3×160th垃圾焚烧炉循环流化床半干法烟气脱硫方案设计

3x160t/h垃圾焚烧炉循环流化床半干法烟气脱硫方案设计摘要：本文根据某垃圾焚烧厂3x160t/h垃圾焚烧厂锅炉具体情况，进行了循环流化床半干法烟气脱硫工程的工艺设计。本工艺利用原有的静电除尘器作为预除尘系统，采用“一电场预除尘+循环流化床半干法烟气脱硫+布袋除尘器”的工艺流程，采用一炉一塔设计，单塔塔径3.1m，塔高22m。脱硫时，设计处理量约为260000Nm3/h。预计脱硫效率90%，SO2排放浓度S80mg/Nm3，烟尘排放浓度S20mg/Nm3。关键词：烟气脱硫；循环流化床半干法；方案设计。SDFGDengineeringdesignprogramfor3x160t/hwasteincinerationboilerAbstract:Inthispaper,accordingtothe3x160t/hwasteincinerationplantboilerofafactory,aprocessdesignofthecirculatingfluidizedbedsemi-dryfluegasdesulfurizationprojectisproposed.Inthisprogram,theoriginalelectricfieldisretainedasapre-precipitatorelectrostaticprecipitators,andtheprocesscanbedescribedas“apre-electricdust+SDFGD+bagfilter”.Thedesignisusedtheone-boiler-and-one-towerprocess.Thesingletowerdiameteris3.1m.It,sheightis22m.Thecapacityisdesignedfor260000Nm3/h.Desulfurizationeffectisexpectedto84%.SO2concentration<80mg/Nm3,dustemissionconcentrations20mg/Nm3.Keywords:fluegasdesulfurization;circulatingfluidizedbedsemi-dryfluegasdesulfurization;designprogram.1引言设计背景和意义我国是燃煤大国，连续多年SO2排放总量超过2000万3已成为世界上最大的SO2排放国。烟气脱硫是控制SO2排放最有效、最经济的手段。目前，我国大型火电厂烟气脱硫主要采用国外应用较成熟、业绩较多的石灰石/石膏湿法工艺，但由于湿法工艺系统复杂、投资较大、占地面积大、耗水较多、运行成本较高。而国内诸多中小型企业迫切需要投资少、运行成本低、效率高的脱硫技术。德国鲁奇能捷斯集团(LLAG)公司在上世纪70年代末率先将循环流化床工艺用于烟气脱硫，开发了一种循环流化床烟气脱硫工艺(CirculatingFluidizedBedFlueGasDesulfurization，简称CFB-FGD；)。经过近30年的不断改进(主要是在90年代中后期），解决负荷性、煤种变化、物料流动性、可靠性、大型化应用等方面的技术问题［1］。近十余年来，CFB-FGD已经成为我国中小型锅炉烟气脱硫的重要技术。目前主要可以从2个方面体现对SO2排放的控制，一方面是从控制燃烧源头的，国家环境保护总局［2002］26号文件规定：“各地不得新建煤层含硫分大于3%的矿井。对硫含量大于3%的煤矿厂，进行关闭处理；对硫含量大于3%的大煤矿厂，实行限产。”另一方面对燃煤设备使用烟气脱硫技术，工艺技术可以分为三大类，即燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫，目前控制燃煤电厂二氧化硫排放最有效和应用最广的技术是燃烧后脱硫即烟气脱硫［2］。技术现状和分析国内外烟气脱硫技术简介和现状目前，世界上燃煤锅炉烟气脱硫的工艺繁多，按脱硫方式和产物的处理形式一般可以分为湿法，干法和半干法三类。（1）湿法烟气脱硫工艺（WFGD工艺）湿法脱硫技术是目前国内外应用最广的烟气脱硫方式。它是用液态吸收剂来洗涤工业燃气、烟气以吸收其中的污染大气的主要产物二氧化硫（SO2）的。工艺过程呈湿态，优点是设备简单，吸收剂利用率高，脱硫效率高，单位处理能力大，适用于大型热电厂，运行费用较低。但也存在着系统有腐蚀性，一般占地面积较大，一次投资费用较高的欠缺。因此，国内外在大型化装置建设前期，均十分注重工艺方案的可行性研究，方案多多，涉及面多多，不仅从单纯的工艺技术角度选择，亦从诸如燃煤煤质、企业的技术更新能力、工厂占地、当地的资源配备、对当地和后来的环境因素影响尤为重要的是技术经济指标及国家对节能减排的强制性政策认定，都是需要认真研究与选择的，而选择一种资源利用率高（指SO2）、过程无新的废物产生，过程产品或副产品的附加值［3］。