湖南某中小型冶炼工业园脱硫改造工程.pdf

工程技术 有色金属工程2014年 第4卷第4期 表1各企业排放废气参数 湖南省某县，从各地回收金属残渣，综合利用再生稀 贵金属，被国家发改委定为循环经济试点县。 某冶炼工 业园是该县的乡镇工业园， 园区有 21 家中小型冶炼企 业，大部分已配套脱硫装置，但设计不到位，设备陈旧，脱 硫效率不高。 各企业排放的废气排放参数如表1 所示。 doi10.3969/j.issn.2095-1744.2014.04.019 湖南某中小型冶炼工业园脱硫改造工程 罗骥 1 杨春平 2 文 1.深圳力合环保技术有限公司 广东 深圳 518057； 2.湖南大学 环境科学与工程学院 长沙 410082 摘要湖南某县冶炼工业园区有 21 家中小型冶炼企业，从各地回收金属残渣和废旧金属，综合回收有 价金属，为循环经济试点。 园区企业大部分已配套脱硫装置，但脱硫效率不高，废气排放不达标，需要 针对烟气脱硫实施技术改造。从工艺流程、经济评估和优缺点分析对比烟气集中处理方案和分散脱硫 吸收液集中再生处理方案。 结果表明，分散脱硫吸收液集中再生处理方案更具可行性。 关键词脱硫工程改造；中小型冶炼工业园；烟气集中处理；吸收液再生 中图分类号X701.3;X756文献标志码A文章编号2095-1744201404-0071-03 收稿日期2014-04-14 作者简介罗骥1987-，男，湖南浏阳人，硕士，主要从事 烟气脱硫与工业废气处理等方面的研究。 NONFERROUS METALS ENGINEERING 71 NONFERROUS METALS ENGINEERINGNONFERROUS METALS ENGINEERING 监测表明，现有装置处理效率最高时只有 60。 园区 烟气排放量约 3.6105m3/h，装置进口处 SO2平均浓度约 2500mg/m3，出口 SO2浓度仍超过 1200mg/m3，接近大电 厂锅炉燃烧烟气中 SO2的浓度[1]。 此外，已有脱硫装置运 行时以钠碱为脱硫剂，多数企业无法负担碱液再生装置， 因而脱硫装置不能正常运行。 该项目以各企业经布袋除 尘处理后的废气作为处理对象， 要求解决该园区现存的 技术、经济问题。 1 烟气集中处理方案 1.1烟气集中处理方案工艺流程 各企业烟气通过管道输送到园区统一的烟气处理系 统，将各企业烟气集中起来脱硫除尘处理，实现整个园区 的烟气达标排放。 据设计经验，在各企业烟气出口处设计 100mm 高的 水柱液封，防止气体倒灌。 针对烟气量、气体成分、浓度不 稳的情况，设计 CT-121 工艺[2]，其核心装置喷射鼓泡 吸收塔对气量、SO2浓度的变化有很强适应性， 气量变化 通过调整喷气孔大小来控制，SO2浓度改变通过气液反应 时的喷射高度接触时间来调整[3]。 CT-121 投资和运营费用适中， 对除尘要求较低，高 粉尘浓度时脱硫率也较高。 根据实践经验，将喷射鼓泡塔 跟传统喷淋吸收塔做比较， 用相同吸收剂处理相同气量 的烟气，脱硫效率达到 95以上时，喷淋塔要设计 6 层， 而鼓泡塔也接近这个高度，两者压降相近，但鼓泡塔对重 金属有更高去除率。 脱硫效率低于 90时，喷淋塔一般要 比鼓泡塔高才能达到相同处理效率，压降较鼓泡塔要高， 电机能耗相对并不占优势，运营成本也不占优势[4-5]。 据 此， 初步确定以 CT-121 为核心的烟气集中处理方案，工 艺流程如图 1 所示。 图1烟气集中处理工艺流程 1石灰石粉碎仓；2中间仓；3熟化仓； 4CT-121 鼓泡塔；5烟囱；6浆液旋流器； 7真空皮带脱水机；8过滤水箱；9废水旋流器 1.2烟气集中处理方案经济评估 借鉴大型火电厂脱硫项目投资计算方法[6]。 即火电厂 发电机组容量对应烟气处理量， 而烟气量决定脱硫设备 及系统的大小、组成，从而决定了项目投资额及运行费。 结合工况，以 3.6105m3/h 烟气量进行评估。 