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10T锅炉烟气除尘脱硫技术方案(布袋除尘器+喷淋脱硫塔)

发布时间:2017-03-13 点击数:1437

一 总论

1.1 工程概述

威海某新材料有限公司现有燃煤锅炉因燃料煤中含有一定的硫份及灰份,在高温燃烧过程中产生的SO2和粉尘会对周围的大气环境造成了一定的污染,锅炉原有处理设备,除尘脱硫效果不明显,根据国家环保排放标准和当地环保部门的要求,该公司决定在引风机后增加脱硫设施,确保锅炉尾部排放SO2按照国家和当地环保排放要求达标排放,并按照环保总量控制要求在确保达标的同时进一步削减粉尘和SO2的排放量。

本期工程为10t/h锅炉烟气治理工程除尘脱硫系统的设计、制造、安装及运行调试,针对业主方的现场特点,结合我公司的工艺技术和工程经验,从工艺技术、安全运行、排放指标、经济指标等各方面进行了细致的论证,提出以脉冲布袋除尘器(LDC300-550)+雾化喷淋式脱硫塔(GCT-10),钠碱法湿法脱硫工艺,吸收塔按一炉一塔设计的技术方案,脱硫塔处理烟气量为30000m3/h,供业主方决策参考。

1.2 设计参数

序号 参数名称 单位 参数值
1 锅炉规格型号

2 锅炉额定蒸发量 t/h 10
3 锅炉数量 1
4 单台锅炉燃煤量 t/h
5 燃煤含硫量 % 0.8~1
6 单台锅炉出口烟气量(工况) m³/h
7 锅炉出口烟气温度 ≤150
8 系统进口粉尘浓度 mg/Nm³ ~5000
9 脱硫系统进口SO2浓度 mg/Nm³ 2000
10 锅炉年运行时间 小时 7000
11 引风机型号

12 引风机风量 m³/h
13 全压 Pa
14 电机功率 kw

1.3 除尘脱硫系统主要技术要求

序号 参数名称 参数值
1 粉尘排放浓度 ≤30 mg/Nm³
2 除尘效率 ≥99%
3 二氧化硫排放浓度 ≤200 mg/Nm³
4 脱硫效率 ≥90%

1.4 主要设计原则

◆技术先进、经济合理、切实有效的烟气治理工艺。

◆设备运行可靠、阻力小,不产生对锅炉运行工况的影响。

◆具有足够的脱硫效率,保证达标排放。

◆为降低运行费用,脱硫剂来源可靠,副产品处置合理。不外排不产生二次污染。脱硫除尘水循环利用。

◆充分考虑场地要求,使整套除尘脱硫系统结构紧凑,减少占地面积。

◆尽量利用厂内已有设施和资源,以减少投资。

◆运行操作简便,维护方便。

◆采取适当措施避免脱硫系统结垢和堵塞的发生。

◆使用寿命长,噪音小,必须设有可靠防腐措施。

◆施工工期短。

◆脱硫除尘装置布局合理、操作维护简单、不结垢、不堵塞。

二 工艺介绍

2.1 脉冲布袋除尘器

除尘装置技术指标

1)单台除尘器处理烟气量:30000m3/h;

2)处理烟气温度: 150℃;

3)要求排尘浓度: ≤30mg/Nm3;

4)林格曼黑度: 一级;

5)设备阻力: ≤1300Pa;

除尘工艺选择

1、 工艺选择

目前处理该粉尘一般有旋风除尘、湿式除尘、袋式除尘、电除尘系统等处理方法。电除尘投资大,管理员素质要求高一般很难在小型处理系统上体现其优越性。

旋风除尘一般适应于颗粒较粗,比重较大的粉尘治理,对于10um以下的较细颗粒粉尘(尤其是密度小的细颗粒粉尘)净化效率较低,但其一次性投资省,操作管理较简单,粉尘收集较方便。

