1.工程概况
北京市××环保公司根据国家SO2总量控制要求和锅炉污染物排放标准和业主要求,拟对北京××集团热电厂两台220t/h煤粉锅炉烟气实施脱硫工程。本项目实施后将对周围环境,特别是对大气污染物的控制治理以及改善周围地区的空气质量起到至关重要的作用,可获得巨大的环境效益和一定的经济效益。北京市××环保公司采用湿式CaCO3法烟气脱硫工艺,提出该厂的脱硫技术方案。
2.脱硫方案设计技术原则
1)从技术成熟、经济合理及装置运行稳定、可靠上,考虑采用湿式CaCO3法脱硫工艺,既保证系统脱硫效率在90%,又保证达到国家及地方的锅炉大气污染物排放标准。
2)采用325目CaCO3粉料作为脱硫剂,价格低廉,货源充足。脱硫产物CaSO4可综合利用,运行费用较低。
3)CaCO3难溶于水,在pH约为5.6才能正常溶解,所以它同SO2进行化学反应速度受溶解速度影响。因此,脱硫剂Ca/S比选定1.05,脱硫液气比L/G选定12。
4)严格自动控制循环槽脱硫浆液pH值在5.6,维持脱硫系统安全运行,防止系统结垢堵塞。
5)采用喷雾洗涤方式可以获得较大的液气接触面积,进而获得较高的脱硫除尘效率。喷雾空心塔有较好的防堵塞性,塔内防腐层较好施工,反应塔内壁、管道、泵、搅拌器、储罐内壁、烟道等部位都采用性能良好的防腐材料或防腐衬里。
6)保证本脱硫装置连续运行,年运行时间可满足业主要求。同时,设置旁路烟道以保证锅炉及脱硫系统的安全生产和正常检修。
7)为确保整个系统连续可靠运行,应采用优良可靠的辅机设备,以确保脱硫系统的可靠运行。
8)按现有场地条件布置脱硫系统设备,因地制宜,力求紧凑合理,尽可能减少脱硫烟道的长度,节约用地,节省投资。
9)最大限度地循环利用脱硫水,但是由于洗涤烟气的浆液中含有一定浓度的盐和Cl-离子,脱硫浆液中部分水分蒸发,因此形成循环水中盐和Cl-离子的积累。由于过高的盐和Cl-离子浓度会降低脱硫效率和腐蚀装置及结垢,所以必须达标排放少量的脱硫循环水并补充少量工业用水。
10)脱硫废水排至本厂废水处理站,按GB8978《污水综合排放标准》的指标处理后达标排放。
11)脱硫产物为CaSO4,从脱硫塔排至本厂石膏系统,综合利用。
3.设计条件
1)烟气量:Q=400000m3/h。
2)烟气温度:T=160℃。
3)烟尘浓度:C1=400mg/Nm3。
4)SO2浓度:S1=2000mg/Nm3。
5)烟气含湿量比:=10%。
6)现场锅炉引风机型号、风量、风压、电动机功率。
7)利用已有循环沉淀池:长×宽×深,循环水管网尺寸,循环泵型号、台数、流量、扬程、电动机功率。
8)提供使用的场地面积及方位。
注:如无法提供第4)条数据,可改为提供燃料消耗量和燃料含硫量来进行估算;新建项目则不必提供第6)、7)条内容。
4.要求达到的排放标准
1)烟尘浓度:C2=200mg/Nm3。
2)SO2浓度:S2=700mg/Nm3。
3)烟气黑度:1。
5.脱硫除尘工艺流程及说明
湿式CaCO3法烟气脱硫流程如图4-7所示。在此工艺中,该图的-Ca-表示CaCO3浆液管。
(1)脱硫系统运行参数(计算方法4.1.10的5.条)根据设计条件,本工程除尘效率必须达到ηd=(Q0C1-Q0C2)/(Q0C1)=(400000×0.0630×0.40-400000×0.630×0.10)/(400000×0.630×0.4)=75%。脱硫效率必须达到ηS=(Q0S1-Q0S2)/(Q0S1)=(400000×0.630×2.0-400000×0.630×0.2)/(400000×0.630×2.0)=90%。根据图4-10湿法CaCO3脱硫的脱硫效率与液气比关系的试验曲线和已运行脱硫工程的操作条件及达到90%的脱硫效率,选定液气比L/G=12,Ca/S=1.05。
