4T鍋爐煙氣脫硫除塵器

                                                                                                                                                                                       一、概述:

某公司現有一臺4噸鍋爐，由于鍋爐燃煤主要以煙煤為主，燃燒灰份大、發(fā)熱量低且含硫高，所以鍋爐出口煙氣中，煙塵及二氧化硫的初始濃度都比較高，為滿(mǎn)足環(huán)保對鍋爐煙氣排放的要求，需要對煙氣進(jìn)行率的除塵脫硫處理。本方案目的即為探求治理煙氣的合理、經(jīng)濟、的環(huán)保工藝。
本著(zhù)貴單位意見(jiàn)結合我公司治理經(jīng)驗，在鍋爐出口安裝除塵脫硫器，除塵效率達到90%以上，除塵器本體阻力小于1000Pa,處理后煙氣的煙塵濃度可達到30mg/Nm³以下，能滿(mǎn)足嚴格的環(huán)保排放要求。
二、燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)比較
鍋爐脫硫方法多種多樣，但煙氣脫硫(FGD)是世界上惟一大規模商業(yè)應用的、的脫硫方法，而這其中濕法脫硫又是、脫硫劑高的，同時(shí)濕法脫硫由于用在除塵器后，不但不增加除塵器負荷，而且具有相當的除塵效率，可以適當減少除塵器的效率，并在除塵器故障時(shí)，起到彌補除塵的作用，煙氣99%達標排放。由于濕法脫硫具有很多特點(diǎn)，使得它在世界脫硫工藝中具有很重要的位置，據統計，運行脫硫設備中，濕法脫硫占到了90%以上的比例。對于濕式脫硫，按脫硫劑的不同，應用較多的主要有石灰（石灰石）法、鈉堿法、氧化鎂法、氨法、雙堿法等，
①石灰（石灰石）法FGD是一種低成本、率的脫硫方法，但由于石灰（石灰石）難溶于水、與SO₂反應過(guò)程較慢，在脫硫中需要的持液量，當要求達到90%以上的脫硫效率時(shí)，其氣液比至少需達到8以上，這樣導致的結果是增加設備成本和消耗大量的能源，不適合小型鍋爐使用。
由于常規的石灰（石灰石）法投資及運行費用一般廠(chǎng)家無(wú)法忍受，所以在我國的中小型鍋爐采用的都是簡(jiǎn)易石灰法，即省去了常規石灰法中的很大一部份設備。這樣的石灰法的脫硫效率會(huì )有所下降，一般在70%左右，另外易出現結垢現象，影響了設備的正常運行，甚至堵塞設備，直至導致鍋爐停運。
         ②鈉堿法是一種率的脫硫方法，同時(shí)還具有反應，氣液比小等優(yōu)勢，但是由于鈉堿價(jià)格比較貴，市場(chǎng)價(jià)格是生石灰的10倍以上，用在小型工業(yè)鍋爐還差不多，對于貴公司則將大規模提高脫硫成本，據測算，這種脫硫方法的成本較雙堿法高出5~8倍，且由于脫硫生成為易溶于水，對環(huán)境的物質(zhì)，對脫硫水進(jìn)行處理，增加運行成本。
         ③氨法脫硫與鈉堿法一樣具有許多優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格同樣高，市場(chǎng)上液氨價(jià)格在3000元/噸以上，是生石灰的30多倍，同時(shí)液氨需用壓力容器運輸，大規格應用時(shí)，極不方便，而且氨法脫硫產(chǎn)物亞硫酸銨會(huì )造成二次污染，建立包含氧化、二次蒸發(fā)、結晶、濃縮、過(guò)濾、干燥等復雜的脫硫產(chǎn)物處理系統，設備投資大，可以說(shuō)氨法脫硫的工藝流程就是一個(gè)化工廠(chǎng)，因此，除非場(chǎng)合，人們一般不用氨法脫硫。
④為解決石灰法投資大、運行成本高易堵塞設備的問(wèn)題，人們出了雙堿法，即直接參與吸收塔內脫硫反應的是溶解度高、反應的NaOH和Na₂CO₃，但其生成物Na₂SO₃和NaHSO₃又通過(guò)苛化反應，成了NaOH。因此終消耗的是廉價(jià)的石灰。濕式雙堿法脫硫是一種低成本、率的脫硫方法。在本工藝中，由于消耗的是石灰，與使用價(jià)格高出幾倍的氧化鎂、氨水相比，運行成本降低，同時(shí)由于直接反生反應的是NaOH和Na₂CO₃，提高了反應速度與效率，減少了持液量，同時(shí)，由于直接脫硫劑是堿性強、反應活性好的NaOH，因此據相關(guān)資料和我公司經(jīng)驗，脫硫可達甚至高。
經(jīng)過(guò)上述對比，可以看到，雙堿法不但脫硫和運行，而且在一次性投資和運行費用方面也有很大的優(yōu)勢，也不會(huì )造成二次污染，因而是加適合我國國情的一種成熟工藝。結合離柳公司的具體情況，在該煙氣脫硫項目中采用雙堿法脫硫工藝。
 
