双碱法脱硫

脱硫系统技术说明

第一章概述

3.1 项目概况

冲天炉属于冶金炉窑的一种，以焦炭为主要燃料，通过焦炭的燃烧产生热量，融化铁锭，经过过热和调质后获得合格的铸造用铁水。在这个过程中，会产生大量含尘、含硫烟气对环境造成污染。

根据这种情况，拟采用多管除尘+空气预热器+颗粒除尘+滤筒+混流式洗气机作为除尘、脱硫吸收设备，采用湿法脱硫技术当中的钠钙双碱法，编制了一套功能完整、技术先进、成熟可靠、经济实用、运行稳定的湿法脱硫可行性技术方案，供贵方领导及相关人员审核。

整个技术方案包括除尘脱硫系统正常运行所必须具备的工艺系统设计、设备选型/采购或制造/运输、施工及全过程的技术指导、安装督导、调试督导、试运行、考核验收、人员培训和最终的交付投产。本公司将提供高质量的设计、设备以及相应的服务，并保证满足国家有关环保、安全、消防等强制性要求，确保烟气达标排放。

3.2 主要技术参

主要技术性能表

3.3 设计原则

a、工艺先进、流程简洁（脱硫效率高，无二次污染，操作方便）；

b、成熟可靠（运行可靠性高，技术成熟，有运行业绩）；

c、经济合理（在满足系统各项指标的前提下，一次投资和运行费用低）；

达标排放；

d、保证在给定的条件下，确保烟气中的SO

2

e、烟气脱硫系统布置紧凑、合理、美观，满足系统整体布置要求；

f、脱硫装置使用寿命长、操作维护简单，占地面积小；

e、项目实施后，有显著的社会、经济和环境效益，并且确保企业的可持续发展

3.4 设计标准和规范

采用最新国家标准。同时，环境保护、劳动安全及工业卫生和消防设计也采用了最新国家标准。

具体采用的规范和标准清单如下：

★综合标准

★设备材料标准

★施工及验收标准

用材料不适用时，按较高标准执行，或由乙方用其它标准取代，需呈交甲方确认后方可采用。

3.5 设计思路

a、本工程按照交钥匙工程整体设计；

b、采用一炉一机设计方式进行设计，循环水系统及副产物处理系统为共用；

c、脱硫工艺采用钠钙双碱法，吸收设备采用混流洗气机。

d、设备材料在选择上保证适用于实际工况条件，对于易磨损、易腐蚀、易故障设备尽量设计成易于更换、维护、检修的标准件。

e、洗气机采用混流形式，具有负荷高、压降低、不易堵、弹性宽等特点；同时使用高效除雾器，确保烟气出口的含水量较低。

f、本设计对烟道采取了防腐、保温等措施，防止烟气中带水和减少结露，防止烟气腐蚀烟道及减少配套设备的腐蚀问题；确保烟囱不被腐蚀。

h、所有设备和管道，包括烟道及膨胀节在设计的时候考虑设备和管道发生故障能承受最大的温度热应力和机械应力，并考虑最差运行及事故情况下的安全余量。

i、所有泵的叶轮采用耐磨损、耐腐蚀材料，泵的轴承密封采用机械密封。

j、设备提供合适数量的检修口、人孔门，布置在操作平台附近。

k、按现有场地条件布置脱硫系统设备，力求流程合理，操作维护简便。

l、要求脱硫产物易于处理或综合利用，无二次污染。

第二章脱硫工艺及原理介绍

2.1 现有脱硫工艺概述

目前国内外已开发出很多种烟气脱硫技术(FGD)，具有实用价值的工艺仅十几种，分别适应不同的场合和要求。根据脱硫产物是否回收可分为抛弃法和回收法。根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态又可分为湿法、干法、和半干法。根据净化的原理可将烟气脱硫分为吸收法、吸附法和催化转换法。湿法脱硫技术主要包括石灰(石灰石)法、双碱法、钠法、镁法、氨法、海水法、磷铵肥法等；干法脱硫技术主要包括活性碳吸附法、电子束照射法、等离子体脱硫法、催化氧化和还原法等；半干法脱硫技术主要包括烟气循环流化床技术、喷雾干燥、炉内喷钙/增湿活化脱硫技术。

