燃煤锅炉共用烟气脱硫装置的设计与应用.pdf

烟 气 污 染 治 理 燃煤锅炉共用烟气脱硫装置的设计与应用 周仓1袁海泉2 1. 上海华源安徽锦辉制药有限公司， 安徽 阜阳 236018; 2. 阜阳碧水环境工程有限公司， 安徽 阜阳 236018 摘要 采用钠钙双碱法对燃煤锅炉烟气脱硫， 多台锅炉中每台配置一套旋流板脱硫吸收塔， 共用一套脱硫溶液配制、 循 环、 再生及硫酸钙脱水系统。循环水量大， NaOH 容量多， 系统耐冲击负荷能力强。循环脱硫液使用流量不同的输送 泵， 在 1 台、 2 台或 3 台锅炉分别运行的状态下， 脱硫系统、 脱硫液循环系统、 硫酸钙脱水系统等正常运行， 运行灵活性 强， 节能效果明显。 关键词 燃煤锅炉; 烟气脱硫; 设计与应用 DOI 10. 7617/j. issn. 1000 －8942. 2013. 04. 017 DESIGN AND APPLICATION OF FLUE GAS DESULFURIZATION DEVICE SHARED BY COAL- FIRED BOILERS Zhou Cang1Yuan Haiquan2 1. Shanghai Worldbest Anhui Jinhui Pharmaceutical Co． ， Ltd，Fuyang 236018，China; 2. Fuyang Water Environment Project Limited Company，Fuyang 236018，China AbstractThe Na- Ca double alkali is used for flue gas desulfurization of coal- fired boilers． Each boiler is equipped with a set of cyclone desulfurization absorption towers and a set of desulfurization solution preparation，regeneration and circulation and calcium sulfate dehydration systems． With this ，the amount of circulating water is of large． NaOH can be highly yielded． The system has a strong resistance to shock loading． Circulating desulfurization liquid flux uses different delivery pumps． In the conditions of one，two or three boilers being running，desulfurization system，desulfurization liquid circulating system and calcium sulfate dehydration system can operate normally and flexibly． Energy- saving effect is obvious． Keywordscoal- fired boiler;flue gas desulfurization;design and application 湿法脱硫技术中钠钙双碱法由于采用碱性强的 钠基脱硫剂进行塔内脱硫， 吸收二氧化硫后反应产物 溶解度大， 不造成过饱和结晶， 不会结垢堵塞 ［1 ］， 脱 硫产物被排入再生池内用氢氧化钙进行还原再生， 再 生出的钠基脱硫剂再被输送回脱硫塔循环使用， 投资 及运行费用低， 因此被广泛应用于中小型锅炉烟气脱 硫。现将一例采用钠钙双碱法脱硫工艺、 多台锅炉共 用一套脱硫装置的改造工程作一介绍。 