冲天炉废气处理

1、某机械铸造有限公司某机械铸造有限公司冲冲天天炉炉废废气气 处理工程处理工程设设计计方方案案目目 录录1 概 况.11.1 项目背景.11.2 设计依据.11.3 设计原则.11.4 设计范围 .21.5 排放标准.22 废气情况分析.32.1 废气来源 .32.2 废气量及成分.33 废气处理工艺选择.43.1 废气处理工艺选择 .43.2 除尘原理 .63.3 脱硫原理 .63.4 设备脱硫除尘工艺特点 .9 4 废气处理工程系统设计.104.1 废气脱硫除尘系统组成.104.2 废气处理工艺设计.115 运行成本分析.135.1 电费分析.135.2 其他费用分析 .135.2 运行成本合

2、计 .136 设备及构筑物一览表.146.1 构筑物.146.2 材料设备.14- 0 -1 概概 况况1.1 项目背景项目背景某市某机械铸造有限公司以废铁废钢为原料，加工铸造铸建筑用件、水泵水务用件以及各类机械配件等。年产铸造铸建筑用件、水泵水务用件以及各类机械配件 7000 吨。某市某机械铸造有限公司在日常的生产工序中，冲天炉产生了燃烧废气，需经过治理达标后方能排放。某市某机械铸造有限公司现委托我公司针对该项目的废气治理工程进行方案设计。1.2 设计依据设计依据1）某市某机械铸造有限公司提供的基础资料2） 中华人民共和国环境保护法3） 中华人民共和国大气污染物防治法4）广东省地方标准大气污

3、染物排放限值 （DB44/27-2001）5） 工业炉窑大气污染物排放标准 （GB9078-1996）6） 工业企业设计卫生标准 （GBZ1-2002）7） 大气环境质量标准 （GB3095-96）8） 环境工程设计手册9） 大气污染防治手册10）有关的设计规范和设计手册1.3 设计原则设计原则1）严格执行国家有关环保的各项法规，保证处理效果达到排放标准的要求；2）积极稳妥地采用先进可靠的处理技术，节省建设资金；3）贯彻经济性和可靠性并重的设计原则，在最大限度地降低工程造价和运行费- 1 -用的同时，合理兼顾运行操作条件和管理维护条件；4）需要与可能相结合的原则，充分考虑当地的实际情况与客观条

4、件，因地制宜、积极稳妥地采用先进、实用的技术，使工程的各项指标都能达到预期的目的。1.4 设计范围设计范围1）冲天炉废气工程设计方案的编制、设备材料采购及工程建设安装、负责工程调试直至废气达到相关的排放标准并通过环保验收。2）负责业主方管理者、作业者的培训及废气处理机制的完善。3）负责协助完成相关环保报批、验收的各项手续。4）质保期内的配套服务。1.5 排放标准排放标准该项目冲天炉的废气经处理后，应达到工业炉窑大气污染物排放标准（GB9078-1996）二级标准，烟囱最低允许高度为 15 米。表表 1工业炉窑大气污染物排放标准工业炉窑大气污染物排放标准 （GB9078-1996）二级标准）二级

5、标准污染物污染物排放浓度（排放浓度（mg/m3）烟尘150二氧化硫850氮氧化物400林格曼黑度1 级- 2 -2 废气情况分析废气情况分析2.1 废气来源废气来源 该公司的冲天炉共两台，熔炼能力为 3t/h，冲天炉使用焦炭作为燃料，年用量约为 250 吨。焦炭的含量为：固定碳 8287%，含 S 0.41%，灰份812%。冲天炉运行过程中其主要污染物为烟尘、SO2。2 台 3t/h 冲天炉烟气排放量为14000m3/h。2.2 废气量及成分废气量及成分 该项目共有熔炼能力 3t/h 的冲天炉 2 台，两台冲天炉在运行过程中产生的废气总量是 14000m3/h。冲天炉废气与锅炉烟气类似，运行工