2.2 脱硫工艺选择

湿法烟气脱硫是采用液体吸收剂如水或碱性溶液等洗涤烟气以除去烟气中的SO

2

，湿法脱硫是目前实际运用中应用最广，工艺应用最多的脱硫方法，约占世界上现有烟气脱硫装置的90%，由于是气液反应，脱硫反应速率快，效率高，脱硫剂利用率高。

石灰（石灰石）洗涤法脱硫工艺是烟气脱硫中最早采用的工艺之一。因石灰石来源广泛，原料易得，成本低，目前仍是应用最广泛的技术，占湿法脱硫技术应用的90%以上。该法的主要缺点是投资大，占地面积大，运行费用高，设备常发生结垢堵塞等。

针对石灰（石灰石）—石膏法易结垢和堵塞的问题开发了间接石灰（石灰厂）－石膏法，这类方法有双碱法，碱式硫酸铝法，催化氧化吸收法等。

双碱法是先用碱性溶液作为吸收剂，然后将吸收SO

2

后的吸收液用石灰石或石灰进行再生，再生后吸收液可循环使用。由于在吸收和吸收液的再生处理中使用了不同的碱，故称为双碱法。双碱法具有明显的优点，由于采用溶液吸收，从而克服了湿式石灰/石灰石-石膏法中结垢的缺点，不存在结垢的料浆堵塞等问题；另外，副产品石膏的纯度较高，应用范围也更广泛。双碱法的种类很多，如钠碱双碱法、碱性硫酸铝-石膏法等。

本方案采用钠钙双碱法。钠钙双碱法是以Na

2CO

3

或NaOH溶液为吸收液吸收烟气中的

SO

2

，然后再用石灰处理吸收液，副产品为石膏。

2.3 脱硫设备选择

采用湿法脱硫技术，吸收设备的性能优劣直接影响烟气的脱硫效率、系统的运行费用等指标。以下是几种吸收设备的性能比较：

吸收设备性能一览表

小，脱硫效率低；筛板塔阻力降大，防堵性能差；文丘里阻力降大；填料塔防堵性能差，易结垢、板结、堵塞、阻力降也较大；旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性宽等特点，适应于快速吸收过程，且有除尘功能，可实现脱硫除尘一体化；洗气机除了具有旋流板塔的优点外，还具有体积小、兼做风机的优点

流洗气机。其脱硫设备具有：整套设备投资少、运行费用低、占地面积小、操作维护简便、便用寿命长、耐腐蚀等特点，该湿法高效脱硫装置，，不但很好解决了设备的结垢堵塞问题，而且能使废气中SO

2

达到国家环保排放标准。

第三章脱硫工艺流程及设备特点

3.1 工艺流程

本方案设计采用双碱法：即以钠基(Na

2CO

3

、NaOH)洗涤液进入塔体吸收SO

2

，脱硫后

浆液用钙基(Ca(OH)

2、CaCO

3

)乳液苛化再生，并固化亚硫酸根实施渣水分离后，再入塔

循环。钠基可以再生，消耗很少。工艺流程主要包括三部分：烟气流程、脱硫液流程和脱硫渣处理流程。

3.1.1工艺流程简图

本项目工艺流程主要：烟气系统、脱硫液循环系统、脱硫渣处理系统、脱硫剂制

3.1.2循环脱硫液工艺流程

充分接触、反应后，酸洗渣液经洗气机脱水器自流脱硫液(钠盐)在洗气机内与SO

2

作用下进入置换氧化池，与石灰浆液进行再生置换反应。产生脱硫渣，再进行曝气氧化后进入沉淀池进行稳定化合物的沉淀。最后上清液进入浆液池中补充一定量的钠碱液，由循环泵打入洗气机循环使用；同时沉渣在压滤机作用下进行固液分离，液体回流至浆液池。整个脱硫液循环系统闭路循环，不会产生废水，没有废水外排，不会产生二次污