比较常用的方法有石灰石/石膏法，氧化镁法，海水法，双碱法和氨法等。石灰石石膏法的工艺特点为：工艺完全成熟，运行安全可靠，设备利用高，吸收剂资源丰富，成本价低，对高硫煤脱硫效率达90%以上。对硫资源循环来看，该工艺的脱硫产物石膏附加值较低，有时甚至可视为抛弃物，对厂的环境恶劣。加上消耗大，工艺设备易堵塞、腐蚀与磨损，都应引起国人对它的应用性质疑。国内装置大多采用之，未来的环境影响，令人担忧。国外的传统装置有多套在运行，且已发展为第三代并在不断的改进之中，国内引进多数重复建设，是否符合国情，值得商榷。海水脱硫工艺特点是脱硫效率高，可达90〜99%；不添加其他化学药品，没有固体废物和其他化学品废物产生。该系统简单，运行可靠，投资费用低。经长期生物鉴定试验，排出物于海水对海洋环境没有实际影响。没有产物经济费用的充抵。EL对硫而言，这种工艺属资源抛弃型。但该法仅限于沿海地区应用。氨法脱硫基本无废水、废渣产生，由副产品作为化肥成生产化肥之原材料，其形式为属于资源利用型。但由于氨和氨类产品做吸收剂，价格上太高，经济性差，且副产品化肥也存在附加值低、市场销路不畅、甚至应用受阻，都是它的缺点。（2）干法烟气脱硫工艺（DFGD工艺）干法烟气脱硫技术是指脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行的烟气脱硫技术。近年来，和其他烟气脱硫技术一样，干法烟气脱硫技术也发展了多种工艺，主要可以分为：①吸收剂喷射技术，包括炉内喷钙、管道喷射、混合喷射等；②电法干式脱硫技术，包括高能电子活化氧化法（电子束照射法、脉冲电晕、等离子体法）、荷电干粉喷射脱硫、超高压脉冲活化分解法等；③干式催化脱硫技术，如干式催化氧化法、烟气直接催化还原法。相对其他FGD系统，干法烟气脱硫技术具有下述优点：①无污水和废酸排出、设备腐蚀小、烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散；②投资省、占地少，适用于老电厂烟气脱硫改造；较宽的脱硫率范围使其具有较强的适应性，能满足不同电站对烟气脱硫的需要；③易于国产化，运行可靠，便于国内电厂的应用和维护管理。干法脱硫工艺的主要问题在于脱硫率低、脱硫反应速度较慢、设备庞大等弊端［4］。干法脱硫工艺是治理含SO2烟气较好的方法之一大多数情况下，它排出的干灰没有污染，可以作为建筑材料，其主要成分为CaCO3、CaSO4以及未反应的吸收剂，加水后发生固化反应，固化后的屈服强度可达15〜18N/mm2,渗透率约为3x10-11,压实密度为1.28ms,强度与混凝土接近，渗透率与粘土相当。因此非常适合用于矿井回填、制作建筑材料等［5］。(3)半干法烟气脱硫工艺(SDFGD工艺)半干法烟气脱硫利用雾化的乳状吸收剂与烟气中的SO2反应，同时利用烟气自身的热量蒸发吸收液的水分，使最终产物为干粉状。该技术综合了湿法和干法烟气脱硫技术的优点，与湿式石灰石/石灰-石膏法烟气脱硫相比，投资省、工艺简单，能耗仅相当于湿式烟气脱硫技术的25%，而且无腐蚀、结垢等问题。当钙硫摩尔比为1.2时，脱硫效率达80%以上［6］。半干法可分为旋转喷雾干燥烟气脱硫技术(SDA)、循环流化床烟气脱硫技术(CFB-FGD)、回流式循环流化床烟气脱硫技术(RCFBFGD)和气体悬浮吸收法烟气脱硫技术(GSA)。其中循环流化床半干法烟气脱硫的技术较为成熟，应用较广泛。SDA的优点是石灰浆液雾化非常细，分布均匀，化学反应接触面积大，反应速度快，脱硫效率在70%〜90%。不足之处是旋转雾化器材质要求高，变速装置结构复杂、易磨损、腐蚀，需要经常维修更换，难于国产化；脱硫剂纯度要求高，较湿法脱硫工艺高出20%〜50%；投资运行费用偏高，一次性投资占电厂总投资的8〜12［6］。CFB-FGD的特点是在流化床内固体颗粒物与烟气之间的相对速度较大，床内传热、传质十分强烈，使脱硫剂充分反应；同时，通过脱硫剂的多次再循环，使脱硫剂与烟气接触时间增加，提高了脱硫剂的利用率。如向流化床内喷入一定量的增湿水时，其脱硫效率显著增加，在钙硫摩尔比为1.2〜1.5时，脱硫效率达90%以上。该技术工艺流程简单、占地少、投资省、脱硫效率高［6］。GSA工艺的特点如下：(1)大量干态固体颗粒物在反应器中高倍率循环，作为反应介质在反应器内参与反应，提高了脱硫剂的利用率；(2)系统在近绝热饱和温度下安全运行；(3)在湍动床内附着在固体颗粒物表面的石灰浆与含SO2烟气间的传热、传质得到强化；(4)只需简单的两相流喷嘴向反应器内喷射石灰浆。因此该技术工艺简单，脱硫效率较高。当钙硫摩尔比为1.2〜1.4时，脱硫效率达90%以上，运行过程中不会因系统内固体颗粒粘结而停止运行［7］。