6、程中产生的废气主要污染物为烟尘、二氧化硫，处理工艺按锅炉烟气的处理工艺进行选择。 冲天炉的废气经处理后，应达到工业炉窑大气污染物排放标准（GB9078-1996）二级标准，烟尘排放浓度150mg/m3，林格曼黑度 1 级，二氧化硫排放浓度900mg/m3，氮氧化物排放浓度400mg/m3。表表 2 冲天炉产生废气情况冲天炉产生废气情况污染物污染物浓度浓度 mg/m3标准浓度限值标准浓度限值mg/m3废气量废气量 m3/h烟尘2300150二氧化硫306085014000- 3 -3 废气处理工艺选择废气处理工艺选择3.1 废气处理工艺选择废气处理工艺选择冲天炉废气与锅炉烟气类似，污染物均为烟尘

7、和二氧化硫，处理工艺按锅炉烟气的处理工艺进行选择。由于烟尘浓度较高，先经过一级除尘后再进行脱硫处理。3.1.1 除尘工艺选择除尘工艺选择废气除尘的方式主要有机械式除尘（包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器） ，过滤式除尘（包括袋式除尘器、颗粒层除尘器） 、电除尘器、湿式除尘器（包括喷淋塔、泡沫塔、填料塔、湍球塔、文丘里等） 。表表 3 几种除尘方法性能比较几种除尘方法性能比较名称名称适用粒径适用粒径/um效率效率/%阻力阻力/pa设备费设备费运行费运行费重力沉降室509080-8570-7560-70投资比例/%13-198-123-52-4费用(元/tSO2)900-1250750-105

8、0600-900600-800占地面积大中小小灰渣状态湿干干干- 4 - 目前工业废气脱硫工艺大体概括为干法、半干法、湿法。 干法是利用固态（粉状、粒状等）的吸收剂、吸附剂或催化剂来脱除废气中二氧化硫的方法，如烟气循环流化床、活性炭吸附法、催化转化法。 半干法是采用液态吸收剂，利用烟气的热量，在脱硫反应的同时蒸发吸收剂的水分，使脱硫产物成为固态，如旋转喷雾干燥法。湿法采用液态（液体或浆液）吸收剂吸收烟气中的二氧化硫。湿法烟气脱硫过程是气液反应，其脱硫反应速度快，脱硫效率高。目前已开发的湿法烟气脱硫技术，主要有石灰石（石灰）/石膏洗涤法、双碱法、氨吸收法、海水脱硫等。常规中采用的方法石灰石法和双

9、碱法，石灰石法主要缺点是容易结垢，堵塞布液管和水泵等设备；双碱法烟气脱硫工艺采用碱金属盐类如NaOH、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3等的水溶液吸收 SO2，然后在另一石灰反应器中用石灰将吸收 SO2后的溶夜再生、再生后的吸收液再循环使用，最终产物以硫酸钙和石膏形式析出。双碱法烟气脱硫工艺是石灰石（石灰）/石膏洗涤法的变形，克服了克服石灰石/石灰法容易结垢的缺点，提高了 SO2去除率。所以本方案选用“双碱法”工艺。双碱法是湿法中比较重要的工艺，具有脱硫除尘效率高，投资少，占地小，运行费用低等特点，非常适合中国国情。 3.1.3 废气处理工艺的确定废气处理工艺的确定根据该项目废气的温度，

10、废气的成分以及污染物浓度等的特点，治理方法应选用效果好、质量可靠、操作方便和运行费用低的工艺为宜。为此，处理工艺选用“喷淋沉降室喷淋沉降室+高效旋流板塔高效旋流板塔” 对废气进行脱硫除尘。废气经喷淋沉降室初步除尘和降温后、配备独立多级脱硫塔对其进一步除尘和脱硫治理，经处理后污染物指标达到工业炉窑大气污染物排放标准 （GB9078-1996）二级标准及地方环保要求。其处理工艺流程如图 1 所示。- 5 -图图 1 冲天炉废气处理工艺流程图冲天炉废气处理工艺流程图3.2 除尘原理除尘原理3.2.1 喷淋沉降室的除尘机理喷淋沉降室的除尘机理喷淋沉降室是构造简单的一种洗涤器，在喷淋沉降室内水通过喷嘴喷

