冠军陶瓷隧道窑脱硫装置设计方案.doc

冠军陶瓷65000m3/h隧道窑脱硫装置设计方案二0一一年一月一、设计基础数据1.1业主提供的基础数据根据客户提供部分数据如下表：项 目数 据烟气量65000Nm3/hSO2含量1200mg/ Nm3HF含量30 mg/ Nm3电费0.6元/kWh水费1.0元/吨人工工资1.44万元/年人 1.2国家相关法律、法规及标准以下为本工程所采用的标准和规范（不限于此）的名称标准号标准名称GB 13271-2001锅炉大气污染物排放标准GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准GB8978-1996污水综合排放标准GB16297-1996大气污染物综合排放标准GBZ1-2002工业企业设计卫生标准 TJ36-92工业企业设计卫生准则 GBZ2-2002工作场所有害因素职业接触阻值 GBJ19-88采暖通风与空气调节设计规范 GBJ114-88采暖通风与空气调节制图标准GBJ242-82采暖与卫生工程施工及验收规范GBJ242-82采暖与卫生工程质量检验评定标准GB11653-89除尘机组技术性能及测试方法GB50016-2006建筑设计防火规范GBJ5083-85生产设备安全卫生设计总则机械制造企业安全质量标准化工作指南GB50264-97工业设备及管道绝热工程设计规范HGJ229-91工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范GBJ17-88钢结构设计规范GB/T16157-1996烟尘及污染物采样方法DLGJ158-2001火电厂钢制平台扶梯设计技术规定DL/T5072-1997火力发电厂保温油漆设计规程GB12348-90工厂企业厂界噪声标准GB3096-93城市区域环境噪声标准JGJ46-88施工现场临时用电安全技术规范GB/T700-1988碳素结构钢GB/T14975-2002结构用不锈钢无缝钢管GB10889-89泵的振动测量与评价方法GB/T3280-1992不锈钢冷轧钢板GB/T3522-1983优质碳素结构钢冷轧钢带GB/T699-1999优质碳素结构钢GB/T4237-1992不锈钢热轧钢板JB/T8097-1999泵的振动测量与评价方法JB/T8097-1999泵的噪声测量与评价方法GB50205-95金属结构施工及验收标准GB50259-96电气装置安装工程施工及验收规范二、设计原则 严格执行有关环境保护政策，确保烟气达到国家和地方排放标准； 脱硫剂采用氢氧化钠； 脱硫副产物处理工艺合理，不产生二次污染； 尽量采用原有脱硫装置，减少投入成本。 脱硫主体装置寿命10年以上； 合理的进行平面布置，充分考虑工艺流程和物流、人流通畅，管理维护方便等因素。本项目平面布置由我方提出初步意见，再与陶瓷公司协商，最后敲定。三、 工艺流程及布置3.1 总体技术方案 鼓风机 窑炉烟气烟气缓冲室引风机脱硫塔外排 氢氧化钠浆液污泥池方案说明：窑炉的烟气进入烟气缓冲室后和鼓风机送入的空气进行混合，然后再送入引风机，最后送入湿式脱硫塔脱硫，脱硫后烟气直接排放到大气中。浆液系统采用现在浆液系统不变，只更换部分浆液管路和脱硫循环泵。3.2 工艺流程说明本设计的具体工艺流程，详见“工艺流程附图”。（1） 烟气流程烟气系统设有三个烟道进口烟气阀门、烟气缓冲室、鼓风机、引风机等。当需要启动脱硫系统时，打开需要运行的线路烟道阀门，关闭不运行的窑炉的进口烟道阀门，经除尘器除尘后的烟气由引风机送入湿式脱硫塔脱硫。在脱硫塔内，烟气依次通过三级喷淋层和一层XP型塔板完成脱硫洗涤，脱硫后的洁净烟气由塔上部除雾器脱水后经直接排放。当脱硫塔需要检修时，关闭进口烟道阀门，烟气则直接排放，以保证脱硫系统检修时不影响生产的正常运行。