环境工程毕业设计（论文）-大冶市某公司炼铁厂竖炉烟气脱硫工程可行性设计方案.doc

大冶市某公司炼铁厂竖炉烟气脱硫工程可行性设计方案XXX指导老师,揭武湖北师范学院环境工程与管理湖北黄石4350021前言目前,石化燃料燃烧和汽车尾气排放的SO2，已经严重影响人体健康、大气可见度，还导致酸沉降即酸雨。SO2是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，易溶于人体体液和其他黏性液中，长期的影响会导致多种疾病，危害人类健康；同时，SO2在氧化剂、光的作用下，会生成使人致病、甚至增加病人死亡率的硫酸盐气溶胶。此外，SO2形成的酸雨和酸雾的危害也是相当大的，其主要表现为破坏森林生态系统和水生态系统，改变土壤性质和结构，腐蚀建筑物，损害人体呼吸道系统和皮肤等。同时，长期的酸雨作用还将对土壤和水质产生不可估量的损失。随着全球环保意识的加强，控制和治理SO2污染已成为国内外当前和今后相当一段时间内最为紧迫的环保任务之一。目前，我国已有石灰石石膏湿法、烟气循环流化床法、海水脱硫法、脱硫除尘一体化法、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙尾部烟气增湿活化法、活性焦吸附法、电子束法、氯碱法等十多种工艺的脱硫装置，国家为了进一步控制二氧化硫排放，修订并实施了大气污染防法和火电厂大气污染物排放标准，颁布了国家环境保护“十五”计划、两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划，出台了排污费征收使用管理条例和相关配套规定。主要体现在一是对火电厂二氧化硫排放采取排放浓度、排放速率和年排放总量的三重控制要求。二是严格控制新建燃煤电厂二氧化硫排放，实施了排污即收费政策。因此，控制二氧化硫的排放已经成为世界各国的共同目标。2设计对象概况简介大冶市某公司炼铁厂配置的竖炉在烧结生产过程中，产生的烟尘和二氧化硫等有害气体污染物排入大气中造成大气污染。该公司遵照国家和地方环境保护法规与政策，对该污染源的烟尘进行了除尘处理，安装了多管旋风除尘器。尽管进行了除尘治理，但处理后的烟尘排放浓度在49MG/M3左右，无SO2脱除装置，其排放浓度500MG/M3。尽管烟尘和SO2排放浓度均能满足GB90781996的排放标准要求，不过地方政府环境保护职能部门依据国家节能减排政策要求该企业降低SO2排放量。因此，该企业为贯彻落实国家与地方政府节能减排的政策和环境保护法规，拟对该污染源烟气进行脱硫处理。现场了解后，针对该污染源情况提出如下脱硫处理工程设计方案。3脱硫技术选用主要原则根据国家有关环保法规规定，采用烟气脱硫时，其技术选用应考虑以下主要原则1技术成熟，脱硫效率能满足企业要求；同时具有除尘作用。2脱硫设备操作使用要方便，运行可靠。3投资和运行费用适中。4脱硫后产物和外排废液无二次污染且能安全处置。5能满足提供的现场条件，尽量避免对现有除尘系统影响。4脱硫工程设计依据41法规、政策依据1中华人民共和国大气污染防治法2中华人民共和国水污染防治法3中华人民共和国固体废物污染环境防治法4国务院关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区有关问题的批复（国函19985号）5国家燃煤二氧化硫排放防治技术政策（2002年）42设计参数依据本方案设计参数，依据该企业提供的烧结机烟尘处理系统（多管除尘器出口）如下监测数据进行设计1烟尘处理出口烟气量38000M3/H1