(4)国内外烟气脱硫现状欧洲和美国等发达国家由于其国力雄厚，对环保比较重视，早在七十年代，对火力发电厂烟气中SO2的排放指标就有严格的要求。相应地出现了第一代烟气脱硫技术和装置。随着环保标准的提高和脱硫技术的发展，目前发达国家已发展到第三代烟气脱硫技术和装置。第三代FGD技术的特点为：①主流湿法工艺趋于完全成熟，脱硫率可达95%以上，采用就地强制氧化和单塔两段吸收技术，过程操作与控制采用PLC或DCS等现代技术，实现全自动参数采集和处理、模拟量调节以及程序、逻辑控制，不仅降低了能耗，提高系统的可靠性，而且降低了工程投资。在大型电厂应用时，其经济性更加突出。②系统可用率高，一般不低于95%。③广泛开拓副产品回收利用的资源化途径和市场，脱硫成本进一步降低。④各种市场前景看好的新工艺在工程实践中不断发展。FGD技术经过30多年的发展，尽管各国国情差异采取的技术路线不尽相同，但从总体上讲，世界范围内始终是湿法工艺占绝对优势，特别是石灰/石灰石湿法工艺是公认的FGD传统技术和主流工艺。我国的FGD技术研究起步较晚，与国外发达国家的差距较大。为加快我国FGD技术研究和加快改善我国SO2污染状况，我国FGD技术正朝着引进、吸收、消化的路线发展，在引进、吸收、消化过程中既吸取国外先进技术，又要结合我国国情，走出一条适合中国国情的烟气脱硫处理的技术路线［7］。半干法与湿法的技术经济比较表1-1半干法与湿法技术经济比较半干法湿法煤种中、低硫煤种煤种广硫钙（Ca/S）硫钙比一般为1.3-1.5。硫钙比为1.01-1.05。脱硫效率稳定运行一般在80%左右。一般在95%以上。耗电量机组容量的0.5%〜1.0%,脱硫效率在80%左右时，为0.6%左右；当脱硫效率＞90%时，耗电量上升很快，将达到1%左右［8］。机组容量的1.0%〜1.5%水水质要求高，无废水排出。耗水量大，水质要求不高，有少量废水排放。吸收剂的要求氧化钙的纯度要＞90%,并且需要很高的活性，否则将影响装置脱硫效率和正常运行。纯度要求不高，达不到要求时，仅影响脱硫副产品石膏的质量。副产品利用用于填坑、铺路，或作为墙体建筑材料等。脱硫石膏质量优于天然石膏，可综合利用，应用价值较高。设计目标与基本思路设计目标表1-2设计目标序号名称数值1设计烟气脱硫效率＞90%2二氧化硫排放浓度＜80mg/m33烟尘排放浓度＜20mg/m3设计基本思路首先，根据设计参数及设计指标可知，设计烟气脱硫效率为90%，烟气二氧化硫初始浓度为800mg/m3，再结合单台锅炉160t/h出力，260000Nm3/h设计烟气量，本着经济合理的原则，本工程拟采用半干法烟气脱硫工艺。其次，在半干法中，循环流化床的工艺较为成熟，并且运用广泛，脱硫效率较高。再次，经过市场考察后发现该地生石灰产量较大，纯度高且价格较低，故本工程使用生石灰为原料，通过消化器消化为消石灰作为吸收剂吸收二氧化硫。此外，虽然CFB-FGD需一定灰量参与反应，且在吸收塔下游设有布袋除尘器除尘，但吸收塔入口烟尘量过大，易引起喷嘴堵塞，故在吸收塔上游设置“一电场”电除尘器，作为预除尘系统。综上所述，本方案设计工艺流程为：锅炉一静电预除尘器-CFB脱硫吸收塔一布袋除尘器一引风机-烟囱。根据该项目的具体情况拟定脱硫系统以文丘里吸收塔作为吸收设备，采用循环流化床半干法脱硫工艺对烟气进行脱硫处理，使烟气达标排放。2工程概况项目概况某垃圾焚烧厂一期3台160t/h锅炉烟气系统目前配置流程为：锅炉+电收尘器+引风机+烟囱。锅炉平均燃煤量为：10T/（小时.台）。根据环保部门的实测值，最大烟气量305347Nm3/h，最小为214613Nm3/h，综合考虑，设计值取264189Nm3/h（单台）。设备使用的环境及现状气象地质条件该地地处陕晋黄土高原，属暖温带大陆气候，受季风影响，一年四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。据河津气象站1972〜1997年二十六年统计资料，摘录如下：气温绝对最高温度42.5℃绝对最低温度一19.9℃年平均温度13.2℃最热月（7月）平均温度26.4℃最冷月（1月）平均温度一8℃风向及最大风速全年主导风向为东风，频率为12%全年次主导风向为西北风，频率为8%夏季主导风向东风冬季主导风向西北风最大风速西北风，24m/s年平均风速2.3m/s全年静风频率38%降雨量及积雪深度年最大降雨量731.9mm年最小降雨量310.7mm年平均降雨量491.6mm一昼夜最大降雨量122.9mm一次降雨时间及雨量14天，119.6mm最大积雪深度＜150mm最大冻土深度610mm湿度及日照年平均相对湿度60%最小相对湿度0%夏季平均相对湿度65%冬季平均相对湿度51%年日照平均百分率54%年平均日照时数2377.6小时年平均雷暴日数26.3天年平均沙暴日数6.5天气压最大水气压38.1Kpa最小水气压0.0Kpa平均水气压11.0Kpa厂区所在地区为黄河东岸的二阶台地，高程一般在400〜440米之间。