染。

3.1.3脱硫渣处理工艺流程

脱硫液在置换氧化池再生后，钠碱得到再生，再生后直接进行氧化，使不稳定的亚硫酸钙氧化生成稳定的硫酸钙，进入到浓缩池，沉淀后通沉淀池设置的渣浆泵，沉渣在渣浆泵的作用下，排至板框压滤机进行一级脱水，分离出来的清液回流至浆液池再循环；沉渣经除渣机，外排抛弃或做工业材料。

通过脱硫系统的进一步除尘，烟气中的含尘量<50mg/m3左右，小部分粉尘随脱硫副产物硫酸钙一起排出，使副产物硫酸钙纯度较高。即可考虑直接外运抛弃，还可通过加工后作建筑材料如制砖、水泥添加剂、混凝土骨料、人行道砖等。

3.2 工艺原理分析

本方案采用双碱法混流洗气机脱硫除尘工艺：其基本化学原理可分为脱硫过程和再生过程、氧化过程三部分：

A、脱硫过程：

Na

2CO

3

+SO

2

→ Na

2

SO

3

+CO

2

(1)

2NaOH+SO

2 → Na

2

SO

3

+H

2

O (2)

Na

2SO

3

+SO

2

+H

2

O → 2NaHSO

3

(3)

以上三式视吸收液酸碱度不同而异：碱性较高时(PH＞9)，(2)式为主要反应；碱性较低时，(1)式为主要反应；碱性为中性甚至酸性时(5＜PH＜7)，则(3)式为主要反应。

B、再生过程(石灰乳置换再生)：

2NaHSO

3+Ca(OH)

2

→ Na

2

SO

3

+CaSO

3

1/

2

H

2

O +3/

2

H

2

O (4)

Na

2SO

3

+Ca(OH)

2

→ 2NaOH+CaSO

3

1/

2

H

2

O (5)

C、氧化反应(不稳定的亚硫酸钙氧化成稳定的硫酸钙)：

2CaSO

3·1/

2

H

2

O + O

2

+ 3H

2

O → 2CaSO

4

·2H

2

O

Ca(HSO

3)

2

+ 1/

2

O

2

+H

2

O → CaSO

4

·H

2

O + SO

2

在石灰乳液(石灰水达到饱和状况)中，中性的Na

2HSO

3

很快跟石灰反应从而释放出

Na+，随后生成的SO

3

2-又继续跟石灰反应，反应生成物以半水化合物形式慢慢沉淀下来，

从而使钠基得到再生。可见(Na

2CO

3

、NaOH)只是作为一种起动碱，起动后实际消耗的是

石灰，理论上不消耗纯碱(只是排渣时会带出一些，因而有少量损耗)。

当碱性吸收液在洗气机洗涤废气时，SO

2被吸收，SO

2

能溶解于水，特别是在碱性溶

液中，SO

2的溶解度更大，可以认为是全溶和全吸收，PH=10的碱性溶液，溶解SO

2

后，

PH值迅速下降，大约稳定在5-7之间，以后下降缓慢，这是因为SO

2

在酸性液中溶解很

少。烟气脱硫装置根据SO

2

的特性采用洗气机多级雾化，当洗气机的PH值=10的液体吸

收SO

2

后，液体中PH值迅速降至5-7。此时，液体经过脱水器排出的尘液PH值约为4-6进入置换池，补充PH值及置换出Na离子。PH值恢复到7左右。

3.3 液气分离机理分析

该设备的除雾脱水系统由折板脱水器组成，分布设计在主筒体装置中，当饱和水蒸气的烟气逐级通过除雾脱水系统时，受惯性力的作用，烟气中的液滴被汇集向塔壁而下落，大大降低了烟气中的含湿量，避免了烟气中的水蒸气对管道的侵蚀，使净化后的气体送入大气时容易扩散。