炉中烟尘处理抽风机功率140KW/H；抽风机风压12KPA2烟气中SO2浓度504MG/M3；烟尘浓度49MG/M33烟气温度120OC43设计执行的有关国家标准、行业标准依据GB90781996工业炉窑大气污染物排放标准GB501876工业企业总平面设计规范GB150235工业金属管道工程施工及验收规范GBZ1工业企业设计卫生标准GBJ1788钢结构设计规范GB892828涂装前表面锈蚀等级和除锈等级GB5020586钢结构工程及施工验收规范地方环境保护部门提出的要求。5湿法脱硫介绍及工艺方案确定国内外烟气脱硫工艺主要有干法、半干法和湿法三种。就三种脱硫工艺而言，干法、半干法适宜于处理烟气量较小的污染源，对大排烟量的应用尚处在试验阶段。目前国内外广泛应用的主要是湿法脱硫工艺，湿法脱硫工艺被认为是最成熟、控制SO2最行之有效途径。51湿法脱硫介绍511湿法脱硫概述湿法脱硫，特点是脱硫系统位于烟道的末端、除尘器之后，脱硫过程的反应温度低于露点，所以脱硫后的烟气需要再加热才能排出。由于是气液反应，其脱硫反应速度快、效率高、脱硫添加剂利用率高，如用石灰做脱硫剂时，当CA/S1时，即可达到90的脱硫率，适合大型燃煤电站的烟气脱硫。但是，湿法烟气脱硫存在废水和固体废物处理问题，初投资大，运行费用也较高。512湿法烟气脱硫的类型及工艺过程（1）类型根据各种不同的吸收剂，湿法烟气脱硫可分为石灰石/石膏法、氨法、钠碱法、铝法、金属氧化镁法等，每一类型又因吸收剂不同。（2）工艺过程湿法烟气脱硫的工艺过程多种多样，但他们也具有相似的共同点含硫烟气的预处理（如降温、增湿、除尘），吸收，氧化，富液处理（灰水处理），除雾（气水分离），被净化后的气体再加热，以及产品浓缩和分离等。我国燃煤锅炉湿法烟气脱硫工艺过程较多，其中较典型的工艺过程为旋流塔板高效脱硫除尘工艺过程和湿法氧化镁延期脱硫工艺过程。513湿法烟气脱硫主要设备湿法烟气脱硫主要设备是指脱硫塔（或洗涤塔、洗涤器）和脱硫除尘器。对脱硫塔和脱硫除尘器的要求在脱硫塔和脱硫尘器中，应用碱液洗涤含SO2的烟气，对烟气中的SO2进行化学吸收。为了强化吸收过程，提高脱硫效率，降低设备的投资和运行费用，脱硫塔和脱硫除尘器应满足以下的基本要求（1）气液间有较大的接触面积和一定的接触时间；（2）气液间扰动强烈，吸收阻力小，对SO2的吸收效率高；（3）操作稳定，要有合适的操作弹性；（4）气流通过时的压降要小；（5）结构简单，制造及维修方便，造价低廉，使用寿命长；（6）不结垢，不堵塞，耐磨损，耐腐蚀；（7）能耗低，不产生二次污染。SO2吸收净化过程，处理的是低浓度SO2烟气，烟气量相当可观，要求瞬间内连续不断地高效净化烟气。因而，SO2参加的化学反应应为极快反应，它们的膜内转化系数值较大，反应在膜内发生，因此选用气相为连续相、湍流程度高、相界面较大的吸收塔作为脱硫塔和脱硫除尘器比较合适。通常，喷淋塔、填料塔、喷雾塔、板式塔、文丘里吸收塔等能满足这些要求。其中，填料塔因其气液接触时间和气液比均可在较大的范围内调节，结构简单，在烟气脱硫中获得广泛地应用。常见吸收塔的性能近年来，我国许多部门对燃煤工业锅炉及窑炉烟气脱硫技术进行了研究及开发。为了经济简便起见，常常将烟气除尘及脱硫一体化处理，即在同一个设备内处理。为此，将脱硫除尘一体化设备成为脱硫除尘器。我国中小型燃煤锅炉常用的脱硫除尘器，主要有旋流塔板脱硫除尘器、空心塔脱硫除尘器、填料塔脱硫除尘器以及流化床脱硫除尘器等。514脱硫剂选择要求在化学吸收烟气脱硫中，吸收剂的性能从根本上决定了SO2吸收操作的效率，因而对吸收剂的性能有一定的要求。