一期厂区集中布置在放马滩，地形较为平坦，平均坡度为1%,个别地段在3〜5%。二期厂区向东延伸，其总仓库区标高已达到450米。厂区北就有一条遮马峪大沟通向黄河，其沟深为25〜30米，宽500〜1000米。该大沟上游西口修筑了引洪灌溉水利工程，当西口超过40m3/s时才向下游排放。候西铁路遮马峪桥址处，折算百年一遇洪水位为386.4米。在厂区西南8公里处，汾河与黄河汇合。据交通大桥局的资料介绍，黄河禹门口大桥桥址处，历史最高洪水为386.685米，最低洪水位为371.8米，按百年一遇洪水位推算为388.25米，厂区所有场地均不受洪水威胁。现场运行条件①脱硫剂：纯度92%的CaO；②工艺水：澄清水、＜40℃；③压缩空气：压力M.5MPa,压缩空气应洁净干燥无油无尘。设计参数①单台锅炉的设计参数：表2-1单台锅炉设计参数序号项目设计参数1锅炉蒸发量160t/h2燃煤量10t/h3烟气量264189Nm3/h4出口烟气温度170℃5出口SO2浓度800mg/Nm36含尘量26000mg/Nm3②燃煤特性：表2-2160t/h循环流化床锅炉燃煤特性（单台）序号项目设计煤种试验结果校核煤种试验结果引用标准备注全水分Mt%7.508.00GB/T211-1996收到基分析水Mad%1.962.09GB/T212-2001空气干燥基灰分Aar%33.0035.30GB/T212-2001收到基挥发分Var%11.1510.90GB/T212-2001收到基挥发分Vdaf%18.7419.23GB/T212-2001干燥无灰基固定碳FCar%48.3545.80GB/T212-2001收到基碳Car%52.1449.44ISO/TS12902：2001收到基氢Har%2.402.27ISO/TS12902：2001收到基氧Oar%2.181.62GB/T476-2001收到基氮Nar%0.680.67ISO/TS12902：2001收到基全硫St.ar%2.102.70GB/T214-1996收到基高位热Qgr.adMJ/kg21.5720.74GB/T213-2003空气干燥基低位热值Qnet.arMJ/kg19.6818.84GB/T213-2003收到基2.2.4设计指标采用一炉一塔脱硫方式。脱硫装置脱硫效率＞90%，烟气SO2排放浓度S800mg/Nm3；烟尘排放浓度S20mg/Nm3。2.3设计要求1）GB18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》；2）设计该净化设施的烟气输送系统和脱硫系统；3）设计计算选择反应器主要参数与画出主要部件示意图；4）计算选择风机、配套装置、供电系统、管道设计等；5）绘制设计脱硫系统的平面布置图、立面图与系统工艺流程总图；6）要求参数选择有根据、合理，设计步骤与计算正确。2.4设计原则针对本次锅炉烟气脱硫工程，依据国家相关环保标准和业主的要求，确定如下设计原则：（1）满足环保要求，烟气脱硫效率＞90%，SO2排放达到地方环保部门要求；（2）采用高效布袋除尘器，烟尘排放浓度小于20mg/m3；（3）确保系统安全、稳定运行；（4）不造成二次污染；（5）在保证技术指标的前提下努力降低工程造价；（6）综合考虑脱硫副产品的储运、销售等情况；（7）整个系统设计紧凑，布局合理；（8）保证电厂可靠运行，脱硫除尘系统启停都不影响电厂的正常运行；（9）按照3套装置设计，同时考虑逐台实施，不影响其它运行锅炉；（10）考虑粉煤灰的综合利用，提高脱硫系统的经济性。3处理工艺流程选择处理工艺流程的依据半干法工艺的简介①喷雾干燥烟气脱硫技术旋转喷雾烟气脱硫是利用喷雾干燥的原理，将吸收剂浆液雾化喷入吸收塔。在吸收塔内吸收剂在与烟气中的二氧化硫发生化学反应的同时，吸收烟气中的热量使吸收剂中水分蒸发干燥。旋转喷雾烟气脱硫反应过程包含有4个步骤，即吸收剂制备、吸收剂浆液雾化、雾化浆液和烟气混合，吸收二氧化硫并被干燥、废渣排出。旋转喷雾烟气脱硫工艺一般用生石灰（主要成分是CaO）作吸收剂。生石灰经熟化变成具有较好反应能力的熟石灰［主要成分Ca（OH）2］浆液。熟石灰浆液经装在吸收塔顶部高速旋转的雾化器喷射成均匀的浆滴，其直径可小于100pm且具有很大表面积的分散微粒，一经与烟气接触，便发生强烈的热交换和化学反应,迅速地将大部分水分蒸发，浆滴被加热干燥成粉末后，随烟气进入除尘器［9］。②管道喷射烟气脱硫技术管道喷射技术的主要特点是在空气预热器和现有的ESP或布袋除尘器之间喷入钙基或钠基吸收剂，该技术以其低投资、低能耗、安装简单、易于改造、没有废水排出等优点，已在美国燃煤电站得到商业应用，但是也暴露出很多问题，需要解决［10］。