为了把水雾有效地从气体中排去，该设备保持有足够的空间，并对上升气体速度严格的控制在5m/s 以下，均匀上升。

3.4 渣液分离机理分析

在置换氧化池中加入石灰水，生成半水亚硫酸钙沉淀渣。其在水中的溶解度为

0.0025%。但半水亚硫酸钙为不稳定产物需将其氧化成稳定的硫酸钙（石膏），石膏是为环境所容许的产物。石膏含量高的沉淀渣较亚硫酸钙含量高的渣具有较少的融变性和较好的沉陷性，过滤更容易，脱水更完全。此外，石膏含量高的沉淀渣具有更高的耐压强度。

第四章烟气脱硫系统设计

4.1 烟气系统

4.1.1设计原则

本工程烟气系统，采用一炉一机的配制方式，从起炉到打炉工况条件下，脱硫系统的烟气系统都能正常工作，并留有一定余量。系统使用高效除雾器、烟道保温等措施，保证烟气温度明显高于露点温度、防止烟气带水和减少结露，减小下游设备腐蚀问题。

4.1.2烟道

系统烟道要能承受下列负荷：烟道自重、风载荷、地震载荷、防腐及保温的重量等。同时，要对所有可能接触到低温饱和烟气和烟气冷凝液或从脱硫塔带来的雾气和液滴的烟道，都要进行防腐保护。

为了确保烟道不会有水或冷凝液的聚积，烟道应做适当的保温措施。烟道采用岩棉保温，外面敷设彩钢板。

烟道最小壁厚按5mm设计，并考虑一定的腐蚀余量，内部尺寸精度满足相关规范，烟道内流速不高于15m/s。

4.2 脱硫洗气机系统

4.2.1设计原则

洗气机按设备总体供货，包括洗气机本体、脱水器、电机及所有内部构件、除雾器及外部钢结构等。洗气机的组装及外部钢结构（如平台扶梯等）的施工在安装现场完成。

洗气机设计能承受各种载荷，包括作用在其上上的设备、管路的自重、风载荷、地震载荷等。洗气机体上设有检修孔、操作平台等附属设施，在洗气机外连接安装供水管道、法兰、阀门、压力表。

4.2.2混流洗气机介绍

在脱硫除尘洗气机进口处，由空气、有害粒子和洗涤液组成了三元流动体。在此三元流动体中，有害粒子为乘体，在进入脱硫除尘洗气机之前，有害粒子以空气为载体，进入脱硫除尘洗气机之后，有害粒子便改变载体，在脱硫除尘洗气机进口至出口之间，完成换乘过程，在出口之后便以洗涤液为载体并实现分流。

换乘过程是在脱硫除尘洗气机内部完成的，由于其内部的速度场、运动场、压力场变化频繁而剧烈，所以此过程是相当复杂的。在一定的温度下，还需完成一个热交换过程，使有害粒子的热量被洗涤液吸收，有害粒子冷凝并可结成较大粒子便于分离。空气净化过程可分为布水、尘浴、初级雾化、二级雾化、凝聚和脱水六个过程。

