低热值煤发电工程烟气脱硫与脱硝设计方案.docx
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1、低热值煤发电工程烟气脱硫与脱硝设计方案1.1 烟气脱硫1.1.1 常见脱硫工艺简介目前,全世界脱硫工艺共有100多种,按其燃烧的过程可分为:燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫(烟 气脱硫)。烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization, FGD )技术,是 目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫技术,被认为 是SO2污染控制最为行之有效的途径。石灰石一石膏湿 法脱硫工艺、氨法脱硫工艺和循环流化床干法脱硫工艺 是目前商业应用上最具有代表性的烟气脱硫工艺,下面 分别对这些工艺进行简单介绍。(1)石灰石一石膏湿法脱硫工艺石灰石一石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石作为脱硫吸收剂,石灰石小
2、颗粒经磨细成粉状与水混合 搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内,吸收浆液与烟气接触 混合,烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙及鼓入的氧化空 气进行化学反应被脱除,最终反应产物为石膏。脱硫后 的烟气经除雾器除去携带的细小液滴,排入烟囱。脱硫 石膏浆液经脱水装置脱水后回收,脱硫废水经处理后供 电厂综合利用。根据市场对脱硫石膏的需求情况、脱硫S02吸收系统是烟气脱硫系统的核心,主要包括吸收 塔、除雾器、循环浆泵和氧化风机等设备。在吸收塔内, 烟气中的SO2被吸收浆液洗涤并与浆液中的CaC03发生 反应,在吸收塔底部的浆池内被氧化风机鼓入的空气强 制氧化,最终生成石膏晶体,由石膏浆液排出泵送入石 膏处理系统。这两
3、个过程的反应方程式如下:2CaCO3+ H20 + 2so2=2CaSO3- I/2H2O + 2cO22CaSO31/2H2O + O2 + 3H2O=2CaSO4-2H2O在吸收塔的出口设有两级除雾器,以除去脱硫后烟 气携带的细小液滴,使烟气中的液滴含量低于 75mg/Nm3o脱硫系统按每台机组配一座逆流式喷淋吸收塔设 计,吸收塔为圆柱体、碳钢结构,橡胶或玻璃鳞片防腐 内衬。吸收塔直径约为13m,底部为循环浆池,上部为 喷淋层和除雾器两部分;采用4层喷淋层结构,浆液循 环泵按照单元制设置,每台循环泵对应一层喷嘴,设仓 库备用泵叶轮一套。在脱硫系统解列或出现事故停机需要检修时,吸收 塔内的吸
4、收浆液由石膏排出泵排出,存入事故浆罐中, 以便对吸收塔进行维修。1.1.1.4 吸收剂制备系统两台机组的脱硫装置公用一套吸收剂制备系统。石 灰石粉(颗粒S250um)由自卸罐车送至FGD,卸入卸料斗,料斗上部用钢制格栅防 止大粒径的石灰石进入;用提升机及埋刮板机把石灰石 粉送入石灰石粉仓。再由称重给料机送到石灰石浆液箱, 经浆液搅拌器搅拌后中制成20-30%的石灰石浆液,然后 经石灰石浆液泵送至吸收塔。卸料斗及石灰石粉仓的设计有除尘通风系统,石灰 石粉仓的容量按锅炉在BMCR工况运行3天(每天按24 小时BMCR计)的吸收剂耗量设计,在适当位置设置金属 分离器。石灰石浆液箱入口的给料机应具有称