11、成雾状，当含尘烟气通过雾状空间时，因尘粒与液滴之间的碰撞、拦截和凝聚作用，尘粒随液滴降落下来。根据气体与液体的流动方向，可分为顺流、逆流和错流三种型式。3.2.2 旋流板塔的除尘机理旋流板塔的除尘机理 烟气自脱硫除尘塔底部切向进入后，绕着底部的稳流柱旋转上升，利用离心力作用除去较大尘粒，然后变速通过流旋流板。在变速运动中，高速气流对碱液做激烈搅拌使水达到最佳的雾化质量(液滴直径 0.2mm)，从而使得烟气与碱液达到最大的接触面积。这样，较大的尘粒在离心力作用下被除去，较小的尘粒受到液滴的碰撞与拦截、冷凝，以及多次的布朗扩散等作用而凝并成较大的尘粒而被除去，此外，还有部分微小尘粒通过紊流、吸附、

12、凝聚、催化传质后被捕集，最后都流至塔底部再排至沉灰池。3.3 脱硫原理脱硫原理3.3.1 双碱湿法脱硫机理双碱湿法脱硫机理 脱硫是利用二氧化硫的特性，即酸性、溶解性、氧化性、还原性。而二氧- 6 -化硫溶于水后与碱反应的速度很快不需多加考虑。一般情况下，当冲天炉产生的烟气排入脱硫器，喷入一定量碱液时，碱液的雾化质量越好、脱硫效率越高。本脱硫除尘器独特的设计能使高速运动的气流对碱液作激烈的搅拌，产生涡流内循环，重复雾化，使碱液完全雾化，液滴粒径基本在 0.2mm 以下，达到最佳雾化质量，液雾与 SO2充分搅拌在一起，达到最佳的接触方式与接触面积，从而达到理想的脱硫效果。用碱性液洗涤含 SO2的气

13、体时，首先 SO2与水相互反应生成亚硫酸，部分亚硫酸水解生成 H-、HSO3-及少量的 SO32-离子。同时水中的碱则离解成 Na和OH-离子。生成 OH-离子时因下列反应而使 H+离子减少： SO2 H2SO3 H+ HSO3-OH- + H+ H2O H+减少的结果是使 HSO3-和 SO32-离子量增加，从而使溶液中未离解的亚硫酸和物理溶解的 SO2含量减少，因此继续从气体中吸收 SO2。 起初碱过剩时，SO2与碱反应生成正盐亚硫酸钠（Na2SO3） 。2NaOH + SO2 Na2SO3 + H2O 待至碱耗尽而继续从烟气中吸收 SO2时，则生成酸式盐亚硫酸氢钠（NaHSO3） 。Na

14、2SO3 + SO2 +H2O 2NaHSO3 亚硫酸氢钠与碱反应又再生出正盐亚硫酸钠。NaHSO3 + NaOH Na2SO3 + H2O 在运行过程中，不可避免地会发生副反应，即少量亚硫酸钠被氧化为硫酸钠（Na2SO4） 。2Na2SO3 + O2 2Na2SO4 喷淋后流入沉淀池时加入 Ca(OH)2，再生成 NaOH 和石膏等沉淀物Na2SO3 + Ca(OH)2 CaSO3 + 2NaOHNa2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2NaOH - 7 - 亚硫酸钠的氧化率与烟气中的氧含量、烟尘杂质种类及循环液浓度、PH 值高低等有关。 系统在正常运行时，脱硫操作是在吸收再生中循

15、环进行，由此可见，循环液是由 Na2SO4- Na2SO3- NaHSO3组成的溶液体系，溶液中的 Na2SO3与NaHSO3的浓度和比例是影响吸收率的关健因素。其中有脱硫能力的成份是Na2SO3。在不断吸收 SO2生成 NaHSO3过程中，表现为循环液 PH 值逐渐下降，循环液面上的二氧化硫分压 PSO2逐渐升高，脱硫能力逐渐降低。为了恢复循环液的吸收能力，必须再生 Na2SO3。为此，按需要的碱量投入 PH 调节槽，调节循环液的 PH 值，即可再生出 Na2SO3。 当循环液中的 Na2SO3全部变为 NaHSO3，继续吸收 SO2时，不可能再起化学反应，此时仅因 SO2对该溶液的溶解度关