表2-1：中小型鍋爐幾種典型脫硫方法的簡(jiǎn)單比較：

脫硫方法	脫硫效率	氣液比	能耗	脫硫成本	運行狀態(tài)	脫硫產(chǎn)物
簡(jiǎn)易石灰法	＜75%	≥2	很大	低	易堵塞	易處理
鈉堿法	≥90%	≤1	較小	高	良好	難處理
氨法	＞90%	≤1	較小	高	良好	難處理
雙堿法	≥90%	≤1	較小	較低	良好	易處理

 
2.2雙堿法濕法脫硫介紹
雙堿法脫硫工藝是為了克服石灰／石灰石法煙氣脫硫容易結垢、需要循環(huán)水量大、能耗高的缺點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的，鈉鈣雙堿法（Na₂C0₃-Ca(OH)₂）用純堿啟動(dòng)、鈉堿吸收S0₂、石灰，后吸收液循環(huán)使用.
本方案的鈉鈣雙堿法脫硫是在一玻璃鋼圓筒形反應器中，以含Na₂CO₃的循環(huán)水為吸收劑，根據煤的全硫分含量及煙氣中SO₂濃度，通過(guò)的噴頭，使吸收劑霧化，煙氣和霧化后的吸收劑在反應板上充分混合、接觸，SO₂與Na₂CO₃發(fā)生化學(xué)反應，生成易溶于水的Na₂SO₃及NaHSO₃，完成脫硫反應。吸收SO₂后的吸收液，經(jīng)過(guò)加入Ca（OH）₂乳液后，發(fā)生反應，完成鈉堿，同時(shí)生成脫硫終反應物—CaSO₃·1/2H₂O沉淀，然后CaSO₃·1/2H₂O沉淀與循環(huán)水經(jīng)壓濾機壓濾分離，清液經(jīng)補充N(xiāo)a₂CO₃后，用于循環(huán)吸收，脫硫產(chǎn)物與除塵器中未分離的煙塵一起形成固體濾餅后，可以繼續氧化并制成石膏或直接送到填埋場(chǎng)填埋。
 
三、方案依據和方案原則
      3.1方案編制的依據
3.1.1鍋爐參數
⑴鍋爐額定蒸發(fā)量：4t/h
⑵鍋爐數量：1臺
⑶鍋爐年運行時(shí)間：6000小時(shí)
⑷鍋爐煙氣量：16000m³/h
⑸除塵器類(lèi)型：濕式除塵脫硫器
⑹排煙溫度：170⁰C
3.1.2燃煤參數
⑴鍋爐煤耗：     t/h
⑵燃煤全硫分：    %
3.1.3大氣污染物排放標準
根據GB13271-2001《大氣污染物排放標準》大氣污染物允許排放濃度為：
煙塵： 30mg/Nm³           SO₂：200mg/Nm³
      3.2方案編制的原則
⑴適用于4噸鍋爐煙氣濕法脫硫項目。
⑵本技術(shù)方案采用我公司的濕式雙堿法脫硫的專(zhuān)有技術(shù)。
        ⑶技術(shù)成熟，經(jīng)濟合理。
⑷技術(shù)有較大的適用性，可根據不同工況條件進(jìn)行調整。
⑸濕法脫硫過(guò)程同時(shí)有相當的除塵效率，因此可適當降低除塵器的除塵要求，并在除塵器故障時(shí)起到輔助除塵作用。
章、濕法脫硫系統
一、脫硫機理說(shuō)明
 