（1）吸收能力高要求对SO2具有较高的吸收能力，以提高吸收速率，减少吸收剂的用量，减少设备体积和降低能耗。（2）选择性能好要求对SO2具有良好的选择性能，对其他组分不吸收或吸收能力很低，确保对SO2具有较高的吸收能力。（3）挥发性低，无毒，不易燃烧，化学稳定性好，凝固点低，不发泡，易再生，粘度小，比热小。（4）不腐蚀或腐蚀小，以减少设备投资及维护费用。（5）来源丰富，容易得到，价格便宜。（6）便于处理及操作，不易产生二次污染。完全满足上述要求的吸收剂是很难选择到的。只能根据实际情况，权衡多方面的因素有所侧重地加以选择。石灰（CAO）、氢氧化钙CA（OH）2、碳酸钙（CACO3），是烟气脱硫较为理想的吸收剂，因而在国内外烟气脱硫中获得最广泛地应用。工业上利用废碱液吸收燃煤工业锅炉烟气中的SO2，利用锅炉冲渣水和湿法除尘循环水在除尘的同时吸收SO2等，已有成功的范例。从资源综合利用，以废治废，避免和减轻二次水污染角度出发来选择吸收剂，具有更重要的意义。513湿法烟气脱硫存在的问题及解决。湿法烟气脱硫通常存在富液难以处理、沉淀、结垢及堵塞、腐蚀及磨损等等棘手的问题。这些问题如解决的不好，便会造成二次污染、运转效率低下或不能运行等。（1）富液的处理用于烟气脱硫的化学吸收操作，不仅要达到脱硫的要求，满足国家及地区环境法规的要求，还必须对洗后SO2的富液（含有烟尘、硫酸盐、亚硫酸盐等废液）进行合理的处理，既要不浪费资源，又要不造成二次污染。合理处理废液，往往是湿法烟气脱硫烟气脱硫技术成败的关键因素之一。因此，吸收法烟气脱硫工艺过程设计，需要同时考虑SO2吸收及富液合理的处理。所谓富液合理处理，是指不能把碱液从烟气中吸收SO2形成的硫酸盐及亚硫酸盐废液未经处理排放掉，否则会造成二次污染。回收和利用富液中的硫酸盐类，废物资源化，才是合理的处理技术。例如，日本湿法石灰石/石灰石膏法烟气脱硫，成功地将富液中的硫酸盐类转化成优良的建筑材料石膏。威尔曼洛德钠法烟气脱硫，把富液中的硫酸盐类转化成高浓度高纯度的液体SO2，可作为生产硫酸的原料。亚硫酸钠法烟气脱硫，将富液中的硫酸盐转化成为亚硫酸钠盐。上述这些湿法烟气脱硫技术，对吸收SO2后的富液都进行了妥善处理，既节省了资源，又不造成二次污染，不会污染水体。对于湿法烟气脱硫技术，一般应控制氯离子含量小于2000MG/L。脱硫废液呈酸性（PH46）,悬浮物质量分数为900012700MG/L，一般含汞、铅、镍、锌等重金属以及砷、氟等非金属污染物。典型废水处理方法为先在废水中加入石灰乳，将PH值调至67，去除氟化物（产品CAF2沉淀）和部分重金属；然后加入石灰乳、有机硫和絮凝剂，将PH升至89，使重金属以氢氧化物和硫化物的形式沉淀。（2）烟气的预处理含有SO2的烟气，一般都含有一定量的烟尘。在吸收SO2之前，若能专门设置高效除尘器，如电除尘器和湿法除尘器等，除去烟尘，那是最为理想的。然而，这样可能造成工艺过程复杂，设备投资和运行费用过高，在经济上是不太经济的。若能在SO2吸收时，考虑在净化SO2的过程中同时除去烟尘，那是比较经济的，是较为理想的，即除尘脱硫一机多用或除尘脱硫一体化。例如，有的采取在吸收塔前增设预洗涤塔、有的增设文丘里洗涤器。这样，可使高温烟气得到冷却，通常可将120180的高温烟气冷却到80左右，并使烟气增湿，有利于提高SO2的吸收效率，又起到了除尘作用，除尘效率通常为95左右。有的将预洗涤塔和吸收塔合为一体，下段为预洗涤段，上段为吸收段。