目前, 世界上烟气脱硫工艺有上百种, 但具有实用价值的工艺仅十几种。根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态可将其分为湿法、干法和半干法3 种。湿法脱硫工艺利用广泛, 占世界总量的85.0%, 其中氧化镁法技巧成熟, 尤其对中、小锅炉烟气脱硫来说, 具有投资少, 占地面积小, 运行用度低等长处, 非常合适我国的国情。

采用湿法脱硫工艺, 要考虑接收器的性能, 其性能的优劣直接影响烟气的脱硫效率、系统的运行用度等。旋流板塔接收用具有负荷高、压下降、不易堵、弹性好等长处, 可以快速接收烟尘, 具有很高的脱硫效率。

1 重要设计指标

1) 二氧化硫( SO2) 排放浓度<500mg/m3, 脱硫效率≥80.0%;

2) 烟尘排放浓度<150mg/m3, 除尘效率≥99.3%;

3) 烟气排放黑度低于林格曼黑度Ⅰ级;

4) 处理烟气量≥15000m3/h;

5) 处理设备阻力在800～1100 Pa之间, 并保证出口烟气不带水;

6) 出口烟气含湿量≤8.0%。

2 脱硫除尘工艺及脱硫接收器比拟选择

2.1 脱硫除尘工艺比拟选择

脱硫除尘工艺比拟选择如表1 所示 脱硫工艺 湿法 半干法 干法

石灰石石膏法 钠法 双碱法 氧化镁法 氨法 海水法 喷雾干燥 炉内喷钙 循环流化床 等离子体

脱硫效率/% 90～98 90～98 90～98 90～98 90～98 70～90 70～85 60～75 60～90 ≥90

可靠性 高 高 高 高 一般 高 一般 一般 高 高

结垢 易结垢 不结垢 不结垢 不结垢 不结垢 不结垢 易结垢 易 易 不结垢

堵塞 堵塞 堵塞 不堵塞 不堵塞 不堵塞 不堵塞 堵塞 堵塞 堵塞 不堵塞

占地面积 大 小 中 小 大 中 中 中 中 中

运行用度 高 很高 一般 低 高 低 一般 一般 一般 一般

投资 大 小 较小 小 大 较小 较小 小 较小 大

通过对脱硫除尘工艺———湿法、半干法、干法的对照分析: 石灰石- 石膏法固然工艺非常成熟,但投资大, 占地面积大, 不合适中、小锅炉。相比之下, 氧化镁法具有投资少、占地面积小、运行用度低等长处, 因此, 本计划选用氧化镁法脱硫工艺。

2.2 脱硫接收器比拟选择

脱硫接收器的选择原则, 重要是看其液气接触条件、设备阻力以及接收液循环量。脱硫接收器比拟选择如表2 所示。 接收器类型 持液量 逆流接触 防堵性能 把持弹性 设备阻力 除尘性能

喷淋塔 低 是 中 较好 低 差

填料塔 高 是 差 较好 中 中

湍球塔 中 是 好 中 中 较好

筛板塔 中 是 中 中 中 较好

旋流板塔 高 是 好 好 低 好

表2 接收设备中: 喷淋塔液气比高, 水耗费量大; 筛板塔阻力较大, 防堵性能差; 填料塔防堵性能差, 易结垢、黏结、堵塞, 阻力也较大; 湍球塔气液接触面积固然较大, 但易结垢堵塞, 阻力较大。相比之下, 旋流板塔具有负荷高、压下降、不易堵、弹性好等长处, 实用于快速接收过程, 且具有很高的脱硫效率。因此, 选用旋流板塔脱硫除尘器。

3 脱硫除尘原理

3.1 氧化镁法脱硫原理

氧化镁法脱硫的重要原理: 在洗涤中采用含有MgO的浆液作脱硫剂, MgO被转变为亚硫酸镁(MgSO3) 和硫酸镁(MgSO4) , 然后将硫从溶液中脱除。氧化镁法脱硫工艺有如下特点:

1) 氧化镁法脱硫工艺成熟, 目前日本、中国台湾利用较多, 国内近年有一些项目也开端利用。

2) 脱硫效率在90.0%～95.0%之间。

3) 脱除等量的SO2, MgO 的耗费量仅为CaCO3 的40.0%。

4) 要达到90.0%的脱硫效率, 液气比在3～5L/m3之间, 而石灰石-石膏工艺一般要在10～15L/m3之间。

5) 我国MgO储量约80亿t, 居世界首位, 生产量居世界第一。

3.2 旋流板塔接收器脱硫除尘原理

来自锅炉的含尘烟气首先进进文丘里管, 进行低级喷雾降尘脱硫处理, 而后以15～22m/s 的流速切向进进旋流板塔筒体, 首先通过离心力的作用,烟气中的大颗粒被甩向塔壁, 并被自上而下运动的接收液捕集。当烟气高速通过旋流塔板时, 叶片上的接收液被吹成很小的雾滴, 尘粒、接收液和雾滴相互之间在碰撞、拦阻、布朗运动等机理的作用下, 粒子间产生碰撞, 粒径不断增大。同时高温烟气向液体传热时, 尘粒被降温, 使水汽凝聚在粒子表面, 粒子质量也随之增大, 在旋流塔板的导向作用下, 旋转运动加剧, 产生强盛的离心力, 粉尘很轻易从烟气中脱离出来被甩向塔壁, 在重力作用下流向塔底, 实现气固分别。