1、含有害粒子气体自上而下垂直轴向运动。洗涤液经水泵输水管将水输送至叶轮中心上部，洗涤液流到布水盘上后受离心力作用逐渐呈圆环状向布水盘边缘移动，当到

达布水盘边缘时离心力加大，使洗涤液呈辐射状沿布水盘切线方向漂移，此时洗涤液液滴移动方向与含有害粒子气体运动方向相互呈垂直状，完成布水过程。（如图一）

2、在一部分气体和较高速叶片作用下，被初步雾化的洗涤液与大量空气混合完成尘浴过程。

3、实现初步雾化尘浴的洗涤液，粒径较小的液滴呈雾状与剩余的有害粒子空气混合物同时进入叶轮叶片的空间或流道，此时处于负压的流体开始向正压转变。

4、混合体进入叶片后呈正压状态，在高速旋转叶片的作用下，一是沿叶轮转动方向水平运动，另一个是向垂直于叶轮转动方向运动，此时，叶片内表面附着一层由洗涤液组成的液膜，液膜在受离心力的同时受到混合气体正压力的作用，由于作用力较大使液膜沿叶片内表面移动时阻力很大，所以速度很低，同时由于受高速混合体冲击和压力影响，液膜便被破坏并使之二次雾化，雾化后液体再次与混合体混合，从而大大加强了有害粒子与洗涤液接触的机会，因此洗涤液获得了极高的捕集率。此过程不但完全具备了文丘里的特点，而且还有离心力和较大的动压、正压的作用，由于这些作用使雾状混合体体积缩小，速度加大，叶轮的线速度可达50-150米/秒，此时有害粒子气溶胶与水汽经激烈碰撞凝聚而机械结合于混合体中，如介质为油脂，即可乳化（乳化是两种互不相容的液体，借乳化剂或机械力作用，使其中一种液体分散在另一种液体中而形成的乳状液体，油分散在水中称为水包油型，水分散在油中称为油包水型）。（如图三）

5、高速飞离叶轮的雾状混合体在脱硫除尘洗气机壳中由于气流速度的减小和压力的回升，使混合体迅速膨胀，雾状洗涤液与有害粒子又一次充分结合，此时由于仍受离心力的作用，比重大的洗涤液粒子便携带有害粒子向机壳外缘内表面运动汇集，并脱离有害粒子的原载体空气经过脱水器流回沉淀池，此时空气得到净化并排入大气中。

6、筛网理论：根据以上分析得知，气液两相之间的相对运动，不仅存在速度的差别，还存在方向的差别，而洗涤液速度快位置却在气体之后。当高速度、高分散度的粒子穿过气体时，污染物经物理或化学作用而被净化。所谓筛网理论是被筛下物体的粒径要比筛子的孔径小10倍以上，同时由于空气速度在机壳中运动较慢，所以多次受到洗涤液的冲击，这些净化过程都是静态文丘里洗涤器不能比拟的。

4.3 碱液制备系统

碱液制备系统由生石灰制备系统及液碱制备罐组成。采用袋装碳酸钠加水搅拌成溶

液作为钠基碱液。氧化钙的投加需要设计搅拌机配合其熟化。吸收液经洗气机脱硫后溢流入置换氧化池进行置换及曝气氧化，氧化后进入浓缩池，沉淀后经压滤机进行固液分离，分离出液体再进入到中和调节池进行钠的补充，进入下一个循环。

4.4 循环水系统

洗气机脱水器内流出的污水，溢流到置换氧化池，随着石灰水的加入利用钙基还原钠基，使钠基再生，再在搅拌装置作用下，充分氧化，使不稳定的亚硫酸钙氧化成稳定的硫酸钙，再冲入浓缩池沉淀。上清液溢流至中和调节池，与流入的钠碱配制成PH≈5-7的碱溶液，汇集后再用循环泵打入洗气机进行脱硫进入下一个循环。无二次污染。

4.5 脱硫产物氧化及渣处理系统

洗气机脱水器内脱硫液溢流至置换氧化池之后，在此进行钙基还原钠基。产物

主要是CaSO

31/

2

H

2

O和CaSO

3

H

2

O，搅拌装置搅拌，与空气接触曝气，乳浊液中的CaSO

3

1/

2

H

2

O

经氧化后变成石膏（CaSO

42H

2

O）。副产物进入排渣机外运，上清液溢流到浆液池中再循

环。

4.6 工艺水系统

由于脱硫系统循环的浆液浓度较高，为了避免除雾器发生堵塞现象，设计了除雾器冲洗装置。同时，洗气机内的水分蒸发和脱硫渣带水会造成脱硫系统水流失，为了维持系统的水平衡，必须对整个系统进行补水。本系统工艺水直接采用厂区工艺水，通过水箱，由泵加压打入脱硫系统。