喷雾干燥法烟气脱硫技术更为科学，含硫烟气中的烟尘，对喷雾干燥塔无任何影响，生成的硫酸盐干粉末和烟尘一同被袋滤器捕集，不用增设预除尘设备，是比较经济的。近年来，我国研究及开发的燃煤工业锅炉和窑炉烟气脱硫技术，多为脱硫除尘一体化，有的在脱硫塔下端增设旋风除尘器，有的在同一设备中既除尘又脱硫。（3）烟气的预冷却大多数含硫烟气的温度为120185或更高，而吸收操作则要求在较低的温度下（60左右）进行。低温有利于吸收，高温有利于解吸。因而在进行吸收之前要对烟气进行预冷却。通常，将烟气冷却到60左右较为适宜。常用冷却烟气的方法有应用热交换器间接冷却；应用直接增湿（直接喷淋水）冷却；用预洗涤塔除尘增湿降温，这些都是较好的方法，也是目前使用较广泛的方法。通常，国外湿法烟气脱硫的效率较高，其原因之一就是对高温烟气进行增湿降温。我国目前已开发的湿法烟气脱硫技术，尤其是燃煤工业锅炉及窑炉烟气脱硫技术，高温烟气未经增湿降温直接进行吸收操作，较高的吸收操作温度，使SO2的吸收效率降低，这就是目前我国燃煤工业锅炉湿法烟气脱硫效率较低的主要原因之一。（4）结垢和堵塞在湿法烟气脱硫中，设备常常发生结垢和堵塞。设备结垢和堵塞，已成为一些吸收设备能否正常长期运行的关键问题。为此，首先要弄清楚结构的机理，影响结构和造成堵塞的因素，然后有针对性地从工艺设计、设备结构、操作控制等方面着手解决。一些常见的防止结垢和堵塞的方法有在工艺操作上，控制吸收液中水份蒸发速度和蒸发量；控制溶液的PH值；控制溶液中易于结晶的物质不要过饱和；保持溶液有一定的晶种；严格除尘，控制烟气进入吸收系统所带入的烟尘量，设备结构要作特殊设计，或选用不易结垢和堵塞的吸收设备，例如流动床洗涤塔比固定填充洗涤塔不易结垢和堵塞；选择表面光滑、不易腐蚀的材料制作吸收设备。脱硫系统的结构和堵塞，可造成吸收塔、氧化槽、管道、喷嘴、除雾器设置热交换器结垢和堵塞。其原因是烟气中的氧气将CASO3氧化成为CASO4（石膏），并使石膏过饱和。这种现象主要发生在自然氧化的湿法系统中，控制措施为强制氧化和抑制氧化。强制氧化系统通过向氧化槽内鼓入压缩空气，几乎将全部CASO3氧化成CASO4，并保持足够的浆液含固量（12），以提高石膏结晶所需要的晶种。此时，石膏晶体的生长占优势，可有效控制结垢。抑制氧化系统采用氧化抑制剂，如单质硫，乙二胺四乙酸（EDTA）及其混合物。添加单质硫可产生硫代硫酸根离子，与亚硫酸根自由基反应，从而干扰氧化反应。EDTA则通过与过渡金属生成螯合物和亚硫酸根反应而抑制氧化反应。（5）腐蚀及磨损煤炭燃烧时除生成SO2以外，还生成少量的SO3，烟气中SO3的浓度为1040PPM。由于烟气中含有水（412），生成的SO3瞬间内形成硫酸雾。当温度较低时，硫酸雾凝结成硫酸附着在设备的内壁上，或溶解于洗涤液中。这就是湿法吸收塔及有关设备腐蚀相当严重的主要原因。解决方法主要有采用耐腐蚀材料制作吸收塔，如采用不锈钢、环氧玻璃钢、硬聚氯乙烯、陶瓷等制作吸收塔及有关设备；设备内壁涂敷防腐材料，如涂敷水玻璃等；设备内衬橡胶等。含有烟尘的烟气高速穿过设备及管道，在吸收塔内同吸收液湍流搅动接触，设备磨损相当严重。解决的主要方法有采用合理的工艺过程设计，如烟气进入吸收塔前要进行高效除尘，以减少高速流动烟尘对设备的磨损；采用耐磨材料制作吸收塔及其有关设备，以及设备内壁内衬或涂敷耐磨损材料。近年来，我国燃煤工业锅炉及窑炉烟气脱硫技术中，吸收塔的防腐及耐磨损已取得显著进展，致使烟气脱硫设备的运转率大大提高。吸收塔、烟道的材质、内衬或涂层均影响装置的使用寿命和成本。吸收塔体可用高（或低）合金钢、碳钢、碳钢内衬橡胶、碳钢内衬有机树脂或玻璃钢。