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水泥廠脫硫

點(diǎn)擊數(shù):4475發(fā)布:2016-09-30 來(lái)源: 四川天宇興源環(huán)??萍加邢薰?/a>

             

重慶**水泥有限公司窯尾煙氣脫硫工程

四川天宇興源環(huán)保科技有限公司

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一、概述

重慶**水泥有限公司現(xiàn)有一條2500 t/d新型干法水泥生產(chǎn)線,目前窯尾煙氣SO2排放濃度最高達(dá)500 mg/m3(工況),現(xiàn)要求窯尾煙氣SO2排放濃度小于100mg/m3。

   本項(xiàng)目廠區(qū)內(nèi)另建有一套SNCR煙氣脫硝系統(tǒng),利用氨水作為還原劑,在分解爐高溫區(qū)域內(nèi)氨和氮氧化物反應(yīng),將氮氧化物降至300mg/m3以下。本工程擬采用高溫氨法脫硫,通過(guò)氨水和SO2反應(yīng),生成硫酸銨、硫酸氫銨、亞硫酸銨、亞硫酸氫銨等硫酸根化合物,去除煙氣中的SO2,噴射位置位于C2/C3煙氣出口管道。氨水的卸載和儲(chǔ)存單元可以利用原有SNCR脫硝系統(tǒng)的設(shè)備,采用一體化的集成設(shè)備,不需要增加土建工程,安裝簡(jiǎn)單方便,無(wú)需停窯,僅需脫硝系統(tǒng)短暫停機(jī),將氨水接入脫硫集成設(shè)備內(nèi),不會(huì)造成氮氧化物超標(biāo),電氣控制系統(tǒng)并入原有脫硝系統(tǒng)內(nèi),統(tǒng)一控制管理。



二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1、設(shè)計(jì)基本參數(shù)

以下設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)水泥生產(chǎn)線檢測(cè)儀表記錄而來(lái),其他工藝參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)考慮嚴(yán)格于現(xiàn)有的工藝參數(shù)。

生產(chǎn)線煙氣參數(shù)


2.2、物料介質(zhì)主要參數(shù)

(1)脫硫劑17%氨水

(2)電源

動(dòng)力電源:三相五線制 380 V/ 220 V,50Hz

事故電源:直流 220 V

控制電源:直流 220 V或交流 220 V

(3)壓縮空氣

壓力:0.4Mpa~0.6Mpa 

溫度:常溫


三、設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)

3.1、概述

本項(xiàng)目為重慶**水泥有限公司2500 t/d新型干法水泥生產(chǎn)線煙氣脫硫工程,具體設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)上述表格。

本工程采用高溫氨法脫硫工藝,脫硫劑采用17%濃度的氨水溶液。脫硫系統(tǒng)運(yùn)行方式為連續(xù)運(yùn)行,該系統(tǒng)具有很高的可靠性和可用率,不會(huì)因?yàn)樵撓到y(tǒng)的故障而導(dǎo)致水泥生產(chǎn)線停機(jī)。

我方提供安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)的,且能滿足環(huán)境保護(hù)要求的脫硫系統(tǒng)。

3.2、規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)

脫硫裝置的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、試運(yùn)行等應(yīng)符合相關(guān)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。

脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、供貨、調(diào)試、試驗(yàn)及檢查、試運(yùn)行、考核、最終交付等應(yīng)符合相關(guān)的法律及規(guī)范。

工程中的工作語(yǔ)言為中文,所有的文件、圖紙均用中文進(jìn)行編寫(xiě)。 

3.3、設(shè)計(jì)目標(biāo)

(1)脫硫項(xiàng)目采用先進(jìn)、成熟、可靠的脫硫技術(shù),布局合理、裝備優(yōu)良、運(yùn)行經(jīng)濟(jì),維護(hù)方便。

(2)在窯爐任何生產(chǎn)負(fù)荷范圍內(nèi),以氨水為脫硫劑作為考核標(biāo)準(zhǔn),廢氣中SO2排放濃度不高于100mg/m3(工況,氧含量10%,干基)。

(3)脫硫系統(tǒng)設(shè)備管路密封良好,無(wú)泄漏。

(4)脫硫裝置的調(diào)試、啟停和運(yùn)行應(yīng)不影響水泥生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。

(5)車(chē)間布置留有足夠的通道,包括施工、檢修需要的吊裝及運(yùn)輸通道。

(6)脫硫效率以及SO2的排放達(dá)到環(huán)保部門(mén)規(guī)定要求,同時(shí)不影響水泥生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)。

