 化工工業(yè)出版社 2001 5 18 曾光明等編著 環(huán)境工程設計手冊 M 湖南科學技術出版社 1990 19 夏懷詳等 旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫技術及試驗 J 電力技術 1992 年 25 8 41 14 18 20 吳穎海 張建平 變速循環(huán)流化床煙氣脫硫的實驗及其數學模型 J 熱能動力工程 1999 14 4 284 286 21 HJ T 179 2005 火電廠煙氣脫硫工程技術規(guī)范 石灰石 石灰 石膏法 S 北京 國 家環(huán)境保護總結發(fā)布 2005 22 韓旭 程云池 李振中 雙循環(huán)流化床煙氣脫硫的實驗研究 J 環(huán)境工程 2003 21 3 31 33 23 胡金榜 王風東等 噴霧干燥法煙氣脫硫的實驗研究 J 環(huán)境科學 2001 8 23 26 24 Winske aul Operation experience with spray dryers for flue gas desulfurization in German speaking countries A Proceedings of the ASME Joint International Power Generation Conference C 25 Ho Ch un sung Shin Shin Min Characteristics and SO capture capacities of sorbents prepared from products of spray rying flue gas desulfurizationg J Canadian Journal of Chemical Engineering 1993 71 6 937 939 26 Ahlbeck Jarl Engman Torb jorn Falten Stefan Vihma Maoa Method for measuring the reactivity ofabsorbents for wet flue gas desulfurization J Chemical Engineering Science 1993 48 20 3479 3484 27 Baron Edmund S Clean coal project nears commercial operation J Power Engineeering Barringtion Illinois 1995 99 2 28 Wirsching F Huller R Limmer B Semidry acid anhydrite Process the use of flue gas desulphurjzation FGS gypsum by development of a new process for the production of FGD anhydrite J ZKG International Edition B 1994 47 5 278 286 29 Taha Ramzi Environmental and engineering properties offlue gas desulfurization gypsum J Transportation Tesearch Record 1993 1424 14 19 30 DamleAshokS Modeling a furnace sorbent slurry in jection process J Jouranal of yhe Air Waste Management Association 1994 44 1 21 30 42