③循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备吸收塔、吸收剂再循环、除尘器、副产物处置以及仪表控制系统等6部分组成。其中吸收塔是烟气脱硫工艺的核心，它可以设计成内循环流化床和外循环流化床两种方式。除尘器可采用旋风除尘器，也可采用静电除尘器或布袋除尘器，其主要的作用是回料。一个典型的循环流化床烟气脱硫系统由预电除尘器、吸收剂制备、脱硫塔、脱硫灰再循环、注水系统、脱硫除尘器以及仪表控制系统等组成。该技术是一种高效脱硫工艺，该技术具有很多优点：①工艺成熟，流程简单，操作方便，可靠性高，适于各种含硫煤种；②占地面积小，基建投资省，不需专职人员进行操作和维护，电耗小、运行费用低；③无喷浆系统及浆液喷嘴，只有适量的水喷入，脱硫产物为干态而且无废水排放；④脱硫效率高，可达95%以上；⑤由于床料参与循环，新鲜石灰在反应器的停留时间长，石灰利用率高；⑥适应锅炉负荷变的变化；⑦净化后的烟气温度在露点以上，不必再加热也不会对尾部烟道及烟囱产生腐蚀；⑧能同时有效脱除氯化物和氟化物等有害气体［11］。处理工艺的选择根据设计参数及设计指标可知，设计烟气脱硫效率为90%，二氧化硫浓度为800mg/m3，结合单台锅炉160t/h出力，264189Nm3/h设计烟气量，本着经济合理的原则，本工程拟采用半干法烟气脱硫工艺。除此之外，在半干法烟气脱硫技术中，SO3、HCl、HF等酸性气体也会被同时与消石灰反应而去除，且SO3和HCl的脱除效率更是高达95%以上，远大于湿法脱硫工艺的去除率［12］。目前，燃煤锅炉烟气的脱硫要求越来越高，根据《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011》，重点地区的SO2的排放浓度要低于50mg/Nm3。对于半干法脱硫技术来说，难以达到燃煤锅炉所需的脱硫要求。但是目前的垃圾焚烧厂排放的SO2的初始浓度较低，所以要求的脱硫效率相对较低，采用半干法可以达到其所需的脱硫要求。除此之外，半干法对焚烧垃圾所产生HCl，HF等酸性气体有较高的去除率。所以，在本方案中选用半干法不失为一种比较合理的选择。在半干法烟气脱硫工艺中，循环流化床烟气脱硫工艺的技术最为成熟，且脱硫效率较高。因此本次方案中采用CFB-FGB工艺。循环流化床半干法脱硫工艺采用气悬浮吸收法，利用循环流化床强烈的传热和传质特性，在吸收塔内加入石灰等脱硫剂，用高速气使脱硫剂流化态从而与烟气强烈混合接触，烟气中的酸性污染物与脱硫剂中和、固化从而达到净化烟气的目［13］。为了要在吸收塔内形成流化状态，烟气进入吸收塔的流速是一个重要的参数，而且受烟气量的控制，故锅炉负荷变化很大的情况不适宜使用该种工艺。为了弥补锅炉非满负荷运行的工况下的烟气量，在本系统中设计了净烟气回流烟道，且必须采用一炉一塔的布置。经过市场考察后发现该地生石灰产量较大，纯度高且价格较低，故本工程使用生石灰为原料，通过消化器消化为消石灰作为吸收剂吸收二氧化硫。此外，虽然CFB-FGD需一定灰量参与反应，且在吸收塔下游设有布袋除尘器除尘，但吸收塔入口烟尘量过大，易引起喷嘴堵塞，故在吸收塔上游设置“一电场”电除尘器，作为预除尘系统［14］。综上所述，本方案的工艺流程如下图所示：图3-1循环流化床工艺流程图主体处理单元的确定CFB-FGD工艺原理的介绍烟气首先进入循环流化床半干法(CFB)烟气脱硫系统。该技术主要是根据循环流化床理论和喷雾干燥原理，采用悬浮方式，使吸收剂在吸收塔内悬浮、反复循环，与烟气中的SO2等酸性气体充分接触、反应来实现脱除酸性气体及其它有害物质的一种方法。化学过程：增湿的烟气与喷入的吸收剂混合，烟气中的二氧化硫和少量的三氧化硫与Ca(OH)2反应生成亚硫酸钙和硫酸钙，部分亚硫酸钙与烟气中的过剩氧气反应生成硫酸钙［15］。反应如下：生石灰与水滴结合产生的水和反应：SO2液滴吸收的反应：Ca(OH)2和H2SO3的反应部分CaSO3.1/2H2O被烟气中的O2氧化烟气中的CO2、HCl和HF等酸性气体同时也被Ca(OH)2脱除，总的反应式如下：CFB-FGD系统组成①预除尘静电除尘器系统预除尘静电除尘器系统来自锅炉的烟气首先进入一电场静电除尘器，烟气中的粉尘在电场电荷的作用下被除去，净化后的烟气经烟道进入脱硫塔，收集下来的粉煤灰灰储存在灰斗，经仓泵输送至粉煤灰库存储(周转)外运。图3-1预除尘静电除尘器示意图②烟气脱硫塔及烟道系统烟气脱硫塔及烟道系统脱硫塔及烟道系统主要包括脱硫塔、双流体喷嘴及相关连接烟道。锅炉产生的烟气经过预除尘器，经由吸收塔底部进入吸收塔进而脱硫，从吸收塔顶部出来进入脱硫除尘器，流出后引风机排往烟囱。工艺水由双流体雾化喷嘴雾化后喷入脱硫塔，以很高的传质速率在脱硫塔中与烟气混合，起到活化反应离子的作用，同时降低塔内温度，促进反应进行。