某焦化厂除尘脱硫工艺设计-课程设计

某焦化厂除尘脱硫工艺设计-课程设计内容摘要：

烈的热交换和化学反应，迅速将大部分水蒸发 掉，形成含水量较少的固体产物，该产物是亚硫酸钙、硫酸钙、飞灰和未反应氧化钙的混合物。 其部分在塔内分离，由锥体出口排出，另一部分随脱硫后烟气进人除尘器收集，由于其 未完全干燥，在烟道和除尘器内未反应氧化钙仍 将继续与烟气中的 SO2反应，使脱硫效率有一定的提高，因此 SDA 工艺是一种气 液与气 固的脱硫反应过程。 活性炭吸附法 其方法原理为：活性炭对烟气中 SO2 的吸附过程中及有物理吸附又有化学吸附，当烟气中存在着氧气和水蒸气时，化学反应非常明显。 因为活性炭表面对 SO2 与 O2 的反应有催化作用，反应结果生成 SO3， SO3 易溶于水而生成硫酸，从而使吸附量比纯物理吸附时增大许多。 吸附 SO2 的活性炭，由于其内、外表覆盖了稀硫酸，使活性炭吸附能力下降，因此必须对其再生。 再生的方法通常有洗涤再生和加热再生两种，前者是用水洗出活性炭微孔中的硫酸，再将活性炭进行干燥；后者是对吸附有 SO2 的活性炭加热，使炭与硫酸发生发应，使 H2 SO4 还原为 SO2，富集后的 SO2 可用来生产硫酸。 该方法的优点是吸附剂价廉，再生简单；缺点是吸附剂磨损大，产生大量的细炭粒被筛出，再加上反应中消耗掉一部分炭，因此吸附剂成分较高，所用设备庞大。 电子束照 射法 这是一种较新的脱硫工艺，其原理为在烟气进入反应器之前先加入氨气，然后在反应器中用电子加速器产生的电子束照烟气，使水蒸气与氧等分子激发产生氧化能力强的自由基，这些自由基使烟气中的 SO2 和 NOX 很快氧化，产生硫酸与硝酸，再和氨气反应形成硫酸铵和销酸铵化肥。 由于烟气温度高于露点，不需再热。 其主要特点：是一种干法处理过程，不产生废水废渣；能同时脱硫脱硝，并可达到 90% 以上的脱硫率和 80％以上的脱硝率；系统简单，操作方便，过程易于控制；对于不同含硫量的烟气和烟气量的变化有较好地适应性和负荷跟踪性 ,副产品硫铵和销铵混合物可用作化肥 ,脱硫成本低于常规方法。 表 3 以下是这几种主要脱硫技术的比较： 某焦化厂除尘脱硫工艺设计 10 脱硫技术 石灰石 /石膏湿法 氧化镁法 海水脱硫法 循环流化床法 活性炭法 电子射线辐射法 脱硫剂 石灰石 氧化镁 纯海水或加入一定量石灰 石灰 活性炭 射线辐射 脱硫效率 % 95以上 95以上 90以上 8590 90以上 90以上 主要优点 工艺成熟、适合所有煤种、操作稳定、操作弹性好、脱硫剂易得、运行成本低 、副产物石膏可以综合利用，不会形成二次污染 脱硫效率高，占地面积小，总投资和运行费用低，煤种适用范围广，技术成熟，避免结垢 天然海水为吸收剂，节省吸收剂制备系统，工艺简单，脱硫率高，投资低，运行费用低 流程简单，占地少。 钙利用率高、无运动部件、投资省 ：脱硫率较高工艺流程简单、无运动设备、投资较省、运行费用低。 脱硫效率高，副产物是一种优良的复合肥，无废物产生。 缺点 投资大，设备材质要求高，占地面积大，运行成本高，工艺复杂，易结垢和堵塞 流程复杂，脱硫剂需很好再生。 对设备腐蚀性大，液气比仍较大，仍需较 大的动力消耗； 有区域局限性，适合靠海边的地方，海水碱度有一定要求，适用范围有限，对海洋环境有潜在风险。 脱硫率较低，对石灰纯度要求较高，副产物难回收烟气压头损失大、由于加料不均匀会影响锅炉运行。 副产物为稀硫酸，不适宜运输，只能就地利用消化。 活性炭每 5年需要更换。 投资高，因设备元件不过关，大型机组应较困难。 运行 成本 低 低 低 中 低 高 综上对各种脱硫技术的比较氧化镁法脱硫流程复杂，脱硫剂需很好再生。 对设备腐蚀性大，液气比仍较大，仍需较大的动力消耗；对设备的保养、检修比较复杂，一旦出故障，维修 费用较高。 