本项目脱硫系统工艺水补水总量为系统循环水量的1%。

4.7 管路系统

4.7.1系统配管设计原则

a、符合有关的规范，标准和惯例及符合工艺要求。

b、管道布置整齐有序，横平竖直，成组成排，便于支撑。

c、整个装置的管道，纵向与横向的标高错开，一般情况下，改变方向同时改变标高，但特殊情况或条件允许时也可平拐。

d、在保证管道柔性及管道对设备机泵管嘴的作用力和力矩不超出允许值的情况下，应当用最少的管件、最短的长度连接起来，尽量减少焊缝。

e、尽量架空敷设,管道布置不应防碍设备、机泵和自控仪表的操作和维修。

f、应满足仪表元件对配管的要求，如压差计前后直管段长度的要求，热电偶温度计套管对管径的要求等。

g、尽量“步步高”或“步步低”，不出现或少出现气袋和液袋，尽量避免盲肠。

h、气体和蒸汽管道的支管应从主管上方引出或汇入。

j、除必要的法兰或螺纹连接外，尽可能采用焊接连接,法兰位置应避免处于人行道和机泵上方，输送腐蚀性介质管道上的法兰应安全防护罩。

k、管径和管件应紧靠管径位置，管道应予妥善支撑。

l、在人员通行处，管道底部净高不宜小于2.2m，通行小型检修机械或车辆时不宜小于3m，通行大型车辆时不应小于4.5m。

m、并排布置管道的间距按装置工艺管道安装设计手册规定。

n、管道穿墙、楼板的管道必要时在穿孔处应加套管并以软质材料封堵，楼楹上的孔洞必要时应设套管并高出楼面约50mm，管道焊缝不应位于孔洞范围内。

o、直管段两相邻环焊缝的允许最小距离：

①不要求消除焊缝应力的其最小距离不得小于2.5倍焊缝厚度且不小于50 mm。

②要求消除焊缝应力的其最小距离不得小于5倍焊缝厚度且不小于80mm。

p、埋地敷设的管道应妥善解决防冻、防凝结、吹扫、排液、防外腐蚀及承受外载荷等问题。装置内埋地管道的埋深，一般区域为管顶距地表不小于0.3m，通行机械车辆的通道下，不小于0.75m或采用套管保护。

q、采用管沟敷设时，沟底应有不小于2%的坡度。

4.7.2管道材料

本装置管道及管件材料原则上根据不同位置采用316L、fpr、PPL及Q235。

4.7.3保温材料

本装置室外管路采用岩棉管壳和岩棉毡作隔热材料，采用0.5mm镀锌薄钢板保护层，隔热层厚度按计算数据决定。

4.7.4设备与管道防腐

a、本装置内的专用设备内防腐应用耐酸、耐磨、耐高温的不锈钢防腐材料。

b、输送无腐蚀介质管道采用碳钢Q235材质，涂刷红丹酚醛防锈漆二遍，醇酸色漆二遍。

c、对设备和管道表面防锈质量等级应达到St2级。

d、输送腐蚀介质的管道采用PPL。

4.7.5设备及管道的表面色和标色

按照业主统一规定执行

4.7.6阀门

所有阀门必须具有产品合格证和有关的质量文件，输送腐蚀介质的管道阀门的衬里采用耐腐蚀、耐磨材质。

4.8 自动控制系统

根据甲方要求和实际工艺情况确定，本除尘脱硫工程采用PH计输出信号来控制脱

浓度、除尘脱硫效率稳定在设定值范围内。

硫药剂的加注量，保证出口SO

2

脱硫系统其电气控制系统说明如下：

（1）所有的动力装置都设置成就地控制的电控启动柜。

（2）所有的进水的控制方式都采用自动给水的浮球阀和手动蝶阀的双重控制。

（3）在脱硫剂浆液循环池旁设置一台PH显示柜，以便及时加药。

（4）锅炉运行，脱硫系统的准备工作（制浆液位达到上限、PH达到标准）完毕后，循环泵、搅拌机、曝气罗茨风机都与锅炉同步运行。

脱硫系统电气说明

电气控制工艺

1、冲天炉引风机启动/停循环泵、搅拌电机、罗茨风机启动/停。

2、钠液PH计值

3、排渣泵控制（时间控制）：引风机启动开始计时，时间到时，排

渣泵启动，顺序启动脱水机。

时间到时，排渣泵停止，顺序脱水机工作结束后自动停止。

如此循环！

4、石灰人工加药，但PH计值要显示。

5、钠碱计量：给料机启动计时开始并计算

给料机启停止计时结束并计算、存储。

（要求有每天的记录量和总记录量）

除尘脱硫系统设备清单