活化后的氢氧化钙颗粒以很高的传质速率与烟气中的SO2等酸性物质混合反应，生成CaSO4和CaSO3以及CaCl2等反应产物。这些干态产物小部分从脱硫塔塔底排灰口排出，绝大部分随烟气进入布袋除尘器。双流体喷嘴的供水由水泵提供，供气由独立贮气罐供给，水泵用水由水箱供给。水箱供水由工业水源提供。为保证良好的雾化效果，每只喷嘴由一台水泵单独供水。水、气源由业主提供。图3-2吸收塔示意图③布袋除尘器系统当脱硫反应后的含尘气体由脱硫塔进入布袋除尘器进风口，与导流板相撞击，在此沉降段内，粗颗粒粉尘掉入灰斗，起到预收尘的作用。考虑到循环流化床的特性和脱硫除尘效率的要求，布袋除尘器内部结构上增设了沉降室，进一步加强预收尘的作用，保证布袋除尘器安全运行。脱硫除尘器采用除尘效率高、对粉尘特性不敏感的布袋除尘器。方案配置的脱硫除尘器为离线脉冲布袋除尘器。该系统采用“离线脉冲反吹清灰”的清灰方式。清灰方式为‘离线脉冲反吹清灰”，以“定时清灰”和“差压清灰”两种方式控制清灰，采用优先控制原则，时间到，定时清灰优先；差压到，差压清灰优先。定时清灰：当清灰时间到，布袋除尘器将自动清灰，清灰结束后，重新计时；定压清灰：当布袋除尘器进出口压差达到设定值1500Pa（可根据调试情况调整），布袋除尘器将自动清灰，清灰结束后，重新计时。布袋除尘器本体设有旁路烟道，当温度或差压超过设定值时，旁路自动运行，以保证系统安全平稳工作。除尘器的底部灰斗中的灰部分经平底流化仓流化送至反应塔重新反应或排出去脱硫灰库。考虑到烟气的组分特殊，酸露点较高，故在除尘器流化仓上设有电加热保温，在冷态情况下启动或在温度低于设定值时使用，保证布袋除尘器本体内壁不至于出现酸结露，在锅炉正常运行的条件下加热器关闭。烟气经布袋除尘器除尘后，经烟道进入引风机后被排入大气。本系统保证出口粉尘浓度S30mg/m3，阻力S1500Pa。图3-3布袋除尘器系统④物料循环系统灰循环系统为提高吸收剂的利用率及脱硫效率，保证脱硫系统正常运行，本系统中设有灰循环系统。根据脱硫塔中烟尘的浓度和脱硫效率来调节循环倍率。布袋除尘器灰斗中的灰经平底流化仓流化后分两部分输送：一部分为循环灰，经星型给料机输送至脱硫塔内，与烟气充分混合继续参加反应，循环利用；另一部分为外排灰，进入仓泵，由仓泵输送至灰库存储外排。星形给料机采用变频控制，可调节循环灰的量。图3-4物料循环系统示意图⑤吸收剂制备、储存与运输系统吸收剂的制备采用购买的氧化钙在厂内消化为消石灰进行使用。消化器选用生石灰干消化器。吸收剂储存设备主要为储粉仓，包括1个生石灰仓，1个消石灰仓和3个缓冲仓。生石灰由厂外运至厂内，通过车载压缩空气仓泵输送到储粉仓，通过储粉仓下部出口的螺旋给料机送入生石灰干消化器，经消化后送入消石灰粉仓。由于脱硫岛内两塔的布置，为了减少吸收剂至反应塔的直接运送距离并保证吸收剂的供应，再通过仓泵将消石灰仓内的吸收剂分别送入三个消石灰缓冲仓，最后借由螺旋给料机、星型给料阀等装置将吸收剂送入吸收塔内，再与塔内烟气以高传质的速度与反应灰混合反应，脱除烟气中的酸性气体。储粉仓底部设有压缩空气流化装置，防止石灰粉搭桥；顶部设有小型布袋除尘器，仓泵输灰用的空气经其除尘净化后排空。螺旋给料机采用变频控制，可调节石灰粉Ca(OH)2的供量。图3-5吸收剂制备及输送系统示意图⑥灰输送储存系统灰输送储存系统半干法脱硫除尘系统设有两个出灰点：一部分是预除尘静电除尘器下部灰斗出灰，这部分灰主要是锅炉烟气经预除尘后收集的粉煤灰；另一部分是从布袋除尘器下平底流化仓溢流出来的脱硫灰。外排灰经仓泵通过管道分别输送至粉煤灰库和脱硫灰库。图3-6灰输送储存系统⑦工艺水系统由于脱硫塔内都用的是双流体喷嘴，因此水中的颗粒不能太大，在水泵前必须加过滤器。另外，由于双流体喷嘴的设计及制作特别，并有流化风保护以改善其工作环境，因而可以确保其使用寿命。水系统的最低处设有排净设施，确保停炉期间能排除系统中的积水。图3-7工艺水系统示意图⑧压缩空气系统本方案设计4个压缩空气罐，其中3个为杂用压缩空气储罐，1个为仪用压缩空气储罐。图3-8压缩空气系统示意图⑨流化风系统主要供吸收剂仓、灰斗、空气斜槽流化气力输送用，防止仓体内物料板结，增加物料的流动性。对于脱硫系统流化风机，在风机进口设置有消音器，并采取相应的降噪措施，不同用气部位的用气量可根据孔板差压流量计测得，主要用于流化底仓等，并可以用手动蝶阀加以调节以达到设计风量，风机进口设丝网过滤器。船型灰斗流化风机图3-9流化风系统理效果表3-1预处理效果表序号名称数值1设计烟气脱硫效率＞90%2二氧化硫排放浓度＜80mg/m33烟尘排放浓度＜20mg/m34处理构筑物及设备计算书设计计算说明书见附录。静电预除尘器为了防止粉尘堵塞的问题，保证烟囱出口的烟尘浓度达标排放，故在方案中采用静电预除尘器。预除尘效率设计为80%。