5、重功能。1.1.1.5 石膏处理系统吸收塔的石膏浆液通过石膏浆液排出泵送入石膏旋 流器站。浓缩后的旋流器底流成分为粗石膏颗粒,直接 进入真空皮带脱水机进行二级脱水。为生产无二次污染 的石膏,在脱水过程中用新鲜工业水冲洗石膏,使氯含 量达到要求的水平。旋流器溢流含有细小的固体颗粒(细 石膏粒子、新鲜石灰石、未溶解的石灰石杂质和飞灰), 通过石膏浆液箱返回吸收塔或被废水旋流泵送往废水处 理系统。石膏脱水系统为2台机组公用系统,设有2台真空 皮带脱水机,每台真空皮带脱水机容量为2台机组在设 计工况脱硫时的100%的石膏量。脱水机排出的石膏残余水量不超过10%(wt),石膏从 真空皮带脱水机尾部落到石
6、膏库房。石膏库的有效容积 按存放两套FGD装置(设计煤种BMCR状况)运行3天的 石膏量设计。1.1.1.6 废水处理系统在脱硫过程中FGD系统产生的废水必须通过废水处 理装置进行净化处理,才能够将脱硫废水中所含各项污 染物指标降低至规定的标准,实现综合利用。由废水旋流器溢流出的废水自流入废水处理系统, 此后废水依次经过中和箱、沉降箱、絮凝箱、浓缩澄清 池、净水箱进行处理后出水。浓缩澄清池底部产生的污 泥达到一定量时由污泥泵周期性地送入离心脱水机进行 脱水处理,固化后的泥饼外运。1.1.1.7 供水系统脱硫系统平均每小时用水量约190t/h。脱硫岛用水根 据所需水质不同分为I类工艺水和II类工
7、艺水。I类工艺水采用本工程的经浓缩后的循环水排污 水,主要的耗水地点是除雾器冲洗用水、所有浆液输送 设备、输送管路的冲洗水;由工艺水箱和工艺水泵向脱 硫岛提供I类工艺水约160t/hoII类工艺水使用厂用工业水,主要的耗水地点是脱 硫岛内设备冷却水、真空泵用水、石膏冲洗水;由工业 水箱和工业水泵向脱硫岛提供II类工艺水,约30t/h。1.1.1.8 主要设备烟气脱硫系统的设备及主要设施有:石灰石粉仓、 石灰石浆液箱、石灰石浆液泵、吸收塔、吸收塔循环浆 泵、石膏浆液排出泵、除雾器冲洗水泵、真空皮带脱水 机、真空泵、石膏浆液旋流器等。脱硫岛的大部分设备和材料可以采用国产,必要时 可由国外供货的设备
8、有:吸收塔喷嘴、除雾器、吸收塔 搅拌设备、旋流器、所有接触浆液的调节阀门等。1.4.3 脱硫装置总体布置脱硫岛布置方案取消了脱硫增压风机,吸收塔与烟 囱平齐布置。循环浆泵房,氧化风机房及电子设备小间 靠近脱硫塔布置。烟囱布置事故浆液箱,烟囱后方西侧 设置脱硫综合楼,脱硫配电室、吸收剂制备、石膏及脱 硫废水处理车间等均位于脱硫综合楼内。1.4.4 脱硫工程建设条件1.4.4.1 脱硫工艺用水、汽、气脱硫岛用水根据所需水质不同分为工艺水和工业水 两类。脱硫系统用压缩空气需用总量为7.5Nm3/min。1.4.4.2 脱硫副产物的处置从脱硫吸收塔排出的石膏浆液固体物浓度含量约为 10%15%,经水力
9、旋流器浓缩至固体物含量4050%后进 入真空皮带脱水机,经脱水处理后的石膏固体物含水率 小于10%,脱水石膏送入石膏库房中存放待运。厂区内 脱硫石膏贮库按存放3天的石膏量考虑。真空皮带脱水机出力按2台机组BMCR状态下燃用 设计煤种时脱硫石膏产生量的2x100%设计,同时需满足 设计煤种2时石膏处理量。脱硫石膏产量见下表。炉外脱硫石膏产量(含杂质)项目设计煤种校核煤种燃煤量(BMCR)一台炉两台炉一台炉两台炉小时燃煤量(t/h)2.9845.9682.9695.938年燃煤量(xlOWa)1.6413.2821.6333.266注:a)按CaSO4-2H2O有效含量90%计算;b)锅炉的年利用