（2）脱硫液流程脱硫循环池内的脱硫浆液用脱硫循环泵送入吸收塔内，经喷淋雾化和XP型塔板上高度分散后与二氧化硫充分接触，按前述反应完成脱硫后，全部返回脱硫循环池，与不断泵入池内的新鲜氢氧化钠溶液反应。3.3 脱硫系统布置原则1） 总平面布置根据陶瓷厂区内脱硫可用地，合理总体布置脱硫系统装置。吸收塔设置在引风机后。脱硫烟道系统尽量布置结构紧凑,合理,减少烟道阻力,降低风机能耗。根据业主提供的原始数据，在充分考虑工艺要求、场地条件和施工条件的前提下，尽量减小接入、接出烟道的长度，对脱硫装置进行了机械部分的初步设计、选型和布置的总体优化，并确保脱硫系统布置合理、美观。2） 管线布置设计范围内的各种管线和沟道，包括架空管线，直埋管线，与脱硫系统外沟道相接时，将在设计分界线处标明位置、标高、管径或沟道断面尺寸、坡度、坡向、管沟名称、引向何处等等。有汽车通过的架空管道净空高度为5.5米，室内管道支架梁底部通道处净空高度为2.2米。管线及管沟引出位置和标高将提交给业主认可或协商后确定。四、 脱硫系统工艺设计4.1工艺系统设计原则脱硫工艺采用脱硫技术，该脱硫工艺是成熟和先进的；吸收塔阻力应尽量小，以减少风机的能耗；脱硫系统运行过程中，100%烟气通过脱硫塔脱硫；脱硫系统自成体系，脱硫系统建设过程中和建成后的脱硫装置在检修过程中均不会影响窑炉系统的安全运行；脱硫装置在尽量少改动或折迁企业原有地面管道和地下设施的前提下，因地置宜，合理布局，尽可能减少脱硫装置的占地面积。在脱硫系统的布置中综合考虑烟气脱硫装置所需的水、电等公共设施，以降低工程投资及运行费用；脱硫设备按实际年平均运行时间7200小时（300天）考虑。系统装置设计寿命不小于10年。4.2吸收系统简介SO2吸收系统是烟气脱硫系统的核心，主要包括吸收塔、喷淋层、XP塔板、脱硫循环池、循环浆液泵、除雾器及其冲洗装置等几个部分，还包括脱硫塔的爬梯、平台等设施。4.2.1脱硫塔的设计与防腐（1）脱硫塔的设计参数脱硫塔是整个脱硫系统中最关键的设备，本工程脱硫系统按一座逆流式吸收塔设计。本项目脱硫塔为圆形、碳钢结构，内部防腐，主要设计参数见表4。表 4 吸收塔外形尺寸及设计参数项目锅炉烟气脱硫吸收塔内径4.4m塔体高度（不包含底部循环池）16.9m数量1台全塔压降2500Pa吸收塔脱硫效率92%吸收塔内喷淋层3层吸收塔内XP塔板层1层除雾器层2层（2）气液传质单元设备从化学工程的角度讲，SO2湿法吸收过程涉及气液质量传递（简称传质）和化学反应两个过程，其中气液传质是保证SO2从气相转入液相的重要步骤。气液传质需要通过能够造成很大气液接触面的多种传质单元设备来完成。喷淋设备和吸收塔板是常用的两种气液传质单元设备，前者传质效果一般较后者稍低，但其阻力也比后者低。为减少系统阻力并保证92%以上的脱硫效率，本项目吸收塔采用喷淋与XP型塔板相结合的技术，即塔内设置三层喷淋层和一级XP型塔板。烟气由下而上逆流通过塔内喷淋层和XP型塔板时，能保证充分的气液接触，以达到最小的能耗和92%以上的脱硫率。（3）XP型脱硫除尘塔板本公司引进的XP型塔板具有特殊孔形和分布，它是一种很好的气液传质及除尘器件，国内外未见使用这种塔板进行除尘与脱硫的报道。当烟气通过该塔板时，被高度分散，气液接触面巨大，高效将SO2及细尘脱除。对比实测结果表明，在条件完全类同时，单层XP型塔板的脱硫效率和除尘效率分别比单层旋流塔板高出510和20%左右（见上图）。 SO2溶于水生成的亚硫酸和稀硫酸腐蚀性很强，本装置中的XP型塔板采用特氟龙防腐，正常运行条件下寿命达10年以上。（4）塔内喷淋层吸收塔内喷淋层由分配管网和喷嘴组成。（a）喷嘴本项目采用耐磨损的低压螺旋喷嘴实现脱硫液的高度雾化，以产生大量气液接触面积，实现良好的气液传质。螺旋喷嘴是众多喷嘴中最具特色的一种。液体通过与连续变小的螺旋线体相切和碰撞后，变成小液滴喷出，并且喷嘴腔体内从进口至出口的畅通的通道设计最大程度的减少了阻塞现象的发生。