每个除尘器为单灰斗设计，每个灰斗设气化板6块。该静电除尘器的能耗低，压力损失较小，有较好的耐高温和耐腐蚀性，可以有效的收集细小的粉尘，降低吸收塔入口含尘量，提高脱落效率。吸收塔本方案采用文丘里吸收塔。由于方案中锅炉烟气量＜180000Nm3/h,所以为了达到脱硫目的从而采用单管文丘里的形式。烟气从吸收塔底部进入，出口采用侧出的形式，净化后的烟气经出口烟道链接至布袋除尘器除尘。吸收塔的设计流速为4.5m/s,烟气在塔内停留时间约为3.5s,塔径为3.1m。塔体直筒段高度约为15.5m。吸收塔内设置两层喷淋系统，每层设一个双流体喷枪，喷枪出口设置于吸收塔的中心处，并通过软件模拟喷枪喷射工艺水的情况，结合烟气流向的模拟，在塔内适当的地方增设导流板，优化布局，保证塔内的床层温度及吸收剂活动范围均匀。本设计的优势在于文丘里段的设计，文丘里段的流速应控制在45-60m/s，在该流速段烟气与吸收剂能够有效接触，充分混合，从而达到最佳的脱硫效果。为确保脱硫系统的稳定运行，设计中加入净烟气回流烟道，当锅炉负荷不能满足吸收塔流化要求时，开启净烟气回流烟道，回流烟气不足原有负荷的不足。布袋除尘器由于除尘器的布置最普遍的是采用过滤室两列布置，中间是进出风通道，故选择4室布袋除尘器，其中每室的分气包为1个，每个分气包上脉冲阀数量为15只，每只脉冲阀负责15条滤袋的清灰，单室的滤袋数量为210条，故共有滤袋840。布袋除尘器进口烟气为96903m3/h，含尘浓度为78000mg/Nm3，出口烟气量为98281m3/h，含尘浓度小于20mg/Nm3，除尘效率可达99%以上。过滤风速为0.8m/s。选用具有容尘量大，吸湿性小，阻力低，使用寿命长的优质滤料。空气斜槽本方案中空气斜槽安装于船型灰斗的下方，斜度取8°,流化风压控制在4〜5.5kPa。利用空气斜槽可使船型灰斗内循环灰呈流化状态，避免了灰在船型灰斗内的堆积，堵塞再循环灰通道。工艺水泵工艺水泵设计流量满足3台吸收塔蒸发耗水及生石灰干消化器的耗水量总和，供水压力按备用系数1.1考虑。工艺水自工艺水箱出发，经工艺水泵加压至各用水点。工艺水泵设置一用一备，且考虑锅炉有一台停运的情况，在工艺水泵后主管位置设置回水管路，防止用水量下降造成水泵流量超额而发生水泵过热的现象。为保证工艺水供水的水质，在业主供水点附近接丫型过滤器，除去水中过多的杂质。干消化器干消化器是将生石灰转换为消石灰的生产装置，整个装置采用负压操作，保证了操作人员的身体健康，控制系统为PLC或DCS。为提高系统的脱硫效率，吸收剂的质量很重要本设计采用高效的干式消化器，消化效率最低达90%,以此来保证吸收剂的性能，在生石灰耗量不变的情况下，增加反应塔内吸收剂内有效成分的含量，在运行成本不变的前提下，提高二氧化硫的脱除效率。5总图工艺流程图总工艺流程图#1/#2锅炉烟气系统流程图#1/#2静电除尘系统流程图#1/#2吸收塔系统流程图#1/#2布袋除尘系统流程图#1/#2循环灰系统流程图输灰系统（除尘灰）流程图输灰系统（脱硫灰）流程图吸收剂制备系统流程图工艺水系统流程图压缩空气系统流程图流化风系统流程图总平面布置图平立面布置图图纸详见附录6公用工程控制系统电气部分简介烟气处理系统与锅炉及其他系统具有如下连锁保护措施，以确保系统安全可靠运行：1、烟气净化系统内，灰回送设备各电气依次连锁。2、灰输送系统各电气依次连锁。此外，烟气净化系统各操作面、人孔等处酌情设照明及低压检修插座；脱硫塔最高处设避雷针，引下线与厂区避雷接地网相连。（1）电源状况脱硫装置所需双路380V电源由厂用电供给。(2)负荷等级及供电要求脱硫装置配电电压等级为380V/220V,同时为确保装置供电的可靠性，本次设计380V低压电源的供电方式为双回路电源备自投切换，操作电源为交流220V。引风机采用6KV电源供电。(3)供电方案在脱硫界区设立低压配电室，其接线采用单母线分段连接方式，两段母线间设分段断路器连接，电源分别引自两段380V母线，两段间电源互相备用。(4)主要设备及材料的选择在电气设备选择方面根据工艺要求以及在确保人身安全的前提下，最大程度的选用操作方便、可靠性高、便于维护、自动化程度高的设备，以便使整个电气系统能高效、可靠地为整个脱硫装置服务。(5)继电保护及测量仪表脱硫系统继电保护及测量仪表采用微机保护、测控装置。1低压进线设置备用电源自投装置2低压电动机保护，短路保护，单相接地保护，过负荷保抗整定值1.1倍)。3低压配电线路的保护a.配电线路采用的上下级保护电器，应有选择性动作。干线上的空气开关宜选用短延时脱扣装置。b.用空气开关保护的线路，短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。c.配电线路的过载保护。4继电保护的时限配合要有阶梯性和选择性。