1.1雙堿法濕法脫硫技術(shù)原理
1.1.1脫硫原理
雙堿法脫硫工藝是為了克服石灰／石灰石法煙氣脫硫容易結垢、需要循環(huán)水量大、能耗高的缺點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的，鈉鈣雙堿法（Na₂C0₃-Ca(OH)₂）用純堿啟動(dòng)、鈉堿吸收S0₂、石灰，后吸收液循環(huán)使用。
本方案中雙堿法脫硫基本化學(xué)原理可用下列反應式表示：
a、脫硫反應
Na₂CO₃+ SO₂ →Na₂SO₃+CO₂                ⑴
NaOH+ SO₂ →Na₂SO₃+H₂O                   ⑵
Na₂SO₃+ SO₂+H₂O→NaHSO₃                             ⑶
以上三個(gè)反應中，⑴式為啟動(dòng)反應，在正常反應中，脫硫吸收液堿性較高時(shí)，⑵式為主要反應式；堿性降低到中性甚至弱酸性時(shí)，則按⑶式發(fā)生反應。
b、過(guò)程
Na₂CO₃+ SO₂ →Na₂SO₃+CO₂                ⑴
NaOH+ SO₂ →Na₂SO₃+H₂O                   ⑵
Na₂SO₃+ SO₂+H₂O→NaHSO₃                             ⑶
以上三個(gè)反應中，⑴式為啟動(dòng)反應，在正常反應中，脫硫吸收液堿性較高時(shí)，⑵式為主要反應式；堿性降低到中性甚至弱酸性時(shí)，則按⑶式發(fā)生反應。
b、過(guò)程
NaHSO₃+ Ca（OH）₂→Na₂SO₃+ CaSO₃↓+H₂O
Na₂SO₃+ Ca（OH）₂→NaOH+ CaSO₃↓
在池內，當往酸性吸收水中加入石灰乳液后，NaHSO₃很快跟石灰反應釋放出Na⁺，隨后生成的SO₃^2-又繼續跟石灰反應，生成的產(chǎn)物以半水合物CaSO₃·1/2H₂O的形式沉淀下來(lái)，從而達到鈉堿的目的。
1.1.2具體工藝選擇
對于雙堿法脫硫，可分為濃堿法和稀堿法。在本方案中，因煙氣含硫較高，SO₃^2-氧化率高，易出現結垢，因此采用濃堿法，采取軟化措施降低循環(huán)吸收液中CaSO₄的含量，以降低結垢風(fēng)險。
1.1.3雙堿法優(yōu)點(diǎn)
較之石灰石法等其它脫硫工藝，雙堿法脫硫有以下優(yōu)點(diǎn)：
⑴鈉堿吸收劑反應、吸收，在液氣比的情況下，脫硫達到較高的脫硫效率；
⑵塔內和循環(huán)管道內的液相為鈉基清液，吸收劑、吸收產(chǎn)物的溶解度大，和沉淀分離在塔外，可降低塔內和管道內的結垢機會(huì )；
⑶吸收，可降低液氣比（液氣比不超過(guò)1l/m³），從而降低運行費用；
⑷脫硫渣，溶解度小，無(wú)二次污染，可綜合利用；
⑸石灰作劑（實(shí)際消耗物），，來(lái)源廣泛，；
⑹操作簡(jiǎn)便，系統可長(cháng)期穩定運行。
1.2輔助除塵機理
脫硫設備在濕法脫硫的同時(shí)，具有的除塵功能，在除塵器故障時(shí)，可起到輔助除塵的作用。
脫硫塔內部的主要除塵結構為PS型無(wú)溢流篩板，當煙氣通過(guò)時(shí)，高度分散并通過(guò)塔板上的1200余個(gè)篩孔，并與板上方噴淋下來(lái)的循環(huán)水發(fā)生劇烈接觸，水被氣流沖激撕裂，從而霧化而產(chǎn)生許多粒徑百微米級的小小滴，并在篩板上方形成一層幾十厘米高的三相流化層，從而使得煙氣與噴淋水的接觸成幾何級增加。工業(yè)試驗的規律認為：只要             