3.4、性能保證

在水泥窯爐上新建脫硫系統(tǒng),其目的是為了確保鍋爐煙氣中SO2的排放濃度在生產(chǎn)的任何情況低于環(huán)保局要求的排放濃度。

表格中計(jì)算數(shù)值依據(jù)業(yè)主方給定數(shù)據(jù),氨水耗量為高溫氨法脫硫系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行,SO按最大值500mg/m3降至100 mg/m3的氨水(17%)理論耗量,實(shí)際使用過(guò)程中氨水耗量根據(jù)窯爐實(shí)際運(yùn)行情況確定。

四、脫硫工藝介紹

4.1、工藝系統(tǒng)說(shuō)明

4.1.1、SO2的產(chǎn)生及排放過(guò)程

水泥窯系統(tǒng)中的硫是由原料和燃料帶入的。原料中的硫以有機(jī)硫化物、硫化物(簡(jiǎn)單硫化物或者復(fù)硫化物如硫鐵礦)或者硫酸鹽的形式存在,單質(zhì)硫可以忽略不計(jì)。原料中存在的硫酸鹽在預(yù)熱器系統(tǒng)通常不會(huì)形成SO2 氣體,大體上都會(huì)進(jìn)入窯系統(tǒng)。其中一部分硫酸鹽會(huì)在窯內(nèi)高溫帶發(fā)生分解,生成的SO2 氣體隨窯氣向窯尾運(yùn)動(dòng),在到達(dá)最低兩級(jí)預(yù)熱器等溫度較低區(qū)域時(shí),冷凝在溫度較低的生料上,并隨生料沉集一起進(jìn)入窯內(nèi),形成一個(gè)在預(yù)熱器和窯之間的循環(huán),而未分解的硫酸鹽則會(huì)隨著熟料離開(kāi)窯系統(tǒng)。原料中以其他形式存在的硫(主要以硫化物形式存在),則會(huì)在300~600℃被氧化生成SO2氣體,主要發(fā)生在五(四)級(jí)預(yù)熱器的第二級(jí)旋風(fēng)筒或者六級(jí)預(yù)熱器的第三級(jí)旋風(fēng)筒。在預(yù)分解窯系統(tǒng)內(nèi),燃料由窯頭和分解爐喂入。分解爐燃料燃燒生成的SO2會(huì)被分解爐存在的大量活性CaO吸收,生成的CaSO4隨物料經(jīng)最低級(jí)旋風(fēng)筒由窯尾煙室進(jìn)入窯內(nèi)。窯頭喂入的燃料產(chǎn)生的SO2氣體會(huì)和硫酸鹽在窯內(nèi)高溫帶分解產(chǎn)生的SO2氣體經(jīng)歷類(lèi)似的歷程。

原料中的硫氧化產(chǎn)生的SO2在通過(guò)上級(jí)旋風(fēng)筒時(shí)會(huì)被部分吸收,其余則隨廢氣一道從預(yù)熱器排出。如果廢氣用于烘干原料,則SO2在原料磨中進(jìn)一步被吸收。在溫度低于600℃的情況下,CaCO3對(duì)SO2的吸收效率要遠(yuǎn)低于CaO。上面兩級(jí)預(yù)熱器中CaCO3分解率極低,且僅有少量CaO被煙氣從高溫部分帶上去,因此吸收效率很低。再加上此時(shí)濕度較低以及排放前的停留時(shí)間較短,SO2排放濃度可能很高。如果存在有機(jī)硫化物,其氧化行為與硫鐵礦接近。

總之,新型干法水泥生產(chǎn)過(guò)程中的SO2排放與燃料帶入的硫和硫酸鹽在預(yù)熱器和窯之間的循環(huán)關(guān)系不大,而與原料中硫化物的量密切相關(guān)。

4.1.2、脫硫工藝基本原理

   目前水泥廠可以采用的脫硫技術(shù)主要包括干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫。干法脫硫工藝包括反應(yīng)劑噴注法、熱生料噴注法等,半干法脫硫主要是噴霧干燥脫硫法,濕法脫硫包括氨法脫硫、雙堿法脫硫、石灰石石膏法等脫硫工藝。

   反應(yīng)劑噴注法是指將熟石灰噴入預(yù)熱器系統(tǒng)適當(dāng)位置,利用熟石灰與SO2反應(yīng),生成亞硫酸鈣,隨物料進(jìn)入窯系統(tǒng),此后經(jīng)歷的過(guò)程與原料、燃料中帶有的硫類(lèi)似,在窯系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán),未分解的硫酸鈣排除窯系統(tǒng),達(dá)到脫出SO2的目的?;?/span>SO2的產(chǎn)生位置,脫硫劑的噴射位置一般位于C2/C3煙氣出口管道上。