据预算清单，该方案投资包括废气处理系统烟气系 统、石灰石浆液制备系统、吸收塔系统、石膏脱水系统预 计 778.14 万元，配套水处理设施预计 65.87 万元，废气收 集管网预计 487.4 万元，其他费用预计 271.9 万元。 项目 总投资额 1603.31 万元。 年运行费是 FGD 系统运行 1 年中所发生的费用总 和各种消耗性费用如吸收剂、水、电、蒸汽、压缩空气等， 设备大修费和折旧费，材料费，福利基金，人员工资等[2]。 经预算，电力消耗额每年约 557 万元，由于该园区附近有 一个大型水库可供给用水，用水费用暂不考虑。 石灰石投 放每年费用 291 万元，设备大修费 48 万元，折旧费 34.88 万元， 劳动定员按 24 名运营管理工作人员计算为 48 万 元。 年运行费用合计 978.88 万元。 单位容量造价以每 1kW 机组容量的平均投资来折 算。 对比国内外典型案例，比较装机容量、烟气处理量、每 千瓦处理烟气量三个方面，详情见表 2。 表2国内外典型项目运营经济对比 可以看出装机容量越大，锅炉燃烧效率越高，每千瓦 容量烟气处理量越小。 该项目按照最大单位处理量 4.376m3/kW 估算，相当于 82267kW 装机容量。 即得出， 每千瓦电量的造价为 194.9 元 /kW。 脱硫成本是在 FGD 系统寿命期内所发生的运行费 用和投资还贷的一切费用与脱硫总量之比。 它综合反映 了 FGD 工艺的经济可行性。 计算式为工程总投资 寿 命年运行费/ 寿命年脱硫量，本项目 FGD 系统设计寿 命为 20 年。 据已有数据，则脱硫成本为 1485 元/t-SO2。 1.3烟气集中处理方案的缺陷 园区的企业小而散， 烟气集中处理在园区中管路铺 设长，结点多，考虑材料膨胀等因素，实际操作中很难保 证无泄漏，且需加装约 100mm 水柱水封，加上原有喷射 鼓泡塔核心装置，废气管网系统阻力共约 8kPa，仅所配 风机电机功率达到 1000kW 以上，耗电额较大。 此方法的投资费用和运营费用都较大， 企业负担困 难。 从经济可行性的角度来考虑，这个方案难以执行。 某类似园区，有 7 家冶炼企业，在脱硫塔前加装烟气 收集室， 各企业烟气通过 7 根不同线路管道通入收集室 中集中处理。 运行时，企业在不同时段，采用不同废渣，使 用不同炉型，生产不同产品，导致企业内部或各企业间排 出的烟气量、气体成分、特别是气压，无明显规律可循且 存在巨大差异， 稳定操作困难，7 根烟气收集管道之间烟 气倒灌较严重[7]。 烟气管道铺设过长、节点多、管径相对较 大，管道铺设成本很大。 这些技术难点和经济难题使园区 在运营管理上存在不小难度， 在项目设计中借鉴经验教 训，为避免类似情况发生，不宜采用烟气集中处理方案。 2 分散脱硫吸收液集中再生处理方案 2.1分散脱硫吸收液集中再生处理方案工艺流程 各企业原有脱硫效率低的装置改造后继续使用，反 应饱和的吸收液通过管网收集，进行再生处理，工艺流程 如图 2 所示。 工程设计Engineering Design72 工程技术 有色金属工程2014年 第4卷第4期 图2双碱法脱硫工艺流程吸收液再生 121 家企业原有的吸收塔；2吸收池；3吸收塔吸收液储存 槽；4石灰仓；5中间仓；6熟化器；7石灰反应池；8浓缩 池；9过滤器；10再生液低位储存槽；11再生液高位储存槽 工艺过程中含碳酸钠或氢氧化钠的吸收液从高位储 存槽园区海拔高位处自流入各企业的吸收液储存池，吸 收液储存池储存可以处理一天二氧化硫总量的吸收液。 通过循环泵至各企业吸收塔， 再通过循环泵输送至喷头 与烟气接触反应， 塔内反应完的吸收液回到吸收液储存 池，抽出送往石灰反应池再生，反应完成后进入浓缩池， 浓缩池上清液再生的钠碱进入再生液低位储存槽园区 海拔低位处，用泵输送至再生液高位储存槽，高位槽每 天补充一定碱量。 浓缩池底部沉淀物为含有杂质的硫酸 钙、亚硫酸钙浆液。 浆液进入过滤器，过滤出的固体运送 出厂，上清液返回浓缩池。 