湿式除尘适合于亲水性粉尘的治理,投资成本低,操作及管理较简单。但湿式除尘工况适应能力较差,且除尘循环水清理处理麻烦,有二次污染隐患。

袋式除尘器与电除尘器同属高效除尘设备,净化效率高,可捕集不同性质的粉尘,使用灵活,结构简单,工作稳定,造价较低,是燃煤锅炉粉尘治理的理想选择。

2、 脉冲袋式除尘系统简介

通过以上过几种除尘技术的比较,结合该公司粉尘的性质,我公司采用脉冲布袋除尘器技术对此粉尘烟气进行治理。

(1)除尘原理

袋式除尘器是过滤式除尘器的一种类型,当含尘烟气通过织物滤袋,烟气中的粉尘被捕集下来,烟气达到被净化的目的。其除尘机理主要有:

①筛滤作用:含尘烟气通过滤袋的织物滤料时,粒径大于滤料纤维间孔隙的尘粒,由于筛滤作用而被阻留下来,这些粗的尘粒在网孔上“架桥”。但通常的织物滤布,由于纤维间的孔隙远大于粉尘的粒径,所以刚开始过滤时,筛滤作用很小,主要靠惯性碰撞、拦截、扩散和静电作用。当滤布上逐渐形成了一层粉尘粘附层后,则碰撞、扩散等作用变小;而主要靠筛滤作用。

②惯性碰撞:当含尘烟气流动过程中,遇到滤料等障碍物时使偏离流向而向纤维间孔隙流去,但尘粒仍具有惯性,尤其是粒径大于1微米的尘粒惯性更为显著,它们未随气流绕行而因惯力作用仍按原流向前进,碰撞在织物纤维上被捕集下来。这种惯性碰撞作用随粉尘粒径和烟气流速增大而增强。

③拦截作用:烟气中的尘粒因惯性而脱离烟气新的流线,但是否能碰撞在织物纤维上而沉降,那就要取决于它对纤维的相对位置和速度。若尘粒前进的方向与纤维距离在粒径的一半以内,则此尘粒就会被纤维拦截下来。惯性碰撞和拦截作用都是靠滤料纤维的障碍而捕集尘粒的。

实际上在一个除尘器中会同时几种捕集机制起作用。一般滤布的网孔尺寸为20~50微米,考虑到起毛现象,网孔尺寸至少也有5~10微米。而布袋除尘器除尘效率很高,可以捕集1微米粒径以下的粉尘。原因是袋式除尘器开始过滤时,通过上述的作用很快在滤布上形成一层粘附层(初灰层)。由于初灰层及随后沉积上的粉尘层的作用,使滤布成为对粗、细粉尘皆是有效的过滤材料。因此,袋式过滤除尘器的除尘效率高,主要是靠滤料上形成的初灰层,滤布则主要起形成初灰层及支撑它的作用。 含尘烟气流经滤袋除尘后烟气被净化了,滤布在运行一段时间后,因为捕集了大量的粉尘而增加了阻力,必须进行清灰。清灰的方式也有多种多样,有用机械振打清灰的、有用气流反吹清灰的、还有用脉冲清灰的。有间歇清灰的方式,也有连续清灰方式。

本方案采取脉冲清灰,清灰时由计算机程序自动控制脉冲阀开启将压缩空气由各喷嘴喷出,喷吹气体从滤袋内侧透过滤袋向外侧,靠脉冲力让滤袋产生抖动,使沉积在滤袋外的粉尘脱落,掉进灰斗。

(2)结构和工作过程简介

除尘器一般由箱体、灰斗、卸灰系统、喷吹系统和控制系统等几部分组成。工作过程主要是以下两个过程:

◆除尘过程:含尘气体经进气口进入除尘器,经滤袋的过滤,粉尘被挡在滤袋表面,并通过下料口排出,净化后的气体,透过滤袋经出气口由引风机排出。正确地选择好滤材料的情况下能捕集含尘浓度高的气体且不需要二级除尘,保证排放浓度小于50mg/m3,达到国家允许的排放标准;