主要特点如下：1）、使用效率高。在0.2Mpa工作压力下，单个喷嘴的流量可以达到25吨/小时。2）、雾化效果好。3）、防堵塞。4）、喷雾速度高。5）、物理尺寸小，结构紧凑。（b）喷嘴的优化布置喷淋层的布置设计能够合理分布要求的喷淋量，使烟气流向均匀，并确保脱硫液与烟气充分接触和反应。通过对喷嘴进行优化布置，使吸收塔断面上几乎完全均匀地进行喷淋。在吸收塔内圈布置120喷嘴，靠近吸收塔外围布置90喷嘴。如此布置尽可能减少喷淋到塔壁上的液体量，提高有效的脱硫液传质表面积。螺旋喷嘴采用螺纹连接，便于迅速安装和拆卸。脱硫液喷淋分配管采用FRPP或者特氟龙防腐。所有喷嘴能避免快速磨损、结垢和堵塞，喷嘴材料采用聚四氟乙烯喷嘴。喷嘴与管道的设计特别考虑到便于检修，冲洗和更换。喷淋区域电脑设计示意图喷淋区域安装示意图（5）脱硫塔的流场设计本项目脱硫塔直径为4.4m，经进行合理的流场设计，可使得烟气在塔内整个断面上均匀分布，避免形成死角，以获得高的脱硫效率。本项目采用的XP型脱硫塔板除了具有良好的气液传质功能之外，还有使烟气在整个脱硫塔断面均匀分布的功能。（6）脱硫塔的除雾装置脱硫塔上部安装二层由专业生产厂制造的折流式除雾器，用以分离净烟气经过脱硫段时所夹带的雾滴。除雾器的设计须具有较高的可利用性和良好的去除液滴效果。性能保证 （1）除雾效率：在正常运行工况下，除雾器出口烟气中的雾滴浓度低于75mg/Nm3；（2）压降：不考虑除雾器前后的干扰，保证在100%烟气负荷下，整个除雾器系统的压降低于120Pa。（3）耐高温：80-95。（4）耐压：保证承受冲洗水压为0.3MPa时，叶片能正常工作。（5）冲洗喷嘴：为全锥形喷嘴，冲洗水喷射角度为90120度，喷射实心圆锥，能够保证叶片全部被覆盖。（我们设计的均为最大气体负荷时的水耗量，考虑到系统水平衡的要求，如果气体负荷降低，可通过增加冲洗间隔时间将水耗量降低一半）。除雾器冲洗用水为工业用水，由单独设置的反冲洗管道提供。除雾器照片除雾器性能测试报告我们订购的除雾器为大唐陡河发电厂7#炉配置的除雾器，通过了由第三方测试机构西安热工院进行的性能测试，测试结果优异。下图为测试报告节选。（7）吸收塔的防腐脱硫塔的防腐直接影响到脱硫塔的寿命和脱硫系统的正常运行，我们的设计中高度重视脱硫塔的防腐问题。烟气脱硫装置复杂，需要防腐的区域面积大，运行周期长，维修困难，防腐蚀失效后塔体腐蚀速度快。因此脱硫装置的防腐蚀必须可靠、稳妥。经国际防腐界多年实践及考核，从科学性、适用性、经济性综合比较。本项目由于含有微量的氟化氢，采用不锈钢316L以及镍合金钢等都无法满足要求，所以只能考虑用碳钢基础上进行喷涂防腐。在选择防腐材料，一般的防腐玻璃鳞片中含有硅酸盐和氢氟酸进行反应，国内外大多采用乙烯基酯树脂，故防腐采用VEGF-1乙烯基高温耐腐蚀耐磨胶泥，这是以耐高温乙烯基酯树脂与填料及其它功能性助剂等调配而成的复合物。具有的特点：优良的耐化学介质、高温湿态腐蚀性气体性能；极低的水蒸气渗透率、硬化收缩率小，线膨胀系数低；耐高温及强温度冲击，较低的磨耗性能；常温硬化、成型施工简单，修补容易。（8）脱硫塔设计中的其他问题吸收塔的整体设计应方便塔内部件的检修和维护，吸收塔内部的XP塔板及支撑等尽可能不堆积污物。吸收塔烟道入口段能防止烟气、液体倒流和固体物堆积。4.2.2 脱硫循环系统为节约投资成本，本项目液体循环系统采用原来系统，只更换部分管道和循环泵。4.3 烟气系统4.3.1烟气系统组成本方案引风机布置在脱硫塔之前，不存在风机带水问题，可保证引风机在任何情况下的安全运行。为保证脱硫系统正常运行，烟气需要冷却至150度以下，设计方案采用鼓风机鼓入空气和烟气混合中和降温的方式，并在引风机后安装温度报警装置。脱硫系统运行时，先打开鼓风机和引风机，再打开所运行窑炉进口阀门，烟气经过进口烟道阀门进入烟气缓冲室，然后和空气混合降温后通过引风机送入脱硫塔脱硫脱氟，在吸收塔内脱硫净化后的烟气直接排放。