计算过程参照4.1.10的5.。
1)通过脱硫化学反应式计算,脱硫系统要脱除的SO2量为454kg/h,要消耗的纯度为0.85的CaCO3量为834kg/h,又因为Ca/S=1.05,实用CaCO3量为876kg/h。
2)循环浆液量计算如下:
Gx=Qo×[273/(273+T)]×12=400000××12m3/h=400000×0.630×12=3026m3/h,
3)强制氧化曝气量:
根据脱硫反应生成的CaSO3的量851kg/h,脱硫系统O2=851kg/h×16/120=113.5kg/h,折算到空气QK=113.5kg/h/0.21=540.50kg/h,t=20℃空气的相对密度1.205,氧化利用率为0.25,QK=540.5/1.205×0.25m3/h=1794m3/h=30m3/min。
4)废水处理量:
对脱硫过程进行水平衡计算如下:
①烟气进脱硫塔带入水分WHy
WHy=Qy×ρ1×xH=400000×0.8288×0.10kg/h=33152kg/h=33.2t/h
②冲洗除雾器进塔水分WHM
第一层下面30min冲一次,每次1min,冲洗强度P=60L/(min·m2);第一层上面每小时冲一次,每次1min,P=36L/(min·m2);第二层下面每小时冲一次,每次1min,P=12L/(min·m2)。
WM=FM×P=0.785×7.62×(60+60+36)L/min=7073L/min=7.1t/min,由于这是1min内按序轮流冲洗水量,所以每小时实际冲洗水量7.1t。
③注入塔内10%的脱硫石灰石浆液8340kg/h,带入水分WHCa=7.5t/h。
④排出脱硫产物石膏965kg/h,要排石膏浆液WJP=8t/h,其中排出水分WHJ为7.35t/h。(www.xing528.com)
⑤根据4.1.6节的水平衡计算,在没有煤中Cl-元素的分析资料时,以大多数煤中Cl-含量为0.05%计算,每标准立方米烟气进入脱硫浆液的Cl-离子约为48mg。为了保持脱硫浆液中的Cl-离子浓度不大于20g/L,通过排出脱硫产物石膏所带出水分已可满足要求。
⑥脱硫后烟气已达饱和状态,排出塔外所带出水分WHW。
WHW=Vy×ρ1×(1-xH2O)×xtw=400000×0.8288×0.9×x50w
=400000×0.746×0.086kg/h=25662kg/h=25.7t/h
⑦WZON=WHy+WHM+WHCa+WHJ+WHX=(33.2+7.1+7.5-7.35-25.7-10.55)t/h
=4.2t/h
根据水平衡计算可知,脱硫过程每小时净向塔内加水4.2t,为了塔内水平衡每小时应排放水4.2t,由于排放石膏浆液至本厂石膏浆系统WHP=0,所以总共排出废水
WFEI=WZON+WHP=(4.2+0)t/h=4.2t/h
(2)脱硫剂制备 外购325目、纯度85%的CaCO3粉贮存在低位料仓内,用抓斗吊车抓至搅拌罐上方,由溜槽进入搅拌罐中,加工业用水搅拌配成10%的浆液,再由浆液泵送至储存槽,搅拌均匀后供脱硫使用,一般每次配制可供4h使用的浆液量。可以根据使用量,适时搅拌并输送到储存槽。