16、系而溶解于溶液中并达到饱和，循环液 PH 值急剧下降，循环液面上的二氧化硫分压 PSO2急剧升高，吸收过程无法进行。因此，循环液的 PH 值必须控制。Na2SO3、NaHSO3和 Na2SO4在水中的溶解度随温度变化而变化，除 NaHSO3随温度升高而增加外，其余两种都是在 40时溶解度最大，然后随着温度的升高而减少。通常，循环液的温度可升至 6065。当循环液浓度较高时，NaHSO3在循环液的温度下处于不饱和状态，而当投入 Ca(OH)2再生 NaOH 时，由于 CaSO3溶解度较少，达到饱和并结晶析出，从而使水平中的 SO32-浓度下降，达到循环水再吸收 SO2的效果。但是因为分压问题，还

17、是需要定时换水，保持循环水喷淋脱硫除尘的效果。 吸收了 SO2、SO3和 NO2的碱液在塔外混合池中用第二碱石灰或石灰石再生 NaOH，生成的 CaSO3和部分 CaSO4在池内沉淀，上清液返回吸收系统循环使用：2NaHSO3+CaCO3Na2SO3+CaSO31/2H2O+CO2+1/2H2O2NaHSO3+Ca（OH）2Na2SO3+CaSO31/2H2O+3/2H2O2Na2SO3+Ca（OH）2+1/2H2O2NaOH+CaSO31/2H2O2CaSO3+O2+4H2O2CaSO42H2ONa2SO4+Ca（OH）2+2H2O2NaOH+CaSO42H2O- 8 -3.3.2 双碱脱硫

18、工艺特点双碱脱硫工艺特点1）用 NaOH 脱硫，循环水基本上是 NaOH 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。2）吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀发生在塔外，这样避免了塔内堵塞和磨损，提高了运行的可靠性，降低了操作费用；同时可以用高效的板式塔或填料塔代替空塔，使系统更紧凑，且可提高脱硫效率。3）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。4）对脱硫除尘一体化技术而言，可提高石灰的利用率。5）NaSO3氧化副反应产物 Na2SO4较难再生，需不断的补充 NaOH 或 Na2CO3而增加碱的消耗量。另外，Na2SO

19、4的存在也将降低石膏的质量。3.4 设备脱硫除尘工艺特点设备脱硫除尘工艺特点 考虑经济成本，本方案采用麻石旋流板塔式多层脱硫器脱硫。由于高温烟气冷却后再经多级脱硫效果更佳，烟气排放达标更有把握。麻石脱硫除尘器性能特点：麻石是花岗岩的一种，属于天然石材，具有硬度高、耐磨损、耐风化、耐腐蚀的特点，用麻石砌块砌筑的脱硫除尘器，经久耐用、耐酸雾腐蚀等特点。其主要不足之处在于塔体重，对基础要求较为严格，容易因基础不稳定、安装过程控制不当以及高温等因素而发生开裂渗漏现象，导致内部结构产生松动或者变位，从而致使对脱硫效果产生影响。因其材质较重，其内部构造维护维修方面也较为困难。- 9 -4 废气处理工程系统

20、设计废气处理工程系统设计4.1 废气脱硫除尘系统组成废气脱硫除尘系统组成根据该项目处理废气的废气浓度、废气成分、负荷变化的特点，选用效果好、质量可靠、操作方便和运行费用低的“喷淋沉降室+高效旋流板塔”工艺。4.1.1 喷淋沉降室喷淋沉降室在喷淋沉降室内水通过喷嘴喷成雾状，当含尘烟气通过雾状空间时，因尘粒与液滴之间的碰撞、拦截和凝聚作用，尘粒随液滴降落下来。这种除尘器构造简单、阻力较小、操作方便。其突出的优点是，可以处理含尘浓度较高的烟气而不会导致堵塞。又因为它喷淋的液滴较粗，所以不需要雾状喷嘴，这样运行更可靠，喷淋沉降室可以使用循环水，直至洗液中颗粒物质达到相当高的程度为止，从而大大简化了水处