◆清灰过程:随着除尘过程的不断进行,滤袋外表面的粉尘不断增多,系统阻力同步升高,及时彻底地将其清除是保证除尘器正常运行的关键。脉冲除尘器采用的是脉冲压缩空气清灰方式,压缩空气经脉冲阀和控制仪转换为断续脉冲高压气体。脉冲阀A端接压缩空气包,B端接喷吹管脉冲阀前压室接控制阀,控制仪控制着控制阀(电磁阀)及脉冲阀开启。当控制仪无信号输入时,控制阀的排气口被关闭,脉冲阀处于关闭状态;当控制仪发出信号时控制阀排气口被打开,此时压缩空气从气包通过脉冲阀经喷吹管小孔喷到入滤袋(从喷吹管喷出的气体为一次风)。当高速气流通过过程中诱导了数倍于一次风的周围空气(称二次风)。造成滤袋内瞬间时正压,气体从内向外将滤袋外表的粉尘清除掉实现清灰。清灰、过滤等整个过程都可以做到自动进行(自动化的程度决定于控制系统的自动化程度)。

(3)过滤介质滤袋的介绍

滤料是袋式除尘器的核心部分,其性能对除尘器运转有很大影响,选择滤料时必须考虑含尘气体的特征,如粉尘和气体性质(温度、湿度、粒径、含尘浓度等)。性能良好的滤料应容量大,吸湿性好,效率高,阻力低,使用寿命长,同时具备耐湿、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。

本项目使用耐高温氟美斯。

考虑到袋式除尘器的阻力为1300Pa,为不影响主机的正常运行,业主需校核现有引风机余压是否足够克服除尘设备的阻力。

6.4 主要设备的技术参数

(1)袋式除尘器,选用LDC300-550脉冲布袋除尘器。

◆设计处理风量:30000m3/h。

◆烟气温度: ≤200℃

◆滤袋材料: PPS

◆过滤风速: 0.9m/min

◆滤袋直径: 130mm;

◆滤袋长度: 4500mm;

◆滤袋数量: 300条

◆过滤面积: 550m2

◆压力损失: 1300Pa

◆排灰方式: 双层翻板阀

◆24V电磁脉冲阀: 3",20套(配套脉冲控制仪)

◆业主提供气源压力(脉冲阀压力)/气量:0.5-0.7MPa/1.0Nm3/min。

◆控制系统:脉冲控制仪自行控制脉冲清灰

2.喷吹系统用气要求

喷吹系统清灰介质为压缩空气,压缩空气气源由用户提供,接入除尘器气包。管网压力为0.6~0.8MPa,气源接入除尘器喷吹系统管路,压缩空气为除油、脱水洁净空气,压缩空气用气量为约1.0m3/min。

2.2钠碱法脱硫工艺

钠碱法脱硫工艺较简单,但脱硫效率非常高,而且容易实现稳定可靠运行,该工艺与双碱法相比,虽然钠碱的消耗大的多,运行时脱硫剂费用相对较高,但是系统相对简化,占地面积小,省略了庞大的反应再生、沉淀及渣处理系统。而且双碱法脱硫系统易结垢、不能长期稳定运行的问题。目前国内没有好的解决方法。目前国内烟气脱硫湿法技术最主要的还是石灰石-石膏法技术。钠碱是一种良好的碱性吸收剂,从化学反应机理上分析,烟气中二氧化硫的吸收是通过酸碱反应来实现的。吸收剂碱性越强,越利于吸收,钠碱的碱性强于钙基吸收剂。

与大型电厂常用的石灰石-石膏法脱硫相比,石灰石浆液吸收二氧化硫需要先有一个固-液反应过程,即固相石灰石(CaCO3)先酸溶于亚硫酸,生成亚硫酸氢钙 Ca(HSO3)2;而钠碱吸收烟气中的二氧化硫是反应速率极快的气-液反应过程,可以比较容易地达到很高的脱硫效率。

钠碱法脱硫工艺主要特点是系统简单,液/气比小,不结垢不堵塞,设备造价低,占地小,所以特别适合中小型锅炉及窑炉配套使用。脱硫废液主要成分为硫酸钠、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠,均为可溶性,所以不会产生大量的脱硫渣,只需定期排放一部分废液去厂区污水处理系统,并及时补充清水和新鲜的钠碱即可。此外,钠基还具有吸收其它酸性气体(如HCl,HF,HBr)等的良好性能。