Do≤100d（式中Do指水滴直徑，d代表塵粒直徑）   
同時(shí)它們間存在足夠的相對速度，固體微粒就能穿過(guò)水滴表面的液膜而粘結在一起。這樣，由于煙氣與噴淋水的劇烈碰撞，煙氣中的粒子基本被除去，剩余的數的煙塵粒子則在上面的旋流板上進(jìn)一步凈化，從而達到佳凈化效果。
二、系統設計說(shuō)明
        結合公司從事除塵脫硫的經(jīng)驗，在本方案中，我們摒棄了脫硫效率不太高、運行中易出現堵塞等現象的石灰法，采用的是脫硫，運行平穩的雙堿法。經(jīng)過(guò)我們在北京等環(huán)保要求嚴格的城市對脫硫情況的調查和實(shí)際應用，對于率簡(jiǎn)易濕法脫硫中，應用的基本上都是雙堿法，其脫硫效率都達到了90%以上，且運行性好。
   2.1吸收設備：
除脫硫工藝的選擇外，我們的主吸收塔采用的是傳質(zhì)性能好、脫硫的篩板塔。由于主吸收板-無(wú)溢流篩的開(kāi)孔率較低，開(kāi)孔數多達數千個(gè)，煙氣分散性遠遠高于旋流板，煙氣經(jīng)過(guò)時(shí)，對板上布水產(chǎn)生強烈沖擊和撕裂，二次霧化效果好，噴淋水粒徑小，水滴與煙氣的接觸增加，因而脫硫，同時(shí)由于提高了傳質(zhì)效率，降低了液氣比，減少了運行費用。在材料上，脫硫設備主吸收塔筒體采用特別好的碳鋼材料，增加一層層。
2.2脫硫劑的加入：
由于采用了雙堿法的工藝，脫硫劑有兩種：生石灰和Na₂CO₃。這二者中Na₂CO₃每班定量連續添加的方法進(jìn)行加入脫硫設備附近的循環(huán)池中，以補充脫硫系統運行中損失的Na₂CO₃；生石灰則儲藏在倉庫中，通過(guò)庫底的螺旋給料機加入石灰乳生成罐中，并被制成5%的石灰乳后加入。
2.3循環(huán)水：
經(jīng)脫硫設備吸收SO₂后的酸性循環(huán)水，出脫硫塔，在塔附近循環(huán)池系統集中，其中80%吸收水再回脫硫塔，只有20%的吸收液去，在池內，加入5%石灰乳液后，發(fā)生反應：
NaHSO₃+ Ca（OH）₂→Na₂SO₃+ CaSO₃↓+H₂O
Na₂SO₃+ Ca（OH）₂→NaOH+ CaSO₃↓
NaOH，同時(shí)產(chǎn)生難溶于水，對環(huán)境的CaSO₃半水合物的沉淀，經(jīng)沉淀池濃縮后，打撈出去，的NaOH溶液則由泵打回脫硫塔再利用。
2.4防結垢措施：
采用雙堿法脫硫的目的就是防止結垢，但若控制不當，也有結垢的風(fēng)險，主要原因為運行中，由于煙氣中存在氧氣，脫硫吸收液中生成的SO₃^2-會(huì )被部份氧化成SO₄^2-，在低硫煤、空氣過(guò)剩系數大的情況下，氧化率尤其大。
當脫硫吸收液中存在濃度的SO₄^2-時(shí)，在脫硫液的程序，加入石灰乳（Ca（OH）₂）后，由于Ca SO₄的溶解度是Ca SO₃的10倍，不但影響鈉堿的，而且會(huì )使得進(jìn)脫硫塔吸收液中含有大量的CaSO₄。在我公司的雙堿法脫硫工藝中，為防止出現結垢，除了在吸收設備上采取措施外，對于系統運行參數的選定上，也采取了降低進(jìn)脫硫塔吸收液中Ca²⁺的濃度：①在時(shí)加入稍過(guò)量的石灰，利用同離子效應降低CaSO₄的溶解度；②在后加入Na₂CO₃，由于它能與Ca²⁺反應生成溶解度的CaCO₃，起到類(lèi)似軟化循環(huán)水的作用，這樣經(jīng)過(guò)這些處理后，進(jìn)入脫硫塔的吸收水中Ca²⁺濃度保持在的水平，因而不會(huì )出現結垢現象。
 
