李衛(wèi)東 寇子明

(1.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山西太原 030024;2.山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司,山西長治 046200)

論高硫煤煙氣脫硫裝置的研究

李衛(wèi)東1,2寇子明1

(1.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山西太原 030024;2.山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司,山西長治 046200)

隨著社會、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,不可避免的給環(huán)境造成了一定影響,環(huán)境保護(hù)形勢也日益嚴(yán)峻,高硫煤煙氣脫硫裝置能有效降低煤煙氣含硫量有效保護(hù)環(huán)境,本文結(jié)合工程項目實例,從設(shè)計原則、設(shè)計條件、設(shè)計方案、脫硫副產(chǎn)物處理四大方面進(jìn)行闡述,以加強高硫煤煙氣脫硫裝置的研究,并有助于加強我國環(huán)境保護(hù)。

高硫煤煙氣脫硫裝置 設(shè)計 脫硫副產(chǎn)物

1 引言

大力發(fā)展適合國情的脫硫和煙氣凈化技術(shù)是高硫煤能否清潔利用的關(guān)鍵。

2 設(shè)計原則

應(yīng)符合與安全、環(huán)保、健康、消防等相關(guān)的中國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)、地方標(biāo)準(zhǔn)及電力行業(yè)有關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)。要嚴(yán)格執(zhí)行資源綜合利用和“三同時”的原則,積極改進(jìn)工藝技術(shù),采用無害或少害的工藝,“三廢”排放必須符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。脫硫裝置采用1爐1塔,不設(shè)煙氣旁路,不設(shè)GGH。出口二氧化硫濃度小于50mg/Nm3。

3 設(shè)計條件(表1)

表1 原料煤規(guī)格

4 設(shè)計方案

本脫硫工程所采用的氨法脫硫工藝主要由脫硫系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)、硫銨后處置系統(tǒng)等組成。

4.1 脫硫系統(tǒng)

本工程每臺鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)置1套脫硫塔。煙氣進(jìn)入脫硫塔與循環(huán)漿液逆流接觸進(jìn)行洗滌、降溫和吸收,在此過程中含氨吸收劑的循環(huán)液將煙氣中的SO2吸收,反應(yīng)生成亞硫酸銨；含亞硫酸銨的液體再與從脫硫塔底部故入的氧化空氣進(jìn)行氧化反應(yīng),將亞硫酸銨氧化成硫酸銨,形成硫酸銨稀溶液；含硫酸銨的稀溶液流至循環(huán)槽,通過一級循環(huán)泵再送入脫硫塔,再進(jìn)一步濃縮、結(jié)晶后,得到一定含固量的硫酸銨漿液,從而形成閉合循環(huán),這樣在循環(huán)槽中使硫酸銨濃度達(dá)到規(guī)定值后,通過二級循環(huán)泵將生成的硫酸銨漿液送入硫銨后處理系統(tǒng)。反應(yīng)后的凈煙氣經(jīng)除霧器脫水,含水量達(dá)標(biāo)后再經(jīng)煙囪排放大氣。主要設(shè)備如下:

(1)脫硫塔；脫硫塔是氨法脫硫的核心設(shè)備,脫硫塔集氣液傳質(zhì)、化學(xué)吸收、氧化、結(jié)晶等多種化工單元功能于一體。吸收塔采用空塔結(jié)構(gòu),結(jié)晶采用塔內(nèi)結(jié)晶,不采用填料塔。脫硫塔材質(zhì)為碳鋼加鱗片防腐,上部設(shè)置除霧器,用以分離煙氣夾帶的霧滴。為達(dá)到設(shè)計效率值,漿液噴淋系統(tǒng)按不少于三層設(shè)置。脫硫塔內(nèi)部漿液噴淋系統(tǒng)由分配管網(wǎng)和噴嘴組成,噴淋系統(tǒng)管道材質(zhì)為FRP玻璃鋼,噴嘴材質(zhì)為碳化硅。(2)一級循環(huán)泵；脫硫塔一級循環(huán)泵為離心泵,泵的殼體采全金屬,葉輪和入口軸套采用雙向鋼或相當(dāng)材料。每個塔共配置3臺一級循環(huán)泵,2運1備,每臺泵可將硫銨溶液以足夠的壓力送到塔內(nèi)的吸收段。(3)二級循環(huán)泵；二級循環(huán)泵為離心泵,泵的殼體采用全金屬,葉輪和入口軸套采用雙向鋼或相當(dāng)材料。每個塔設(shè)置2臺二級循環(huán)泵,1運1備,正常情況下將塔內(nèi)的硫銨溶液泵入塔內(nèi)濃縮段的噴淋層。(4)循環(huán)槽；每爐脫硫塔設(shè)置1個循環(huán)槽；循環(huán)槽材料為碳鋼+防腐內(nèi)襯。(5)地坑及地坑泵；脫硫塔附近設(shè)有兩個地坑,用以收集脫硫系統(tǒng)在運行、沖洗和檢修時的排水,坑內(nèi)壁有防腐內(nèi)襯。當(dāng)?shù)乜铀桓邥r,由地坑泵將坑內(nèi)積水送至循環(huán)槽內(nèi)。每個地坑設(shè)置1臺地坑泵。

4.2 煙氣系統(tǒng)