虽然海水脱硫法具有脱硫效率高，占地面积小，总投资和运行费用低，煤种适用范围广，技术成熟，避免结垢的特点，但是其使用有区域局限性，适合靠海边的地方， 某焦化厂除尘脱硫工艺设计 11 海水碱度有一定要求，适用范围有限，对海洋环境有潜在风险，所以也不适合在此焦化厂使用。 其他的几种方法总的来讲流程简单、占地少、钙利用率高、无运动部件、投资省，但对脱硫剂要求较高、运行成本高、技术不够成熟、适用范围不广，所产生的副产物利用率不高，造成资源浪费量大，最主要的还是脱硫效率相对来讲比较低，达不到预期的要求。 所以综合各方面的考虑，最终决定选用石灰石 — 石膏法来进行烟气的脱硫。 石灰石 石膏法 在此工艺中，烟气用含亚硫酸钙的石灰石 石膏浆液洗涤，二氧化硫与浆液中的碱性物质发生化学反应生成亚硫酸盐和硫酸盐，新鲜石灰石或石灰浆液不断加入液的循环回路。 但此工艺的脱硫效率受 pH 值、液 / 气比、钙 /硫比、气流速度、吸收塔结构等多种因素影响。 表 4 石灰石和石灰法烟气脱硫反应机理 脱硫剂 石 灰 石 石 灰 主 要 反 应 SO2(g)+H2O→ H2SO3 H2SO3→ H++HSO3 H++CaCO3→ Ca2++HCO3 Ca2++HSO3+2H2O→ CaSO3 2H2O+ H+ H++HCO3→ H2CO3 H2CO3→ CO2+H2O SO2(g)+H2O→ H2SO3 H2SO3→ H++HSO3 CaO+H2O→ Ca(OH)2 Ca(OH)2→ Ca2++2OH Ca2++HSO3+2H2O→ CaSO3 2H2O+H+ H++2OH→ 2H2O 总反应 CaCO3+SO2+2H2O→ CaSO3 2H2O+H+ CaO+SO2+2H2O→ CaSO3 2H2O 尽管石灰石 — 石膏法存在投资大，设备材质要求高，占地面积大，运行成本高，工艺复杂，易结垢和堵 塞等不足之处，但工艺成熟、适合所有煤种、操作稳定、操作弹性好、脱硫剂易得、运行成本低、副产物石膏可以综合利用，不会形成二次污染。 石灰石 (石灰 )— 石膏湿法脱硫是目前世界上技术最为成熟、应用最多的脱硫工艺。 该工艺吸收剂的石灰石在我国分布很广 ,资源丰富 ,品位也很好 ,碳酸钙含量多在 90%以上 ,优者可达 95%以上。 在脱硫工艺的各种吸收剂中 ,石灰石价格最便宜 ,破碎磨细较简单 ,钙利用率较高。 国外这种装置投运率一般可达 98%以上 ,由于其发展历史长 ,技术成熟 ,运行经验多 ,因此不会因脱硫设备而影响锅炉的正常运行。 特别是新建的大 机组采用湿法脱硫工艺 ,使用寿命长 ,可取得良好的投资效益。 为了能使烟气的脱硫效率得到进一步的提高，我们可以对石灰石 — 石膏脱硫工艺进行必要性的改进（在脱硫剂中加入己二酸、添加硫酸镁、双碱流程等） 改进的石灰石 — 石膏湿法烟气脱硫法 该工艺在上述的脱硫浆液中加入己二酸，此后的操作如石灰石 石灰洗涤法。 改进的 某焦化厂除尘脱硫工艺设计 12 工艺具有以下优点：己二酸来源丰富，价格低廉；此工艺提高了二氧化硫的去除率，改进了石灰石 /石灰法的可靠性与经济性；液相中己二酸的存在增加了液相与二氧化硫反应的能力—— 己二酸的缓冲作用抑制了气液界面上由于二氧化硫溶 解导致的 pH 降低，使液面处二氧化硫的浓度提高，大大的加速了液相传质；另外己二酸钙的存在也能降低必需的钙硫比。 总的反应式： HOOC(CH2)COOH +CaCO3 —— CaOOC(CH2)COOCa+H2O +CO2； CaOOC(CH2)COOCa +SO2 +H2O—— HOOC(CH2)COOH+CaSO3 己二酸再生后返回洗涤液贮罐，重新与石灰石反应进入吸收器。 添加硫酸镁及采用双碱流程都能克服石灰石结垢以及提高 SO2去除率。 除尘方案对比选择确定 选择除尘器时必须 全面考虑有关因素，如除尘效率、阻力、一次投资费用、运行费用、占用建筑空间以及维护管理难易等，在通常情况下除尘效率常常是最主要的。 