2.3 工艺特点

与石灰石或双碱法湿法脱硫工艺相比,钠碱法原则上有以下优点:

◆用钠碱脱硫,循环水基本上是[Na+]的水溶液,在循环过程中对水泵、管道、设备均无腐蚀与堵塞现象,便于设备运行与保养;

◆钠基吸收液吸收SO2速度快,故可用较小的液气比,达到较高的脱硫效率,一般在90%以上;

◆工艺简单,不易结垢,容易实现稳定可靠运行。比较适用于75t/h以下的工业锅炉和炉窑配套使用。

2.4 工艺流程介绍

脱硫除尘系统由SO2吸收系统、烟气系统、脱硫剂供给系统、脱硫副产物处理系统、工艺水系统、电气控制系统组成(详见CAD版工艺流程附图)。

锅炉除尘脱硫烟气流程:

锅炉烟气:布袋除尘器→引风机→脱硫吸收塔→烟囱;

2T锅炉烟气除尘脱硫

锅炉产生的污染烟气,经布袋除尘器除去粉尘后,由引风机抽出正压吹入高效雾化喷淋式脱硫塔内(烟气进口设置在脱硫塔中下部),在脱硫塔的入口处设置了予降温与予脱硫系统,经过降温增湿并脱去部分SO2后的烟气进入脱硫塔。在脱硫塔内烟气由下而上与喷淋浆液逆流接触,两者充分混合。塔内设置两层高效雾化系统,在该区段空间充满着由雾化器喷出的粒径为100~300μm的雾化液滴,烟气中SO2与吸收碱液再次反应,脱除90%以上的二氧化硫。喷雾系统的合理选型及科学布置,使该雾化区形成无死角、重叠少的雾状液体均匀分布的雾化区段,烟气较长时间内在雾化区中穿行,烟气中SO2有了充足的机会与脱硫液接触,并不断与雾滴相碰,其中SO2与吸收液进行反应,从而被脱除,同时残留烟尘被带上“水珠”,质量增大。脱硫后的液体落入脱硫塔底部,定时定期排入脱硫塔后设置的收集系统,适当补充一定量的碱液后经循环泵再次送入喷雾和配液系统中再次利用,脱硫剂始终处于循环状态。

经多次循环后的脱硫浆液排入后处理系统,由于设计的特殊性,经脱硫后的烟气通过塔顶除雾器时,利用其导向作用产生强大的惯性力,将烟气中的液滴分离出来,达到同时除尘除雾的效果。洁净烟气最终达标排放。

工艺原理

钠碱法脱硫工艺是用NaOH/Na2CO3吸收烟气中的二氧化硫,将部分废液送至厂内污水处理场集中处理。

(1)吸收

在吸收塔中,烟气中的SO2与碱吸收接触后。发生如下反应:

湿式钠碱法吸收实际上是利用钠碱不断循环的过程来吸收烟气中的SO2,在吸收过程中所生成的酸式盐NaHSO3对SO2不具有吸收能力,随着吸收过程的进行,吸收液中的NaHSO3数量增多,吸收液的吸收能力下降,因此需向吸收液中补充碱液,使部分NaHSO3转化为Na2SO3,保持吸收液中Na2SO3的浓度比例相对稳定以保持吸收液的吸收能力,并定期外排一部分废液。 同时烟气中含有的SO3、HCl等酸性气体也会同时被吸收剂吸收,发生如下反应:

因此,在钠碱法脱硫工艺中吸收塔的吸收段将烟气中的SO2吸收,得到亚硫酸钠或亚硫酸氢钠中间品及少量硫酸钠和氯化钠,这些产物均为可溶性的。

(2)排浆

由于不需要经过氧化环节,系统所排出的脱硫后废液、废渣浆用泵直接排到厂内污水处理场中。

2.5 烟气脱硫系统描述

本烟气脱硫系统包括SO2吸收系统、烟气系统、脱硫剂供给系统、脱硫副产物处理系统、工艺水系统和电气控制系统。

2.6.1 SO2吸收系统

在吸收塔内,经雾化的脱硫剂与从烟气中捕获的SO2、SO3等发生化学反应,生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等物质。脱硫并除尘后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴后排出吸收塔。