1锅炉系统概况 某公司有 3 台 65 t/h 和 1 台 35 t/h 链条燃煤锅 炉向生产系统提供工业蒸汽， 日常运行 3 用 1 备。4 台锅炉技术参数如表 1 所示。 表 1锅炉技术参数 Table 1Boiler technology parameter 项目数量/台 蒸发量/ th －1 燃煤量/ th －1 锅炉标态烟气量/ m3h －1 锅炉出口烟气 温度/℃ 引风机参数 1 号锅炉 135676 000160 风量 118 690 m3/h全压 3 280 pa 2 号锅炉 16510152 000160 风量 180 650 m3/h全压 2 659 pa 3 号锅炉 16510152 000160 风量 180 000 m3/h全压 2 700 pa 4 号锅炉 16510152 000160 风量 230 000 m3/h全压 3 558 pa 锅炉燃煤应用基含硫量 0. 8， 燃煤应用基含灰 量 31。4 台锅炉均采用水膜除尘器除尘， 65 t/h 锅 炉配 2 台水膜除尘器， 35 t/h 锅炉配 1 台水膜除尘 器， 除尘器主筒内径 3. 2 m， 高度 19. 6 m。为使烟气 66 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 进一步沉降、 分离脱水， 每台锅炉均配等高的除尘器 副筒一个。经当地环保监测单位检测， 烟尘排放浓度 为 180 mg/m3， 除尘器除尘效率 95. 5。4 台锅炉均 未采取脱硫措施， SO2不能达标排放。 2脱硫方案的选择 通过对该公司锅炉系统和运行状况的分析， 并根 据场地等情况， 提出采用旋流板吸收塔及钠钙双碱法 烟气脱硫技术对锅炉烟气进行脱硫改造。工艺流程 如图 1 所示。 图 1工艺流程 Fig．1Flow diagram of process 主要工艺流程 脱硫溶液池一次性加入氢氧化钠 溶剂制成氢氧化钠脱硫液 循环水 ， 用泵输送进入 旋流板脱硫塔， 除尘后的锅炉烟气在旋流板脱硫塔内 与脱硫液充分接触反应， 完成烟气的脱硫吸收。脱硫 液在离心力的作用下被甩向塔壁而从烟气中被分离， 最后沿塔壁以水膜形式流回塔釜， 并溢流而出进入再 生反应池， 而后进入沉淀池、 脱硫溶液池， 由循环水泵 再输送入旋流板脱硫塔， 实现脱硫液的循环使用。再 生反应池通入空气补充氧气， 使反应充分， 并视需要 加入氧化钙或氢氧化钠溶液， 以保持循环液脱硫剂量 和浓度的相对稳定。沉淀池沉淀下来的硫酸钙经旋 流浓缩器分离后进入胶带真空过滤机脱水， 然后回收 利用。 3设计要点 3. 1设计原则 保持锅炉原有除尘系统不变， 减少工程投资; 选 择适当的液气比和循环脱硫溶液浓度， 设置合理的运 行参数， 使其既具有足够的脱硫效率， 保证稳定达标 排放， 又可节约运行能耗， 并使系统不结垢; 提高系统 的自动化程度， 便于运行管理和维修。 3. 2关键工艺参数的确定 液气比和循环脱硫溶液 M Na 、 pH 值是影响 脱硫的重要操作参数， 对烟气脱硫效率均有不同程度 的影响， 并直接影响投资和运行费用。有关研究表 明， 循环脱硫溶液 M Na 约为 0. 3 mol/L、 pH 值在 9 左右、 液气比控制在 2 ～3 L/m3较为经济合理［1- 2 ］。 该工程选择循环脱硫溶液 M Na 在0. 3 mol/L、 pH 值为 8. 5 ～10. 0、 液气比控制在 2 L/m3。 3. 2. 1吸收剂循环溶液量 锅炉燃煤应用基含硫量 0. 8， 燃烧 1t 煤产生的 SO2量为 1 t 燃煤应用基含硫量 64/3280 SO2转 换率1000 0. 8 64/3280 12. 8 kg 脱硫率为 90、 除尘器出口烟气温度约 60 ℃， 此工况下 1 台 65 t/h 锅炉烟气量为 273 60 273 152000 ≈ 185407 m3/h 烟气中 SO2的含量为 12. 