一般说来，选择除尘器时应注意以下几个方面的问题。 (1)气体的温度和性质； (2)粉尘的性质和粒径分布； (3)排放标准和除尘器进口含尘浓度。 目前 ,常见的是机械除尘器、旋风除尘器、多管除尘器、水膜除尘器、布袋除尘器及静电除尘器等。 表 5 对近几年国内外几种烟气除尘技术的主要相关性能参数进行了比较： 表 5 几种烟气除尘技术的主要相关性能参数 除尘装 置类别 型 式 处理的粒度（ um） 压力损失(Pa) 集尘率(%) 优 点 缺 点 重力 除尘 沉降室 100～ 50 98～ 147 40～ 60 价廉 ,易维护 不能处理微粒 惯性 除尘 通风型 100～ 50 294～ 686 50～ 70 价廉 ,易维护 ,可以处理高温气体 不能处理微粒 离心 除尘 旋风 小型 5～ 3 大型 5以上 490～ 1470 10～ 40 50～ 80 不占场地 ,可以处理高温气体 ,适合含尘浓度较高的气体 压力损失大 ,不适于湿尘 ,粘着性大、腐蚀性大 洗涤 除尘 文丘里洗涤器 小型 1以下 大型 1以上 2450～ 7840 80～ 90 集尘率高 ,占地少 ,在含尘率低需大量水 ,烟囱下部需用花岗 某焦化厂除尘脱硫工艺设计 13 时效率也高 石砌 过滤 除尘 袋式除尘器 20～ 980～ 1960 90～ 99 集尘率高 ,操作简单 ,含尘率低时效率也高 占地大 ,布耗大 ,不宜高温气体 静电 除尘 科特雷尔型 20～ 98～ 196 80～ 99 集尘率高 ,可处理高温气 ,含尘率低时效率也高 占地大 ,投资大易老化 ,受粉尘电性影响 声波 除尘 588～ 980 80～ 95 运行费用少 设备费用较高 根据焦炉烟气中粉尘的初始含尘浓度为 15g/m3，以及设计原 则再结合上表，经过综合比较，该浓度相对而言较高，因此我们若要达到要求除尘效率必须采用高效率除尘器。 而该情况下，袋式除尘器（ ～ 10 g/m3）或者静电除尘器（ 30 g/m3以下）在我们选择范围之内。 又由于初始烟气温度： 393K（即 120℃），并不是很高的温度，最为重要的就是考虑到投资及操作、维修费用，厂内资金的多少，因此我们决定选择采用耐高温滤料类型的袋式除尘装置。 袋式除尘器常用有以下几种清灰方式 ： （ 1）机械清灰 这是一种最简单的方式，它包括人工振打，机械振打，高频振荡等。 清灰时，振打方式 有水平振打，垂直振打和快速振动。 机械清灰简单，但振动分布不均匀，过滤风速低，对滤袋损害较大。 （ 2）逆气流清灰 它是采用室外或循环空气以与含尘气流相反的方向通过滤袋，使滤袋上的尘块脱落，掉入灰斗中。 逆气流清灰有两种工作方式：反吹风清灰和反吸风清灰。 前者以正压将气流吹入滤袋，后者则是以负压将气流吸出滤袋。 清灰气流可以由主风机供给，也可以单独设反吹 (吸 )风机。 这种清灰方式气流分布比较均匀，但清灰强度小，过滤风速不宜过大。 （ 3）脉冲喷吹清灰 它以压缩空气通过文氏管诱导周围的空气在极短的时间内喷入滤袋，使 滤袋产生脉冲膨胀振动，同时在逆气流的作用下，滤袋上的粉尘被剥落掉入灰斗。 这种方式的清灰强度大，可以在过滤工作状态下进行清灰，允许的过滤风速高。 （ 4）声波清灰 它是采用声波发生器使滤料产生附加的振动而进行清灰 . 表 6 清灰方式的对照 某焦化厂除尘脱硫工艺设计 14 除尘方式 条 件 优 点 缺 点 机械清灰袋式除尘器 风速一般为 — ／min，阻力约 400— 800Pa，进口 3～ 5g／ m3，处理风量不大场合。 效率高，性能稳定，结构简单，投资省，对滤料要求不高，维修量少，滤袋寿命长 过滤风 速低 逆气流反吹袋式除尘器 过滤风速小于 1m／ min，过滤风速为 — ／min，阻力 1800～ 2020Pa 处理风量大，可达105m3／ h 以上；。