2.5脫硫渣的處理：
在雙堿法脫硫工藝中，終的脫硫產(chǎn)物為CaSO₃的半水合物，它難溶于水，對環(huán)境，可直接去填埋，也可以繼續氧化并干燥制成石膏以達到廢物利用的目的。
 
三、脫硫工藝及設備
 
3.1工藝流程設計
結合4t鍋爐運行的特點(diǎn)，從工程投資、設備運行、資源利用等方面綜合考慮，本方案脫硫吸收設備采用篩板塔的形式。
鍋爐來(lái)高含塵含硫煙氣首先在塔板上篩孔的作用下，煙氣加速并被分散成數千份，與篩板上方噴淋下來(lái)的吸收液猛烈碰撞，將脫硫液霧化成小的液滴，形成良好的霧化吸收區，煙氣中的SO₂與脫硫液中的堿性脫硫劑在霧化區內充分接觸反應，含有的絕大部分SO₂被除去，煙氣得凈化。經(jīng)脫硫后的煙氣向上通過(guò)塔頂的除霧板，利用煙氣本身的旋轉作用與旋流除霧板的導向作用，產(chǎn)生離心作用，將煙氣中的液滴甩向塔壁，從而地除去煙氣中的水滴。脫硫并除去水霧后的煙氣可直接進(jìn)入煙道并由煙囪排放。脫硫塔設有旁路，當脫硫系統內故障或其他原理需停用脫硫系統時(shí)，可直接打開(kāi)旁路煙道，讓煙氣在短時(shí)間內不經(jīng)脫硫直接排放。
脫硫液采用內循環(huán)吸收方式。吸收了SO₂的脫硫液流入脫硫塔旁的循環(huán)池后，由循環(huán)泵打回塔內，完成下一循環(huán)。同時(shí)，為了保持脫流液中脫硫劑濃度的相對穩定，從塔釜分出脫硫液20％的循環(huán)液量進(jìn)入池，與脫硫劑制備系統輸送過(guò)來(lái)的石灰漿液充分混合，后的漿液進(jìn)入沉淀池沉淀，上層清液由泵打回循環(huán)池，并由循環(huán)泵打回塔內。
池、沉淀池和泵前池下部的脫硫渣以及少量的灰渣等沉淀物，由渣漿泵打到水力旋流器中進(jìn)一步濃縮，上層清液返回沉淀池，下層渣水混合物送入廂式壓慮機壓濾。壓濾之后的灰渣送至灰場(chǎng)堆放，達到數量之后統一外運，慮液則返回泵前池循環(huán)利用。沉淀池的設置主要為濃縮脫硫產(chǎn)物，因此，也可利用濃縮器代替沉淀池。
脫硫劑制備系統包括斗式提升機、石灰儲倉、螺旋加料機、石灰乳罐、石灰漿液儲罐、石灰漿液泵等設備。斗式提升機將生石灰提升到石灰儲倉內儲存，白螺旋加料機輸送至石灰乳罐中，配制濃度的石灰漿液?；彝戤吅笥墒覞{液泵根據脫硫的pH值定量的將石灰漿液送至池與塔釜溢流出來(lái)的脫硫液混合，從而間接控制脫硫液PH值，脫硫效率。
   另外，由于渣帶水會(huì )使脫硫液損失一部分鈉離子，故需在池補充少量純堿。外購純堿儲藏在倉內，每班用純堿定量一次性加入溶堿罐中，制成10%純堿液后，連續加入循環(huán)池內，以補充系統內損耗掉的純堿。
3.2  系統主要工藝參數

項     目	參數	備注
設計處理煙氣量（m3/h）	16000
設計脫硫效率（%）	90
總SO2吸收率（kg/h）	30
SO2實(shí)際排放濃度（mg/Nm3）	＜200
脫硫塔循環(huán)水量（m3/h）	18	1塔/1爐
總石灰消耗速率（kg/h）		Ca/S=1.02，純度85%
總純堿消耗速率（kg/h）
循環(huán)池容積（m3）
池容積（m3）
沉淀池容積（m3）
石灰倉容積（m3）