美国因劳动力昂贵，一般采用合金钢。德国普遍采用碳钢内衬橡胶（溴橡胶或氯丁橡胶），使用寿命可达10年。腐蚀特别严重的如浆池底和喷雾区，采用双层衬胶，可延长寿命25。ABB早期用C276合金钢制作吸收塔，单位成本为63美元/KW，现采用内衬橡胶，成本为22美元/KW。烟道应用碳钢制作时，采用何种防腐措施取决于烟气温度（是否在酸性露点或水蒸汽饱和温度以上）及其成分（尤其是SO2和H2O含量）。日本日立公司的防腐措施是烟气再热器、吸收塔入口烟道、吸收塔烟气进口段，采用耐热玻璃鳞片树脂涂层，吸收塔喷淋区用不锈钢或碳钢橡胶衬里，除雾器段和氧化槽用玻璃鳞片树脂涂层或橡胶衬里。（6）除雾湿法吸收塔在运行过程中，易产生粒径为1060M的“雾”。“雾”不仅含有水分，它还溶有硫酸、硫酸盐、SO2等，如不妥善解决，任何进入烟囱的“雾”，实际就是把SO2排放到大气中，同时也造成引风机的严重腐蚀。因此，工艺上对吸收设备提出除雾的要求。被净化的气体在离开吸收塔之前要进行除雾。通常，除雾器多设在吸收塔的顶部。目前，我国相当一部分吸收塔尚未设置除雾器，这不仅造成SO2的二次污染，对引风机的腐蚀也相当严重。脱硫塔顶部净化后烟气的出口应设有除雾器，通常为二级除雾器，安装在塔的圆筒顶部（垂直布置）或塔出口的弯道后的平直烟道上（述评布置）。后者允许烟气流速高于前者。对于除雾器应设置冲洗水，间歇冲洗除雾器。净化除雾后烟气中残余的水分一般不得超过100MG/M3，更不允许超过200MG/M3，否则含沾污和腐蚀热交换器、烟道和风机。（7）净化后气体再加热在处理高温含硫烟气的湿法烟气脱硫中，烟气在脱硫塔内被冷却、增湿和降温，烟气的温度降至60左右。将60左右的净化气体排入大气后，在一定的气象条件下将会产生“白烟”。由于烟气温度低，使烟气的抬升作用降低。特别是在净化处理大量的烟气和某些不利的气象条件下，“白烟”没有远距离扩散和充分稀释之前就已降落到污染源周边的地面，容易出现高浓度的SO2污染。为此，需要对洗涤净化后的烟气进行二次再加热，提高净化气体的温度。被净化的气体，通常被加热到105130。为此，要增设燃烧炉。燃烧炉燃烧天然气或轻柴油，产生10001100的高温燃烧气体，再与净化后的气体混对。这里应当指出，不管采用何种方法对净化气体进行二次加热，在将净化气体的温度加热到105130的同时，都不能降低烟气的净化效率，其中包括除尘效率和脱硫效率。为此，对净化气体二次加热的方法，应权衡得失后进行选择。吸收塔出口烟气一般被冷却到4555（视烟气入口温度和湿度而定），达饱和含水量。是否要对脱硫烟气再加热，取决于各国环保要求。德国大型燃烧设备法中明确规定，烟囱入口最低温度为72，以保证烟气扩散，防止冷烟雾下沉。因吸收塔出口与烟囱入口之间的散热损失约为510，故吸收塔出口烟气至少要加热到7782。据ABB或B1收缩角，常取230300，在此取300；其余符号意义同前。（2）喉管喉管截面积喉管截面积可按公式A0QT1/U0进行计算。1A0QT1/U01056/100010（M2）式中A0喉管的截面积，M2；QT1在进气温度T1下的进口气体流量，M3/S；U0通过喉管的气流速度，MS。圆形喉管直径D0的计算。2D0）（UT36152841喉管长度的计算。在一般情况下3L013D0，EQ1036036M式中L0喉管长度，M；D0，EQ喉管的当量直径，M（3）扩散管出气端截面积。1A2QT2/U21056/18059（M2）式中A2扩散管出气端的截面积，M2；U2扩散管出气端气流速度，MS，一般取U21822MSQT2文氏管出口温度T2下的出口气体流量，M3S。