8 10 106 185407 ≈ 690 m3/h 4 台锅炉同时运行， 燃煤 36 t/h， 3 用 1 备时最大 燃煤量 30 t/h， 因烟气中 SO2含量在 690 mg/m3， 液气 比为 2， 烟气中水气含量设为 8， 那么在 3 台 65 t/h 锅炉运行、 最大燃煤量 30 t/h 时， NaOH 的溶液量为 2 3 185407 1 － 0. 08 1000 1023 m3/h 3. 2. 2CaO 消耗量 脱除燃烧 1t 煤产生的 SO2需要的 CaO 的量为 12. 8 90 56/64 1. 1 Ca/S 11. 52 56 64 1. 1 11. 09 kg 燃煤量 30 t/h 时， 24 h CaO 的耗量为 11. 09 30 24≈7984 kg ， 那么相应产生的 CaSO4 2H2O 的 量为 172 56 7984≈24522 kg 3. 3吸收剂制备与再生及氧化反应系统 采用 NaOH 作脱硫剂， Ca OH 2为再生剂。 3. 3. 1CaO 调浆 粉状 CaO 的粒度小于 150 目， 含量大于 80。 CaO 经斗式提升机送入储仓， 储仓下料口与调浆池之 间装有螺旋给料机， 通过调节螺旋给料机速度控制加 入 CaO 的量。储仓用普通 Q235 钢制作， 容积 14 m3， 可储存供系统 5 天使用的 CaO 的量。浆液浓度由加 入调浆池的 CaO 的量和补充水量予以控制， 制备好 的浆液通过泵送入置换反应池。调浆池容积 10 m3， 76 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 A3 钢制作， 桨叶搅拌。输送泵选用流量为 20 m3/h、 扬程为 20 m 的 UHB- ZK- B 型浓浆泵。 3. 3. 2再生及氧化 再生氧化反应在反应池中进行。反应池有效容 积 120 m3， 池中均布曝气管， 空气由 2 台产气压力为 39. 2 kPa、 产气量为18. 43 m3/min 的 FSR- 150 型罗茨 鼓风机 1 用 1 备 提供， 其主要作用是将亚硫酸钙就 地氧化成石膏并搅拌均匀。完成再生氧化反应的溶 液进入沉淀池。 3. 3. 3NaOH 溶液的补充 生产运行中， 随烟气排放、 硫酸钙的过滤等， NaOH 会有少量流失， 需定时补充。再生氧化反应池 中均布曝气管， 因此将 NaOH 溶液补充进反应池， 可 及时与溶液混合均匀。 3. 4SO2吸收塔及脱硫剂循环水系统 吸收塔是系统的核心设备［3 ］。该工程旋流板塔 选用折流板除雾器中的屋顶式除雾器。为实现较好 的除雾及脱硫效果， 设置两层除雾器、 3 个喷淋层。 塔内主要部件均采用花岗岩或 316 L 不锈钢制作。 3. 4. 1吸收塔塔径及高度的确定 取烟气脱硫的典型操作条件下气流速度 v 为 3. 2 m/s， 由 Q vs vπr2得 65 t/h 锅炉吸收塔 r1 Q1 π 槡v 185407/3600 3. 14 槡 3. 2 槡5. 12 2. 26 m 塔径 D12 2. 26 4. 52 m ， 取整数 4. 5 m。 35 t/h 锅炉吸收塔 r2 Q2 π 槡v 92704/3600 3. 14 槡 3. 2 槡2. 56 1. 6 m 塔径 D22 1. 6 3. 2 m 吸收塔高利于除雾， 但阻力增大， 为达到较好的喷 淋效果和便于维修， 选择除雾器到吸收塔烟气出口的 距离为 1. 2 m， 除雾器的高度为 2 m; 喷淋层间距为 2 m， 最上一层喷淋层到除雾器距离为2. 5 m， 入口烟道 到第一层喷淋层的距离为5 m; 65 t/h 锅炉用旋流板吸 收塔高17 m， 35 t/h 锅炉用旋流板吸收塔高15 m。 3. 4. 