SO2吸收系统包括以下内容:吸收塔、吸收塔浆液循环、脱硫液排出、烟气除雾等几个部分,还包括辅助的放空、排空设施。

(1)吸收塔

1)设计原则

吸收塔内所有部件能够承受最大入口气流及最高进口烟气温度的冲击,高温烟气不会对任何系统和设备造成损害。

吸收塔选用的材料适合工艺过程的特性,并且能承受烟气飞灰和脱硫工艺固体悬浮物的磨损。所有部件包括塔体和内部结构设计考虑腐蚀余度。脱硫塔材质为优质Q235-A钢板卷制圆柱形塔,内壁衬花岗岩,中间用耐酸浇注料灌浆,能适应-20~180℃的温度,耐酸碱腐蚀、耐磨损、抗剥离强度高、使用寿命在5年以上。

在吸收塔内安装脱硫设备,即喷雾系统、旋流板、除雾器、反冲洗装置及其它辅助设施(除雾器采用PP或其它材料制作,除雾器效率99%)。

塔上安装维修人孔、供水管道及维修平台及爬梯等。

2)喷雾系统

包括管线、喷嘴、支撑、加强件和配件等。浆液喷淋系统的设计使喷淋层的布置达到所要求的喷淋浆液覆盖率,使吸收溶液与烟气充分接触,从而保证在适当的液/气比(L/G)下可靠地实现所要求的脱硫效率。

喷淋组件及喷嘴的布置设计成均匀覆盖吸收塔的横截面。一个喷淋层由带连接支管的母管制溶液分布管道和喷嘴组成。

喷嘴采用316L不锈钢或陶瓷材料,螺旋实心形喷雾,雾径为50~150μm,雾化效果好,雾化角度900;耐腐蚀,不堵塞,全面雾化,不滴流,喷嘴及进液管设置花岗岩保护套。

(2)除雾器

除雾器用于分离烟气携带的液滴,其系统组成:二级除雾器,配备冲洗水系统和喷淋系统(包括管道、阀门和喷嘴等)。除雾器系统包括一台安装在下部的粗除雾器和一台安装在上部的细除雾器。

位于下面的第一级除雾器是一个大液滴分离器,叶片间隙稍大,用来分离上升烟气所携带的较大液滴。上方的第二级除雾器是一个细液滴分离器,叶片距离较小,用来分离上升烟气中的微小浆液液滴和除雾器冲洗水滴。烟气流经除雾器时,液滴由于惯性作用,留在挡板上。由于被滞留的液滴也含有固态物,因此存在挡板上结垢的危险,同时为保证烟气通过除雾器时产生的压降不超过设定值,需定期进行在线清洗。为此,设置了定期运行的清洁设备,包括喷嘴系统。冲洗介质为工业水。

2T锅炉烟气除尘脱硫

上图是除雾器结构图和除雾器工作原理图

锅炉烟气除尘脱硫

上图是除雾器实物图(模块安装前)

一级除雾器的上下面和二级除雾器的下面设有冲洗喷嘴,正常运行时下层除雾器的底面和顶面,上层除雾器的底面手动轮流清洗各区域。

2.6.2 烟气系统

(1)引风机

该方案的特点是:在脱硫塔前增设风机,属于正压操作,可以避免风机的腐蚀问题。由于新增除尘脱硫系统需增加约2400~2700pa的阻力(其中布袋除尘器1200~1300pa,脱硫塔900~1000 pa,烟风道300~400pa),综合前道设备及风管阻力,引风机全压需≥3300pa。