本期工程每臺爐脫硫裝置設(shè)置一套煙氣系統(tǒng),包括原煙氣煙道、凈煙氣煙道、進(jìn)口原煙氣擋板門,出口凈煙氣擋板門。本脫硫工程不另設(shè)置增壓風(fēng)機(jī),不設(shè)GGH。來自鍋爐引風(fēng)機(jī)的兩路煙氣匯合后,經(jīng)原煙氣煙道進(jìn)入脫硫塔進(jìn)行脫硫化學(xué)反應(yīng),脫除SO2后的凈煙氣經(jīng)除霧器去除水霧后,經(jīng)濕煙囪排放。脫硫煙氣系統(tǒng)擋板門采用帶密封系統(tǒng)的單軸雙百葉,擋板的設(shè)計能承受各種工況下煙氣的溫度和壓力,并且不會有變形或泄漏。擋板密封空氣系統(tǒng)為2臺密封風(fēng)機(jī)(1運1備)。

所有不可能接觸到低溫飽和煙氣冷凝液或從脫硫塔帶來的霧氣和液滴的煙道,用碳鋼制作,所有可能接觸到低溫飽和煙氣冷凝液或從脫硫塔帶來的霧氣和液滴的煙道,采用可靠的耐高溫內(nèi)襯鱗片樹脂或其它材料進(jìn)行防腐保護(hù)。

4.3 氧化空氣系統(tǒng)

本項目4塔共用5臺氧化風(fēng)機(jī),3運2備。氧化風(fēng)機(jī)采用羅茨風(fēng)機(jī)。氧化風(fēng)機(jī)流量裕量為10%,壓頭裕量為20%。從大氣中吸入的空氣經(jīng)氧化風(fēng)機(jī)壓縮、升壓后,通過管道輸送,經(jīng)氣體分布器,鼓入脫硫塔底部,與溶液反應(yīng),將亞硫酸銨溶液強制氧化成硫酸銨溶液。

4.4 硫銨后處置系統(tǒng)

設(shè)置一套硫銨后處理系統(tǒng),用于硫銨漿液分離、干燥。塔底漿液的硫銨結(jié)晶漿液含固量約達(dá)到規(guī)定值后,通過二級循環(huán)泵送入旋流器濃縮后,含固量達(dá)到40～50%,依靠重力進(jìn)入離心機(jī),漿液經(jīng)離心

表2 裝置硫銨產(chǎn)量表

機(jī)分離后得到含水率4%的固體硫銨,經(jīng)重力送入干燥機(jī)干燥后含水小于1．0%,干燥后的硫銨經(jīng)包裝后即可得到商品硫銨；離心分離母液進(jìn)入循環(huán)槽重復(fù)使用。

主要設(shè)備如下:(1)旋流器；本項目共設(shè)置1套旋流器,旋流器的處理量為40m3/h。(2)離心機(jī)；共配置2臺離心脫水機(jī),1運1備,能在全速運轉(zhuǎn)下,連續(xù)進(jìn)行進(jìn)料、分離、洗滌、卸料等工序。每臺離心脫水機(jī)出力為4t/h,脫水后硫銨固體含水率為≤4%。(3)干燥機(jī)；共設(shè)置干燥系統(tǒng)1套,主要脫除硫銨表面水和結(jié)晶水。干燥機(jī)包括鼓風(fēng)機(jī)、干燥器以及旋風(fēng)分離器,引風(fēng)機(jī)等。出料固體含水率小于1%。(4)包裝機(jī)；共設(shè)置包裝系統(tǒng)1套,包裝機(jī)保證產(chǎn)品連續(xù)包裝,并能自動稱量、自動累積總量等功能。每套生產(chǎn)能力為5t/h。

5 脫硫副產(chǎn)物

5.1 脫硫副產(chǎn)物數(shù)量

本工程脫硫副產(chǎn)物為硫酸銨(含水率1%以下),其產(chǎn)量見表2。

5.2 脫硫副產(chǎn)物綜合利用

本項目產(chǎn)生的硫酸銨的產(chǎn)物含游離酸量小于0．2%,水分含量不高于1%(重量比),硫酸銨品質(zhì)符合GB535-1995硫酸銨化肥標(biāo)準(zhǔn)中合格品要求。本項目所產(chǎn)硫酸銨將包裝后作為化肥進(jìn)行綜合利用。裝置設(shè)有硫酸銨儲存?zhèn)}庫,可供裝置15天儲存量。

6 結(jié)語

綜上所述,在該項目中遵循科學(xué)的設(shè)計原則,根據(jù)項目實際設(shè)計條件,進(jìn)而進(jìn)行針對性的方案設(shè)計,此高硫煤煙氣脫硫裝置不僅能達(dá)到脫硫的效果,并且能變廢為寶創(chuàng)造出脫硫副產(chǎn)物進(jìn)行有效利用。

[1]陸瑞源.燃用高硫煤脫硫添加劑在煙氣脫硫裝置中的應(yīng)用[J].電力科學(xué)與工程,2014(3).

[2]李榮利,傅文玲,Christina L.Frazier,Greg T.BielaWski周皓.電站濕法煙氣脫硫改造和高硫煤煙氣脫硫的經(jīng)驗[N].第十四屆二氧化硫、氮氧化物、汞、細(xì)顆粒物污染控制技術(shù)與管理國際交流會,2010.