10、小时数按5500小时计算;c)燃煤量按锅炉B-MCR工况计算。1.4.4.3 废水处理在脱硫过程中FGD系统产生的废水必须通过废水处 理装置进行净化处理,才能够将脱硫废水中所含各项污 染物指标降低至规定的标准,实现综合利用。由废水旋流器溢流出的废水自流入废水处理系统, 此后废水依次经过中和箱、沉降箱、絮凝箱、浓缩澄清 池、净水箱进行处理后出水。浓缩澄清池底部产生的污 泥达到一定量时由污泥泵周期性地送入离心脱水机进行脱水处理,固化后的泥饼外运。1.5烟气脱硝1.5.1 烟气脱硝装置工艺选择NOx是燃煤与空气在高温燃烧时产生的,主要包括 NO和NO2,其中NO占有90%以上,NO2占5%10%。氮
11、氧化物的生成量与燃烧方式,特别是燃烧温度和过量 空气系数等燃烧条件有关,其主要生成途径有:热力型 NOx、快速型NOx和燃料型NOx。1.5.2 脱硝工艺介绍在采用低氮燃烧技术后,循环流化床锅炉产生的 NOx浓度已经降低到200mg/Nm3以下,进一步的脱硝只 能采取烟气脱硝技术。目前在大型机组上已有商业运行 经验的烟气脱硝技术有选择性催化还原法(SCR)和选择 性非催化还原法(SNCR)两种。其他脱硝工艺还有电子束 照射法和电晕放电等离子同时脱硫脱硝法,但由于部分 相关技术的限制以及脉冲电源技术尚不成熟等原因,目 前在大型锅炉上尚无应用。1.5.2.1 选择性催化还原法(SCR)SCR工艺是
12、向锅炉烟气中喷入氨气(N%)作为还原 剂,使用氧化钛、氧化铁、沸石、活性碳等催化剂,在 300400较低的工作温度下,将NOx还原为无害的N2 和 H2Oo主要的化学方程式如下:4NO+4NH3+O2MN2+6H2O2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O上述反应中第一反应是主要的,因为烟气中90%的 NOx是以NO的形式出现的,在没有催化剂的条件下, 这个反应只是在比较狭窄的温度下进行,通过选用合适 的催化剂,降低了反应温度,可以扩展到适合电厂使用 的温度范围内。选择性催化还原法,脱硝装置结构简单、无副产品、 运行方便、可靠性高、脱硝效率可达到90%o该法的缺 点是:烟气中所含的飞灰和SO
13、3均通过催化剂反应器, 飞灰对催化剂反应器有磨损,高活性的催化剂会使SO3 氧化成SO4,烟气温度降低时,NH3与SO4反应生成硫酸 氨,造成阻塞催化剂反应器通道。目前全世界在运行的脱硝装置约80%采用了 SCR工 艺,该工艺技术成熟,在全世界脱硝方法中占主导地位。 选择性非催化还原法(SNCR)选择性非催化还原法(SNCR)是当前NOx治理采用 的技术之一。SNCR通过注入NH3或尿素等还原剂在没 有催化剂的情况下发生还原反应。SNCR通过烟道气流中 产生的氨自由基与NOx反应,达到去除NOx的目的,反 应主要发生在8501000C的温度范围内,当温度更高 时NH3被氧化为NOx,低于反应温
14、度时NOx反应效率降 低,因此在SNCR中温度的控制是致关重要的。由于没 有催化剂加速反应,故其操作温度高于SCR法。为避免 NH3被氧化,温度又不宜过高。以尿素作为还原剂的脱硝工艺主要反应尿素 2NO + (NH2)2CO + 1/202 7 2N2 + 2H2O + C02反应温度应控制在8501100,最佳950 o温度 高,NH3发生氧化,NOx去除率降低;温度低,反应不 完全,逃逸NH3增力口,NOx去除率降低。停留时间0.52s。SNCR法的除硝效率在CFB锅炉为40%70%,低于 SCR法。而SNCR的费用(包括设备费和运行费用)约为 SCR的1/5左右。结合本工程特点,脱硝工艺
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