(3)脱硫塔及脱硫过程
脱硫塔的类型为逆流喷雾空心洗涤塔,因为采用空心塔的抗堵塞性较好,采用喷雾方式可获得的液气接触面积较大,进而获得较高的脱硫效率。由于CaCO3脱硫要求液气比L/G一般在10~25(本方案选定12)。锅炉排烟经过静电除尘器后,通过增压风机送入喷雾脱硫塔,烟气首先经过三层喷嘴组的喷雾洗涤吸收,由于洗涤液被特制的喷嘴雾化成比表面积极大的雾滴,可以与烟气进行充分的传质、吸收、涤尘。喷雾吸收液由吸收塔循环泵供给。净化后的烟气再经过两层折流板除雾器除雾,经过喷雾吸收的烟气中夹带着一定的雾滴,在进入烟道、引风机、烟囱前必须进行脱水,为此在脱硫塔内要设置除雾脱水段,也可在塔外设计一个除雾脱水器,脱除水雾后的烟气方可进入烟道及烟囱。经过上述烟气净化后烟尘和SO2均可达标排放。
由于经过湿法洗涤后烟气温度已到达露点(约50℃),流经烟道引风机和烟囱会不断产生冷凝水,腐蚀沿途设施并产生白烟。一般应进行烟气再加热,本方案采用蒸汽加热空气至250℃与50℃烟气混合后烟温升至80℃左右。
(4)脱硫反应 脱硫过程主要化学反应如下:
洗涤吸收液吸收SO2后,pH值迅速下降,通过pH计检测控制注入CaCO3浆液,调整洗涤吸收液的pH值为5.6后循环使用。
(5)脱硫废液废渣的处理 脱硫塔中生成的反应产物CaSO4,可回收利用,本厂有石膏浆液的系统,脱硫塔排浆到本厂的CaSO4浆液系统,经过沉淀过滤脱水后可得到CaSO4。脱硫除尘的排水拟直接排送到本厂水处理站统一处理。
(6)脱硫系统主要控制回路
1)循环浆液pH值控制脱硫剂添加量。通过pH值传感器控制电动调节阀,实现脱硫剂添加量的控制。
2)脱硫塔内液位控制补水量。通过液位传感器输出信号控制电磁阀,实现补水量的自动调节。
3)随着脱硫过程的进行循环浆液中CaSO4浓度的不断增加,需及时地外排部分浆液。通过浆液密度传感器与电动调节阀的联锁实现对浆液外排量的控制。
4)烟气温度在线监测及控制。为保证脱硫塔的安全运行,在塔的进出口位置设有温度传感器。
5)在塔内烟气入口位置设有温度传感器。
6)除雾器反冲洗定时控制,设定反冲洗时间。
7)CaO搅拌槽液位控制。槽内设上、下液位节点传感器(YW2、YW3),YW2控制电磁阀的开启和关断;以保持液位正常。
8)浆液储存槽内液位控制。槽内设上、下液位节点传感器控制脱硫剂输送泵的开启和停止。
9)脱硫系统控制,设计自动和手动两种方式。
6.主要脱硫及配套设备报价(报一台的价)
7.脱硫工程估价
8.运行费用(按一年运行7000h计)
1)脱硫剂CaCO3粉的费用
876kg/h×7000h×90元/t=55.2万元/年
2)电费
964kW×7000h×0.5元/(kW·h)=337.4万元/年
3)水费
15m3/h×7000h×1×1.0元/m3=10.5万元/年
4)人工费
4人×12000元/年·人=4.8万元/年
5)每年回收石膏6755t,收入27万元。因此全年运行费用合计(55.2+337.4+10.5+4.8-27)万元=380.9万元
所以每千克SO2脱除费用=3809000元÷3178000=1.21元。
9.经济效益及社会效益
1)每年可削减SO2排放3178t。
2)每年可少交排污费381万元。
3)每年可减少SO2污染引起的综合经济损失为3178t×4300元/t=1366万元。
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