对于烟气中那些微细尘粒, 在通过一级塔板后不可能全部被捕集, 还有必定数目标尘粒逸出, 当其通过多层塔板后, 微细尘粒凝并, 质量不断增大后被捕集、分别, 从而达到最佳除尘后果。

4 脱硫除尘工艺设计

4.1 重要设计参数

重要设计参数: 处理烟气量15000 m3/h; 烟气 温度150～160 ℃; 脱硫除尘塔进口烟温150～160 ℃;脱硫除尘塔出口烟温55 ℃; 脱硫塔进口烟气SO2 浓度2500mg/m3 ( 盘算值) ; 脱硫效率>83.0% ( 设计值) ; 脱硫剂氧化镁粉>200目, 纯度>90.0%; 液气比2～3 L/m3; 脱硫剂耗量14kg/h (max) ; 脱硫剂浆液浓度10.0%; 接收塔进口烟气粉尘浓度22g/m3( 盘算值) ; 除尘效率99.3% ( 设计值) 。

4.2 脱硫除尘工艺设计阐明

烟气脱硫除尘工艺可分为脱硫剂配制系统、烟气脱硫除尘系统和循环水系统三大部分。

每台锅炉配备1台旋流板塔, 锅炉烟气从烟道切向进进文丘里而后高速进进主塔底部, 在塔内螺旋上升中与沿塔下流的脱硫液接触, 进行脱硫除尘, 经脱水板除雾后, 由引风机抽出排空。

脱硫液从旋流板塔上部进进, 在旋流板上被气流吹散, 进行气液两相的接触, 完成脱硫除尘器后从塔底流出, 通过明渠流到综合循环池。

4.3 脱硫剂制备系统工艺流程设计阐明

脱硫剂MgO乳液的制备系统重要由灰斗、螺旋给料机、乳液贮槽、搅拌机、乳液泵等组成。

4.4 脱硫除尘工艺设备设计阐明

1) 文丘里管: 文丘里管由满缩管、吼管和扩大管三部分组成。

2) 旋流板塔: 脱硫除尘塔( 旋流板塔) 塔体采用麻石砌筑, 主塔平台、支架、梯子等为碳钢,塔内件包含喷头、旋流板、脱水器、检验孔、支架、接收, 这些物件均采用316L不锈钢材质, 以确保整套装置的应用寿命。

设备外径为2540 mm ( 塔壁厚220mm) , 高度为17000mm。

3) 副塔: 塔体采用麻石砌筑, 主塔平台、支架、梯子等为碳钢, 塔内包含一层脱水器, 增加脱水后果。

设备外径为2000mm ( 塔壁厚200mm) , 高度为17000mm。

4.5 废水处理系统

脱硫废水产生量较小, 约0.5t/h, pH 在6～7 之间, 重要含SO3, MgSO4和固体悬浮物等, 建议将其汇进工厂原有沉淀池污水处理系同一并处理。

4.6 烟气排放分析

经湿法脱硫洗涤净化后的冷烟气经脱水器脱水后, 温度降至***以下, 通常为50～60 ℃, 所含水蒸气已近饱和, 极易结露, 对后续烟道腐化性较大, 采用蒸汽再热器提高烟气扩散温度( ≥80 ℃)后经烟囱排放。

通过对锅炉烟气污染物净化, 终极排放烟气中污染物浓度预计为: 烟尘≤140mg/m3, SO2≤450mg/m3。

5 投资估算和经济分析

1) 工程重要用度: 46.01万元。

2) 运行用度: 按月运行720h ( 30d×24h/d) ,电费0.6 元/度, 水费1.62 元/t, MgO450 元/t 计,职工月工资按800 元/人计, 各项运行用度合计0.69 万元/月。

3) 效益: 环境效益, 每月减少烟尘排放472.0t, SO2排放45.4 t; 综合社会效益, 按国内外材料统计, 以每排放1.0 t SO2引起综合经济丧失500元计, 每月可减少综合经济丧失2.27 万元; 企业效益, 节支增收合计每月25.86 万元。

5 结论

1) 旋流板塔氧化镁湿法除尘脱硫工艺通过工程实例证实, 其系统运行可靠性高, 除尘脱硫效率高,完整达到了国家环保尺度, 在技巧上是完整可靠的。

2) 旋流板塔氧化镁湿法除尘脱硫技巧投资少,占地面积小, 运行用度低, 非常合适我国的国情。

3) 旋流板塔氧化镁湿法除尘脱硫技巧不但在技巧和经济上是可行的, 而且经济效益和社会效益都非常明显。