(6)流量仪表常用测量仪表及配用电流互感器的精确度等级应满足规范要求，一般测量表计装设在本回路的屏柜上。(7)操作电源及直流电源0.38kV系统为三相四线制中性点直接接地系统。低压开关柜控制及信号电源AC220V。用电设备可以实现控制室和就地两处控制。(8)防雷、接地厂区、房屋、塔、罐等采用避雷网(带)、避雷针或其它金属结构作为接闪器。仪表和控制简介整个净化系统，在脱硫集控室内进行集中监控。主要控制以及控制参数如下:1、所有松动风由电磁脉冲阀控制；2、储粉仓料位控制；3、水泵出口设压力测点；4、烟气脱硫塔a.进口烟道温度测点；b.除尘器前压力、温度测点；c.烟气净化系统烟气SO2在线检测，并根据SO2在线检测来调节石灰加入量和返料量；d.根据返料量来控制塔内湿度；e.根据预分离器前温度测点，来控制雾化水量，从而控制系统反应温度。给水排水给水部分脱硫系统喷淋用焚烧厂后方的沟渠水。排水部分本系统无废水排放；脱硫装置场地、吸收剂制备系统场地雨水经排水沟、雨水口、检查井等收集后排至电厂现有排水点排走。环保安全环保总则本工程的目的就是减少锅炉机组上马后，使烟气中的SO2和粉尘排放满足国家环保标准(GB18485-2014)和环保部门对污染物排放总量的控制要求。工程投运后，锅炉烟气SO2排放浓度S80mg/m3,粉尘排放浓度S20mg/m3。1、废水处理本工程所采用的脱硫工艺为半干法烟气脱硫工艺，耗水量很小，也不会产生废水，没有二次污染。2、飞灰污染由于采用密闭式气力输送装置，无二次扬尘现象，有利于确保厂区的环境卫生质量。为保证设备排气对环境的影响，石灰仓及脱硫渣仓顶部设仓顶布袋除尘器。劳动卫生及工业安全本工程依照《工业企业设计卫生标准》（GBZ1-2002）、《火力发电厂劳动安全和工业卫生设计标准》（DL5053-1996）、《火力发电厂与变电所设计防火规范》（GB50229-98）等规范及标准的要求，在设计中采取了安全、防火等措施。1、安全防护措施（1）防机械伤害措施a.所有机械外露传动部件均应加装防护装置或采取其他防护措施。b.设备布置上要有足够的检修场地。（2）其它防范措施a.所有钢平台及楼梯要采用花纹钢板或格栅板，以防工作人员滑倒。b.在楼梯孔平台等处周围设置保护围栏，以防高出跌伤。c.在粉尘含量高的场所安装通风机，已达到除尘防爆效果。2、劳动保护脱硫系统运行中可能造成职业危害的因素：（1）粉尘：脱硫系统以消石灰干粉为吸收剂，在制粉、输粉的过程中均可造成飞扬，对工人健康有一定的危害。（2）噪声：脱硫系统在生产过程中产生噪声，如风机、水泵等产生噪声较大，如不采取措施对人体的健康将带来一定的影响。3、劳动保护措施（1）在易发生粉尘飞扬的区域设置必要的防尘设施，降低由于粉尘对工人的健康带来的影响。（2）为了减轻噪声对工人的身体健康造成的影响，在设备订货时，要求根据《工业企业噪声卫生标准》向厂家提出限制设备噪声的要求，将设备噪声控制在允许范围之内。（3）工人的工作场所采取必要的噪声防治措施，以保护工作人员的身体健康。7工程投资及运行费用7.1工程投资.1.1设备清单表7-1脱硫系统设备（按三套系统装置计）清单序号设备名称规格型号数量单位备注一一级静电除尘器1阳极系统3x1套2阳极振打3x1套3阴极系统3x1套4阴极振打3x1套5底梁3x1套6灰斗3x1套7灰斗挡风3x1套8壳体3x1套9进口封头3x1套10内、外顶盖3x1套11尘中走道3x1套12进口气流分布板3x1套13灰斗电加热器3x4套14除尘灰仓1x1套15除尘灰库1x1套16仓顶布袋1x2套17压力释放阀1x2套二脱硫系统1脱硫塔31003x1套2喷嘴3x1套3空气斜槽3x3套4循环灰量控制阀3x2套5截流阀3x2套6膨胀节3x2套7手动螺旋闸门3x2套8流化风机3x2套9脱硫水泵1x2台10工艺水箱34.84m31x1台三吸收剂制备、储存及输送系统1生石灰粉仓1x1套2生石灰干消化器1x1套3消石灰粉仓1x1套4消石灰缓冲仓3x1套5气化板4x5个6仓泵1x1个7螺旋给料机3套8星型给料阀3套9仓顶布袋4套10压力释放阀4x2套11手动螺旋闸门1x2套四布袋除尘器系统1设备本体3x1套2脉冲喷吹装置3x60套3滤袋3x840条4脉冲阀3x60只5花板3x8吨6电加热器3x40组7储气罐1x1个8雨棚3x5.5吨9配套附件3x1套10脱硫灰仓1x1套11仓顶布袋1x1套12脱硫灰库1x1套五烟道系统1静电除尘器前烟道1600x16003x1套2吸收塔前烟道1500x15003x1套3吸收塔后烟道1700x16003x1套4布袋除尘器后烟道1400x14003x1套5净烟气再循环烟道500x5003x1套6补偿器3x5套7挡板门3x1套8手动插板阀3x1套六管路系统1工艺水系统管路及阀门3x1套2压缩空气管路及阀门3x1套七起吊设施1布袋除尘器顶部起吊设施3x2台2静电除尘器顶部起吊设施3x1台八建筑