实践中，对部分企业的旋流板进行改造。 结果表明， 补充 Na2CO3量约 0.94t/d， 控制 pH 在 89， 进气 SO2浓 度＜2500mg/m3时， 大部分企业 SO2和烟尘出口浓度分 别在 450mg/m3和 80mg/m3以下。 部分时候投料波动，出 口浓度偏大，通过调高 pH 至 910、适当提高液气比，能 达到 工业窑炉大气污染物排放标准GB9078-1996二 级标准，符合园区排放要求。 2.2分散脱硫吸收液再生处理方案经济评估 由于工艺改变，设备、安装、建筑工程、系统投产、工 艺运行及相关设备维护等方面的造价大有不同。 减少了 吸收塔系统以及烟气管网收集系统， 保留了石灰石浆液 制备系统、石膏脱水系统、配水设施处理系统。 投资分别为石灰石浆液制备系统 17.4 万元， 石膏脱 水系统 79.6 万元，配套 SO2吸收液再生系统 106.8 万元， 配套水处理设施 91.95 万元，浆液运输管网 311.84 万元， 其他费用共计 188.9 万元。 总投资 796.49 万元，在该园区 前期投资预算之内。 年运行费，减少了脱硫塔和废气管网收集系统，电机 设备大量减少， 用电负荷大幅度下降， 每年电力消耗 32.19 万元，用水量同上方案，药剂投放包括石灰石和碳 酸钠，每年 243.68 万元，设备大修费 19.9 万元，折旧费19.5 万元，劳动定员 28 万元。即有系统年运行费 343.27 万元。 单位装机容量造价，总装机容量为 82MkW 不变。 总 投资费用由上可知为 796.49 万元， 则再生处理的单位容 量造价为 97.1 元 /kW。 进一步减少了单位容量造价。 脱硫成本，项目总投资为 796.5 万元，年运行费用为 343.27 万元，据计算公式得出 537 元 /t-SO2。 该处理方法 脱硫成本大大低于国内外其他工艺。 2.3分散脱硫吸收液再生处理方案的优越性 该方案能充分利用各企业原有的设备，相对独立地运 作，容易管理，投资和运行费用低。 把多数企业无法负担碱 液再生装置集中建设， 保证了各企业脱硫装置的正常运 行。 用钠碱脱硫，循环液基本上是钠碱水溶液，循环过程 中水泵、管道、设备不易堵塞，便于运行与保养。 在烟气流量 和浓度波动时，也能调节参数，使尾气符合园区排放要求。 3 应用效果 通过分析比较， 实施中采用分散脱硫吸收液再生处 理方案。 运行时，吸收液 pH、Na浓度和进气 SO2对脱硫 效果影响较大。 同时，当再生池溶液中的硫酸根比例较高 时脱硫系统中有结垢现象。 稳定操作范围是 吸收液 pH7.58.5，Na浓度在 0.51.0mol/L。 再生液的 pH 值控 制在 9.0 左右，同时添加硫代硫酸钠作为抑制剂，浓度在 6.0mmol/L 左右。 大部分企业进气 SO2浓度小于 1300 mg/L，脱硫效率可达 85以上。少数企业 SO2排放浓度峰 值为 2500mg/L，出口浓度亦在 850mg/L 以下。分散脱硫 吸收液再生处理方案主要技术指标如表 3 所示。 表3主要技术指标 项目实施后，实现该工业园 21 家企业废气的稳定达 标排放，处理规模达 36 万 m3/h，有效减少 SO2和烟尘排 放量，以全年总生产负荷平均值计，年减排 SO2达 457t， 环境效益非常显著。 4 结论 以双碱法为核心的吸收液再生处理， 吸收反应和再 生反应分开进行， 各企业在适当改造后仍可使用已建脱 硫装置。 脱硫后吸收液在装置外集中再生处理，简化工艺 流程，减少工程投资及运营费用。 比较技术可行性、工程 投资、 年运行费、 单位装机容量造价及寿命期间脱硫成 本， 采用吸收液再生处理能做到对各企业排放烟气进行 有效处理，实现达标排放。 参考文献 [1]周至祥,段建中,薛建明.火电厂湿法烟气脱硫技术手册[M]. 北京中国电力出版社,200620-23. 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