2喷嘴 采用螺旋型喷嘴， 材质为耐磨性能极佳的钢玉材 料， 雾化角度 120， 耐腐蚀， 不堵塞， 全面雾化效果 好， 不滴流 ［3 ］。 65 t/h 锅炉旋流板吸收塔每个喷淋层安装直径  20 mm 的喷嘴 48 个， 共 144 个; 35 t/h 锅炉旋流板 吸收塔安装直径  20 mm 的喷嘴 36 个， 共 108 个。 3. 5脱硫剂循环水系统 该系统由循环水池、 循环水泵、 循环水管道组成。 循环水池有效容积 250 m3。循环水泵选用 2 台流量 为 600 m3/h、 扬程为 40 m， 1 台流量为 400 m3 /h、 扬 程为 40 m 的 UHB- Z 型脱硫泵， 根据锅炉运行台数开 启相应水泵， 满足脱硫循环用水的需要。 3. 6硫酸钙沉淀及脱水系统 沉淀是实现固液分离的重要环节， 由于平流式沉淀 池具有对水量和温度变化适应能力强、 平面布置紧凑、 施工方便等优点 ［ 4 ］， 该工程采用平流式沉淀池 图2 。 图 2平流式沉淀池 Fig．2The horizontal flow sedimentation tank 取平流沉淀池的表面负荷为 1.2， 水平流速为 6 mm/s、 停留时间为1 h， 池深 4 m， 有效水深 3.5 m， 根 据沉淀池每格长度与宽度之比值不小于4、 长度与有效 水深比值不小于8 的原则， 沉淀池为两格， 每格长30 m， 宽6 m， 深4 m， 有效总容积1 260 m3， 每格中安装1 台刮 泥机。这样既保证了沉淀效果， 又有利于刮泥机工作。 真空带滤机是一种操作简单、 自动化程度较高的 固液分离设备， 常被作为首选的脱硫硫酸钙脱水设 备， 目前常用橡胶带水平真空带式过滤机［5 ］。该项 目选用7. 5 m2的橡胶带水平真空过滤机1 台， 每小时 过滤产生硫酸钙 1. 2 m3。硫酸钙溶液输送泵选用浓 浆泵 2 台 1 用 1 备 。 3. 7自动控制系统 采用由 PLC、 智能终端数据采集器、 执行机构及 人机操作界面共同构成的， 集数据采集、 运算、 调节和 控制于一体的智能型自动控制系统。主要构成为 每 台脱硫塔出口安装在线 pH 计 1 台， 根据出水 pH 值 的高低控制进水水量; 再生反应终端安装在线 pH 计 1 台， 控制调浆液输送泵的转速 变频器控制 ， 保证 再生液 pH 在8. 5 ～10. 0; 沉淀池安装超声波液位计， 控制进水电动阀保证沉淀池液位; 脱硫塔供水主管道 安装压力变送器， 控制进水泵转速， 并在无水或压力 较低时报警。 3. 8引风机改造 链条锅炉本体阻力约 1 100 Pa， 文丘里除尘器阻 86 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 力约 1 000 Pa， 旋流板脱硫塔阻力 800 Pa， 烟道阻力 400 Pa， 引风机克服的总阻力约 3300 Pa。现 1 号锅 炉引风机全压 3 280 Pa， 风量118 690 m3/h; 2 号锅炉 引风机全压 2 659 Pa， 风量180 650 m3/h; 3 号锅炉引 风机全压 2 700 Pa， 风量 1 800 000 m3/h; 4 号锅炉引 风机全压 3 558 Pa， 风量 230 000 m3/h。1 号、 4 号锅 炉引风机风压、 风量均可满足系统需求， 不需改动。2 号、 3 号锅炉引风机驱动电机为 110 kW， 经检测运行 频率在 37 Hz 左右， 说明轴功率有较大余量， 将其风 机由 18D 改为 18. 5D， 电机及电器控制部分未改动， 改造后满足系统运行要求。 4应用效果及出现的问题与对策 4. 1应用效果 脱硫系统2009 年10 月动工建设， 2010 年5 月完 工后进入单机及系统调试， 2010 年 7 月试运行， 2011 年 5 月经当地环保监测站监测， 锅炉烟气 SO2排放浓 度小于 150 mg/m3， 达排放标准， 计算出脱硫总效率 92. 