脱硫系统检修时，打开旁路烟道阀门，关闭进口烟道阀门，烟气经打开的旁路烟道阀门排放。烟道、根据可能发生的最差运行条件(如温度、压力、流量、湿度等)进行设计。烟道是具有气密性的焊接结构，所有非法兰连接的接口都进行连续焊接，与挡板门的配对法兰连接处也实施密封焊。烟道采用304不锈钢制作，壁厚8mm。所有暴露在腐蚀性环境中的净烟道以适当的涂层或相当的材料进行保护。烟道的走向能确保满足冷凝液的排放，不允许有水或冷凝液的积水坑。因此，烟道提供低位点的排水和预防收集措施。吸收塔进口烟道部分为干湿交接部分，采用VEGF-1乙烯基高温耐腐蚀耐磨胶泥进行防腐。烟道外部充分加固和支撑，以防止颤动和振动，并且设计满足在各种烟气温度和压力下能提供稳定的运行。4.3.2烟道系统设计a) 烟道根据可能发生的最差运行条件（例如：温度、压力、流量等）进行设计。b) 烟道设计应能够承受如下负荷：烟道自重、风荷载、雪荷载、地震荷载、灰尘积累、内衬和保温的重量等。c) 烟道最小壁厚至少按8mm设计。d) 烟道应是具有气密性的焊接结构，所有非法兰连接的接口都应进行连续焊接。e) 所有不可能接触到低温饱和烟气冷凝液或从吸收塔带来的雾气和液滴的烟道，用碳钢或相当材料制作，所有可能接触到低温饱和烟气冷凝液或从吸收塔带来的雾气和液滴的烟道，必须采用可靠的内壁防腐保护。f) 烟道的布置应能确保冷凝液的排放，不允许有水或冷凝液的聚积。因此，烟道要提供低位点的排水和预防冷凝液的聚积措施。g) 排水设施的容量将按预计的流量设计，排水将返回到脱硫系统排水坑或吸收塔浆池。h) 在吸收塔装置停运期间，烟道应采取放水等的措施避免腐蚀。i) 烟道外部要充分加固和支撑，以防止颤动和振动，并且设计应满足在各种烟气温度和压力下能提供稳定的运行。j) 所有需防腐保护的烟道仅采用外部加强筋。烟道外部加强筋应统一间隔排列。加强筋使用统一的规格尺寸或尽量减少加强筋的规格尺寸，以便使敷设在加强筋上的保温层易于安装，并且增加外层美观, 加强筋的布置要防止积水。 k) 烟道的设计尽量减小烟道系统的压降，其布置、形状和内部件等均进行优化设计。4.4控制系统4.4.1 总的要求1）控制设备1 供方提供的控制装置应能防尘、防水、防小动物进入，以确保设备安全；2 控制机柜应有足够的强度和刚度，不易变形；3 控制系统的I/O点要求不少于15%的富裕量；4 当机柜内散出的热量超过部件允许温度时，采用自动通风措施，以降低温度，保证该部件的正常运行，其控制开关应具有启动停止自动的选择功能；5 机柜应防电磁干扰，保证系统不会误动。6 现场压力变送器、流量变送器等精度不低于0.2级，测温元件分度号为PT100。2）控制系统要求1系统控制采用手动和自动两种方式，可相互转换。2显示和报警：进口烟气温度显示、报警； 五、本方案主要技术经济指标序号项目名称单位数据总 量1.标况下的烟气量Nm3/h650002.进口温度3003.脱硫前SO2排放量Kg/h784.脱硫前SO2的浓度mg/Nm312005.脱硫后SO2的排放浓度mg/Nm31006.SO2去除效率927.SO2脱除量Kg/h71.58.氢氧化钠消耗量（干基）Kg/h62.5 t/a4509.耗水量t/h0.510.脱硫塔阻力Pa250011.年运行时间h720012.年脱硫量t/a6263413.二氧化硫排污费元/吨126314.减少排污费万元/年7911六、主要设备及构筑物序号名 称规 格结 构数量电机(kw)备 注一、脱硫乳制备系统1.管道、阀门FRPP1批2.脱硫循环泵 3台45KW高耐磨工程塑料泵二、烟气系统3.脱硫塔烟道30434.K3进口烟道阀门700组合件15.K5进口烟道阀门800组合件16.K6进口烟道阀门1000组合件17.引风机 组合件1908.鼓风机组合件1459.