3.3濕法脫硫設備
濕法脫硫設備是脫硫系統的核心設備，它采用的是篩板加旋流板板的形式，塔體材質(zhì)為FRP復合材料主題為上維901#樹(shù)脂，塔板玻璃纖維編制網(wǎng)板，在酸、堿以及其它腐蝕介質(zhì)中均具有高度的化學(xué)穩定性，率在95％以上。除霧板除霧效率在99％以上。1臺鍋爐用1臺脫硫塔。
脫硫塔主要技術(shù)參數如下：
型號： SCT-4
塔體內徑：塔體內徑：1800mm
塔體高度：塔體高度：6000mm
煙氣入口尺寸：φ800mm
煙氣出口尺寸：φ800mm
脫硫塔臺數：1臺 
3.4脫硫劑添加設備
脫硫劑添加系統包括溶堿罐等設備。
一個(gè)班用純堿一次性加入溶堿罐內加入工業(yè)水，通過(guò)攪拌，制成10%的純堿液，再定量加入池后，起到補充純堿和軟化吸收水和作用。
 
3.5脫硫液循環(huán)設備
循環(huán)設備包括循環(huán)池、循環(huán)泵及循環(huán)管路。循環(huán)泵選用渣污泵，一用一備，共2臺。為脫硫除塵吸收液循環(huán)池中不發(fā)生沉淀，在循環(huán)池內設置攪拌器。
 
3.6脫硫液設備
脫硫劑設備包括石灰倉、石灰乳罐、池、軟化池、沉淀池等設備。
石灰倉容積鍋爐運行時(shí)3天的用量。外購生石灰加入石灰倉內儲藏，使用時(shí)通過(guò)給料機定量加到石灰乳罐中溶解，再通過(guò)石灰乳泵加入循環(huán)水中。
脫硫除塵器出來(lái)的脫硫除塵吸收液含有脫硫產(chǎn)物Na₂SO₃、NaHSO₃、少量煙塵等物質(zhì)，其中Na₂SO₃仍具有脫硫能力，為提高脫硫劑的利用率和減少吸收液的處理量，吸收液大部份在脫硫塔附近循環(huán)池集中后再次由循環(huán)泵打回脫硫塔循環(huán)利用，只有20%左右去脫硫液池。在池內加入5%石灰乳液后，發(fā)生反應：
  NaHSO₃+ Ca（OH）₂→Na₂SO₃+ CaSO₃↓+H₂O
Na₂SO₃+ Ca（OH）₂→NaOH+ CaSO₃↓
由于煙氣中存在部分氧化反應：
SO₃^2-+O₂→SO₄^2-
脫硫液進(jìn)入池后，由于CaSO₄溶解度較CaSO₃大約10倍，因此導致脫硫液中含有大量的SO₄^2-，為此，在時(shí)加入稍過(guò)量的石灰，以利用同離子效應，降低CaSO₄的溶解度，使它沉淀下來(lái)。
加入過(guò)量石灰乳后的脫硫液中，由于石灰及CaSO₄的溶解度都較大，含有較的Ca²⁺，若不除去將導致在脫硫設備內增加結垢風(fēng)險。為此我們在脫硫液后增加了一道軟化工序，加入Na₂CO₃：
CO₃^2-+ Ca²⁺=CaCO₃↓
由于CaCO₃溶解度和CaSO₃基本相同，都屬于極難溶于水，因此使得進(jìn)入脫硫塔的吸收液中Ca²⁺含量很低，不致于引起結垢。
并軟化后的脫硫液進(jìn)入沉淀池中，上部澄清液返回循環(huán)池，池底濃縮漿液經(jīng)灰水分離器分離后，進(jìn)一步濃縮的漿液再去壓濾機壓濾，濾渣后去填埋。
回水管路選用高壓FRP管，不但可解決腐蝕問(wèn)題，因FRP管內壁比鋼管光滑，還可防止結垢。
 
3.7系統阻力和溫降
系統阻力：根據我公司實(shí)際測算，濕法脫硫設備阻力小于1000Pa。
溫降：經(jīng)過(guò)濕法除塵脫硫后，煙氣溫降小于90℃。