21、理设施。4.1.2 旋流板高效脱硫塔旋流板高效脱硫塔 旋流板高效脱硫塔由主塔和副塔组成。烟气自脱硫除尘塔底部切向进入主塔后，绕着底部的稳流柱旋转上升，利用离心力作用除去较大尘粒，然后变速通过流旋流板。在变速运动中，高速气流对碱液做激烈搅拌使水达到最佳的雾化质量(液滴直径 0.2mm)，从而使得烟气与碱液达到最大的接触面积，从而对烟气进行脱硫，然后经顶部塔顶短道进入副塔进行除雾处理，最终从副塔底部经引风机从烟囱排向大气。这样，使得烟气在高效脱硫塔中达到脱硫除尘的目的。4.1.3 循环水池系统循环水池系统 循环水系统包括有 1#沉灰池、2#沉灰池、循环池。喷淋沉降室的喷淋水排入 1#沉淀池进行灰水

22、分离，上清液由水泵抽往喷淋沉降室进行喷淋除尘。高效旋流板塔中脱硫除尘喷淋水先排至沉灰池沉淀使灰水分离，灰水沉淀后上清液再进入循环池，使酸性上清液与新加的碱液充分混和 PH 值达到 11 以上，这样就能达到最佳的脱硫效果。由循环水泵抽至脱硫除尘器进行喷淋脱硫，实现水的循环。沉灰池内的底泥定期外运处理。循环过程中由于液体的蒸发和会有少理 Na2SO4和 NaNO3的生成，因而不可避免地会有钠的损失，必须定期往循环- 10 -池中加入少量的碱，以补充钠的损失。4.2 废气处理工艺设计废气处理工艺设计4.2.1 喷淋沉降室设计喷淋沉降室设计喷淋沉降室起初步除尘和降温的作用，分前后两室，前室的喷淋水由自

23、来水提供，后室的喷淋水由沉淀池的上清液循环使用。根据废气特点，喷淋沉降室的设计工艺尺寸采用：4m3.5m2.5m；采用砖混或钢混；气水比：1:3；喷淋水量：喷淋沉降室前室为 35m3/h，喷淋沉降室后室为 15m3/h；水泵采用 Q=15m3/h、N=2.2kw 的不锈钢泵。4.2.2 脱硫除尘塔设计脱硫除尘塔设计高效旋流板塔是整个废气处理系统关键的处理单元。废气中大部分粉尘都将在此阶段去除。高效旋流板塔中喷淋的碱液用于净化去除废气中的 SO2，使废气经处理后能够达标排放。根据计算高效脱硫除尘塔的尺寸为：塔高 7500mm；主塔内径 1200mm；副塔内径 800mm。设备基础：4m2m0.5

24、m。喷淋水量为 20m3/h，水泵采用Q=20m3/h、N=2.2kw 的不锈钢泵。 高效脱硫除尘塔结构：由麻石塔体、填料支架、气体分布柵版、填料、喷淋液输送和旋流板装置和除雾装置等组成。 脱硫除尘塔主体采用采用麻石结构，防渗处理，要求密闭不漏气。液体管道采用 PVC-U 材质；水泵采用不锈钢材质；设备安装支架采用钢结构，防腐处理。脱硫除尘塔配套引风机用于抽取冲天炉产生的废气进入废气处理系统。废气处理系统引风机选用 Q=14000m3/h，风压 2500Pa，N=11kw。4.2.3 循环水系统设计循环水系统设计循环水池系统包括 1#沉灰池、2#沉灰池、循环池，根据废气处理系统的喷淋用水量，循

25、环水系统的设计参数为：1#沉灰池 4m2.5m2.5m、2#沉灰池4m2.5m2.5m、循环池 2m1.5m2m、污泥泵选用 Q=10m3/h、N=0.75kw 的不锈钢泵。- 11 -4.2.4 流程简介流程简介冲天炉废气经烟管输送汇至喷淋沉降室进行初步除尘、降温处理。经喷淋沉降处理后的烟气沿切线方向进入主塔底部，在塔内经脱硫除尘后，自塔顶短烟道进入副塔，进一步除雾后通过烟囱高空排放。喷淋沉降室前部分喷淋液从自来水管直接提供，沉降室的后室喷淋液由 1#沉灰池的上清液循环使用，加碱调节后的喷淋液从高效脱硫除尘塔顶部进入，在旋流塔板上分散成雾滴与烟气充分接触后，从主塔底部经明渠流入 2#沉灰池，沉降到泥斗。沉淀池出水流回循环池，在池内调节 PH 值后用喷淋泵打回主