烟气缓冲室7m4m2.5m混凝土1 10.温度报警装置组合件1三、烟气脱硫系统11.脱硫塔内4.4m，塔高21.7112.塔内喷淋层FRPP管或特氟龙防腐碳钢管3层13.喷嘴特氟龙喷嘴1批14.脱硫塔防腐VEGF-1乙烯基高温耐腐蚀耐磨胶泥1项15.脱硫塔除雾器内4.4，FRPP组合件1套16.脱硫塔平台及加强筋1项四、公共部分17.电控柜118.电缆1批19.总装机 2025 七、水、电、脱硫剂消耗及脱硫成本项 目耗 量单 价费 用小 时年小 时年工业水0.5t/h3600t/a1.0元/ t0.5元/h3600元/a电(1)2025kW1458万kwh/a0.6元 /kwh1215元/h8748万元/a氢氧化钠溶液62.5kg/h450t/a600元/t37.5元/h27万元/a 维护管理1万元/a工人工资3人1.44万元/年人4.32万元/年4.32/a合计支出120.16万元/a年脱硫量62634t SO2/a减少排污费7911万元/年计算结果：A、年脱硫总支出120.16万元；B、每年脱硫量62634吨，可减少排污费用79.11万元。 八、与原系统运行运行成本对比原系统的制浆等系统运行良好，为减少客户投资，我们尽量利用原系统装置，根据计算和实地测量，原系统脱硫循环泵需更换外，其他无需更换，烟道系统新增鼓风，新增费用主要是循环泵增加电费以及新增鼓风机电费。尾气系统分解为浆液系统和烟道系统对比如下：项目浆液系统消耗烟道系统消耗水氢氧化钠循环泵引风机新增鼓风机原装置153=45kw45kw0新装置22.53=67.5kw90kw45kw新增量007.53=22.5kw45kw45kw新增运行成本0013.5元/h9.72万/a27元/h19.4万/a27元/h19.4万/a由上表对比得：浆液和水消耗没有增加，电增加67.5元/h，年运行总费用增加48.6万元。增加说明：、由于增加了喷淋塔的高度，增加了水泵的扬程，故增大了电机功率。、对原系统的烟气系统进行改造，需要降低烟气的温度，以有利于防腐和除雾，所以增加了鼓风机和引风机的使用。九、工程进度计划工程进度计划（含技术资料交付进度）序号项目名称工程进度安排第一周第二周第三周第四周第五周第六周第七周第八周第九周第十周第十一周第十二周1签订合同2施工设计3土建施工4材料订货5设备制造7设备安装8线缆连接9系统调试11系统培训十、质量保证我们对我们所做的产品实行以下承诺：1） 我们遵守并执行国家技术监督局或行业部门发布实施的有关标准、规定。2） 我们提供的设备和材料是技术可靠、全新的且部件在各自品种中都是质量有保证的。3）我们所采用的各种零部件及技术措施，是先进可靠、质量优良、运行稳定、操作方便，不会采用淘汰产品。4） 贵司如发现我方提供的设备和材料低于合同规定的标准时，有权要求进行更换，费用由我方自负。5） 我方应对其提供的设备及主要易损件的保证指标及机械保证期负责。6）设备的制造质量、性能考核、检测数据应达到本附件所列国标规范标准要求。规范中明确规定需供双方共同协商的技术指标，双方共同协商并签字认可。7） 质量保证期规定运行一年内，无偿实行三包。十一、售后服务承诺1）在设备质保期内，我方对设备出现的各类故障应及时免费提供维修服务，对非人为造成的各类零件损坏，应及时免费更换。2）设备质保期为终验收合格之日起一年。3）项目实施之后，我们将严格按照与贵司约定的各项技术指标签订技术协议，不折不扣地忠实履行各项义务及责任，直到用户满意。公司设专人值班，24小时内全天候接待用户，以电话、传真、电子邮件等方式的与用户沟通。4）对承建的工程无论规模大小，无论是否在保修期内一律实行全方位优质服务。5）我们对承建的设备实行长年跟踪服务，每半年对用户进行电话回访一次，并将设备的质量、性能、运行状态等情况存入电脑。定期召开专题会议进行分析，主动为用户排忧解难，确保设备安全运行。