6。监测数据如表 2 所示。 表 2监测数据 Table 2Monitoring data 检测次数烟尘浓度/ mg m －3 二氧化硫/ mg m －3 190. 8138 293. 6141 376. 2125 4. 2出现的问题与对策 1结垢。 NaOH 溶液补充不及时或 CaO 超量， 循 环液中 Ca2 多于 Na 时造成结垢。可定时使用原子 吸收分光光度计测定并计算溶液中 Na 的含量， 保持 其浓度在 0. 28 ～0. 32 mol/L， 初始 12 h 测定一次， 运 行一定时间后可根据添加的量和时间间隔， 调整测定 时间间隔。另外， 控制 CaO 的加入量， 保持 pH 值在 8. 5 ～10. 0。 2喷嘴堵塞判断及处理。旋流板塔每个喷淋层 进水管安装一只压力变送器， 将压力信号反馈控制 台， 如压力升高， 表明喷嘴发生堵塞， 必须拆下除垢或 更换。为方便拆卸， 喷嘴安装形式见图 3， 拆下短接 和螺栓， 从导轨中抽出喷淋管就可拆下喷嘴。 图 3喷嘴安装示意 Fig．3Nozzle installation diagram 3水平真空带式过滤机过滤硫酸钙为间歇运 行， 其停运时硫酸钙溶液输送泵也停止运行， 当输送 泵重新启动工作时， 由于硫酸钙已沉淀堆积， 输送泵 抽吸不动， 造成硫酸钙脱水系统不能工作。可在此区 域接一根  20 mm 的空气管， 在输送泵启动前输送 空气吹动沉积的硫酸钙。 5运行特征分析 14 台锅炉共用一套脱硫液循环系统有利于运 行参数的控制。共用一套脱硫液循环系统， 循环水量 大， NaOH 容量多， 系统耐冲击负荷能力强， 便于控制 循环液的 pH 值， 可保证脱硫效果， 并可便于控制系 统不结垢， 利于运行。 2设备的选型和配置使系统有较好的机动性。 该项目每台锅炉配备 1 套旋流板脱硫塔， 循环脱硫液 使用3 台流量不同的输送泵， 在 1 台、 2 台或 3 台锅炉 分别运行的状态下脱硫系统、 脱硫液循环系统、 硫酸钙 脱水系统等都能正常运行， 并能达到预期的脱硫效果。 3便于运行管理， 减少能耗和运行成本。脱硫 设施和设备集中布置， 便于运行管理， 并且几台锅炉 共用设施、 设备较多， 综合能耗低， 运行成本低。 6存在问题 改造时， 为了节约投资， 锅炉除尘系统维持了原运 行方式和状况， 水膜除尘器在除尘过程中吸收了烟气中 部分 SO2， 除尘器循环水呈现一定的酸性， 其循环系统容 易产生腐蚀。另外， 水膜除尘器后采用旋流板塔脱硫， 进一步降低了系统出口处烟气温度， 使其低于露点温 度， 虽使用了高效除雾器， 饱和烟气所携带的水滴和水 雾也会在烟气出口设备上凝结， 从而产生腐蚀。如将水 膜除尘改为静电除尘或布袋除尘可防止腐蚀的发生。 参考文献 ［1］吴忠标， 刘越， 谭天恩． 双碱法烟气脱硫工艺的研究［J］． 环境 科学学报， 2001 3 535- 537. ［2］余新明． 钠钙双碱法烟气脱硫主要影响因素的实验研究［J］． 环境科学与技术， 2001 3 25- 27. ［3］孙琦明． 湿法脱硫工艺吸收塔及塔内件的设计选型［J］． 中国 环保产业， 2007 4 18- 22. ［4］北京水环境技术与设备研究中心． 三废处理工程技术手册 废 水卷 ［M］ ． 北京 化学工业出版社， 2000. ［5］甄志， 李晓全． 石灰石 － 石膏湿法烟气脱硫中石膏脱水系统方 案探讨［ C］∥ “十一五” 烟气脱硫脱氮技术创新与发展交流 会， 2007 52- 56. 作者通信处周仓236018安徽省阜阳市颖州区莲花路 160 号上 海华源安徽锦辉制药有限公司党政办 E- mailzhoucang86163． com 2012 －10 －26 收稿 96 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期