圆形扩散管出气端管直径D2。2D2（M）870156818422UUTT式中D2扩散管出气端管直径，M；其余符号意义同前。一般按其后连接的脱水器要求的气速确定，由于扩散管后面的直管段还具有凝聚和压力恢复的作用，故最后设12M直管段，再接脱水器。扩散管长度的计算。3圆形截面扩散管长度L2（D2D0）COT（2/2）/2（087036）COT（60/2）/2485（M）式中L2圆形截面扩散管长度，M；2扩张角，一般取6070；其余符号意义同前。（4）雾化喷嘴形式的选择V12Q123800045600L456M3/HV456/3600127L/H（5）烟气出口直径D713605148UQ（6）压力损失7802130860GLTGQAP08637802130949PA（7）旋流板的几何结构参数旋流叶片外径DXDI（1114）DX17MDX17/11155M式中DI塔的内直径，M；盲板直径DMDMDX/3155/3052M叶片厚度在此取4MM。10主要设备选型及相关参数（1）文丘里洗涤器脱硫净化塔所选型号的主要参数如下处理烟气量40000M3/H；塔高90M；塔内阻力损失1200PA；设计脱硫效率70；设计除尘效率95；液气比121钙硫比11循环水量456T/H循环水利用率95；（2）耐腐水泵规格型号100UHBZK6035数量2台（一用一备）；流量55M3/H；扬程35M；进、出口径10080MM；电机功率185KW/H（3）灰浆泵规格型号65UHBZK1015数量2台（一用一备）；流量10M3/H；扬程125M；进、出口径6550MM；电机功率3KW/H（4）灰储仓（钢结构）根据烟气量、烟气中SO2浓度和脱硫设备的钙硫比计算石灰需要量，得504MG/M338000M3/H1224H11607KG/D由上面计算结果确定数量两个；直径20M高度35M；容积9M3（5）主要设施及相关参数9制浆池（砖混结构）1数量一座；规格2M15M（2003）M；容积6M3PH调节池2混凝土结构。按存1H吸收液量设计计算，规格如下数量一座；规格4M3M（303）M；容积36M3沉淀池3混凝土结构。按存15H吸收液量设计计算，规格如下数量一座；规格9M4M（303）M；容积108M3设备基础4灰浆泵、循环水泵基础按实际用泵要求而定。操作控制间5砖混结构。具体规格视现场场地情况定。11治理后达到的技术参数设计脱硫效率70；设计除尘效率95；循环水利用率95；塔体漏风率3塔内阻力损失1200PA12工程投资预算序号设备（设施）名称、型号数量单位单价万元合计万元备注设备类30051文丘里除尘脱硫净化塔1套15152耐腐水泵2台10203灰浆泵2台0816一用一备4石灰储仓2个13265振打器4台01046定量给料机1台20207搅拌机1台0450458电控设备（含电路材料等）1套6060土建设施类10929制浆池6M30070042墙厚03M10PH调节池70M3007049墙厚04M11沉淀池12泵、设备基础40M300936墙厚04M13渣土挖运2014操作控制间由企业解决其他工程费7915烟气输送管道制作12M20M00816厚6MM16吸收液、污水输送管道200MM,钢塑管100M001818视现场而定17其它钢制件及防腐材、阀门等45直接费小计4887设备安装费、1556925调试费524435工程设计费524435施工综合管理费21622852规费63704合计65438713工程操作管理运行方式24小时连续运行操作分为三班，定员每班设