(2)烟道

烟道的设计尽量减小烟道系统的压降,其布置、形状均进行优化设计。

(4)防腐处理

经热量衡算,烟气经脱硫吸收塔后,温度降低到55~65℃左右,经过烟道和烟囱后会产生部分冷凝液,对烟道和烟囱将产生酸露点腐蚀。本工程设计施工方案要对脱硫塔出口至引风机烟道进行防腐处理。

2.5.3 脱硫液供给系统

(1)吸收塔再循环系统

吸收塔再循环系统包括循环泵、管道阀门及喷淋组件及喷嘴。

吸收液循环泵符合对“泵”的基本要求外,并满足循环泵及驱动电机适应户外露天布置的要求。

吸收塔再循环系统的设计要求是使喷淋层的布置达到所要求的喷淋浆液覆盖率,使吸收溶液与烟气充分接触,从而保证在适当的液/气比(L/G)下可靠地实现所要求的脱硫效率。

1)脱硫工艺水用量

锅炉烟气脱硫除尘设计用水量尽可能小。

2)循环水泵

根据脱硫方法所设计用水量要求,按锅炉运行设计,应选择防腐、耐磨化工水泵。

(2)脱硫液系统

脱硫液在脱硫塔内与二氧化硫充分接触、反应后,流入循环池,脱硫液由循环泵泵入脱硫塔循环使用。

2.5.4 工艺水系统

所有水系统用材为国标UPVC/PP管道、阀门,泵类使用耐腐、耐磨材质。

2.5.5 脱硫副产物处理系统

随着吸收过程的进行,吸收液中的NaHSO3数量增多,吸收液的吸收能力下降,因此需向吸收液中补充碱液,使部分NaHSO3转化为Na2SO3,保持吸收液中Na2SO3的浓度比例相对稳定以保持吸收液的吸收能力,并定期外排一部分废液。

2.5.6 电气系统

电气控制系统主要是对脱硫系统中的脱硫剂循环泵、废液排出泵、加药泵、搅拌器等设备进行控制,采用半自动及配合少量现场控制的方式,以使整个脱硫工艺在一个具有高可靠性、易操作、高性能的情况下来完成。

在电气设备和元器件的设计选型和价位上,本着电气产品要性能高、质量好、价位低的原则。

电气系统主要包括供配电系统、电气控制与保护、照明及检修系统、电缆和电缆构筑物。

三 供货范围及内容

3.1 设计范围

本项烟气脱硫系统的工程设计范围为:自锅炉省煤器烟气出口至烟囱入口的整套脱硫除尘系统(除引风机)。包括脱硫吸收塔设备、脱硫剂贮存、制备系统、吸收液循环系统、工艺水系统、除雾系统、烟气系统、脱硫副产物的处理系统的整套设计及调试。

(1)试验和检查;

(2)包装和运输;

(3)调试及试运行,对操作和维护人员进行必要的培训。

3.2 主要设备清单

序号 设备名称 型号规格 数量 备注
1 脱硫塔 DCL-10T;φ1900×6500mm 1台 处理风量30000m³/h
2 涤气雾化装置 配脱硫塔 1套 供方
3 循环泵 50UHB-ZK-30-30 2台 一用一备
4 三级沉淀池 100m³ 1座 业主备
5 石灰乳制备池 10m³ 1台 业主备(加搅拌器)
6 石灰浆液罐 20m³ 1台 含搅拌器
7 烟道(18米以内)
1套 供方
8 电控柜 控制本系统 1套 供方
9 管道、阀门
1套 阀门钢衬胶;管道PVC
10 电线、电缆 配本系统 1宗

四 除尘脱硫系统各项性能参数

4.1 主要技术参数

性能和设计数据 单位 数据
1.一般数据

1.1 除尘脱硫系统总压力损失 Pa 2400~2700
1.2 循环液气比 L/m³ 1.5~3
1.3 SO2脱除率 % ≥90
1.5 出口SO2浓度 mg/Nm³ ≤200
1.6 出口粉尘浓度 mg/Nm³ ≤30mg
1.7 出口烟气温度 55~60
2.喷淋脱硫塔

---设计压力 Pa ±5000
---脱硫塔直径 m Φ2500(内径)
---脱硫塔高度 mm 12800