  熱生料噴注法是將已分解的生料喂入預(yù)熱器系統(tǒng)適當(dāng)位置。已分解的生料中含有大量的CaO,CaO可以與SO2反應(yīng)生成硫酸鈣。噴射的位置同樣位于C2/C3的煙氣出口管道。

  噴霧干燥脫硫法是一種濕法與干法相結(jié)合的脫硫工藝,將消化后的石灰石漿液噴入吸收塔,霧化后的小液滴中含有大量Ca(OH)2顆粒,煙氣中的SO2會(huì)溶于溶液中反應(yīng)被吸收。一般利用水泥廠的增濕塔作為吸收塔,未反應(yīng)的Ca(OH)2隨著煙氣進(jìn)入尾部收塵后排出,生成的含硫化合物隨窯灰進(jìn)入生料磨。

   氨法脫硫目前廣泛應(yīng)用于電廠脫硫系統(tǒng)內(nèi),是一種高效、低成本的濕法脫硫工藝,脫硫效率可達(dá)95%以上。該工藝?yán)冒彼諢煔庵械?/span>SO2生成亞硫酸銨,在富氧條件下亞硫酸銨會(huì)被氧化成硫酸銨,從而脫除煙氣中的SO2。該工藝在水泥廠具有很高的應(yīng)用價(jià)值,水泥廠一般都建有SNCR脫硝系統(tǒng),利用SNCR脫硝系統(tǒng)的氨水作為脫硫劑,可減少一次投資成本,運(yùn)行管理方便。

   雙堿法脫硫是采用鈉基脫硫劑進(jìn)行塔內(nèi)脫硫,由于鈉基脫硫劑堿性強(qiáng),吸收二氧化硫后反應(yīng)產(chǎn)物溶解度大,不會(huì)造成過(guò)飽和結(jié)晶,造成結(jié)垢堵塞問(wèn)題。另一方面脫硫產(chǎn)物被排入再生池內(nèi)用氫氧化鈣進(jìn)行還原再生,再生出的鈉基脫硫劑再被打回脫硫塔循環(huán)使用。雙堿法脫硫工藝應(yīng)用在水泥廠脫硫時(shí)需要建設(shè)脫硫塔,一次投資成本較大。

   石灰石石膏法主要應(yīng)用于火電廠的煙氣脫硫工程,采用石灰石或石灰作為脫硫吸收劑,石灰石經(jīng)破碎磨細(xì)成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液,當(dāng)采用石灰為吸收劑時(shí),石灰粉經(jīng)消化處理后加水制成吸收劑漿液。在吸收塔內(nèi),吸收漿液與煙氣觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)從而被脫除,最終反應(yīng)產(chǎn)物為石膏。一次投資成本過(guò)大,占地面積高,運(yùn)行成本高,系統(tǒng)管理復(fù)雜,該工藝并不適用于水泥廠脫硫系統(tǒng)中。

   綜上分析,本項(xiàng)目廠區(qū)內(nèi)同時(shí)設(shè)有SNCR 脫硝系統(tǒng),SNCR 脫硝系統(tǒng)利用氨水作為脫硫劑,為了降低成本,同時(shí)又能達(dá)到脫硫的效果,本項(xiàng)目采用氨法脫硫。利用氨水作為脫硫劑,噴入煙氣系統(tǒng)內(nèi),使氨和SO2 反應(yīng),達(dá)到脫硫的目的,一般噴射位置選擇C2/C3 煙氣出口。

脫硫反應(yīng)脫硫效率的主要影響因素有氨硫比、溫度、脫硫劑與煙氣混合程度等因素。

氨水在適合的噴射位置均勻的分配在煙氣中,根據(jù)不同噴射形式和噴射系統(tǒng)任務(wù),氨水液滴將被均勻的分布在反應(yīng)區(qū)域的截面上。

脫硫反應(yīng)氨硫比一般控制在2.5左右(按全部生成硫酸銨計(jì)算),噴氨量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致較大的氨逃逸,對(duì)除塵設(shè)備造成一定腐蝕。選擇合理的噴射位置,合適的噴氨量,將不會(huì)對(duì)后續(xù)處理設(shè)備造成影響。因此選取合適的的噴槍?zhuān)侠淼膰娚浣嵌燃皣娚渚嚯x就顯得尤為重要。

4.2、氨法脫硫系統(tǒng)主要設(shè)備

氨法脫硫裝置整套工藝是全機(jī)械化和自動(dòng)運(yùn)行的,主要包括4個(gè)分系統(tǒng):

1)氨水卸載、儲(chǔ)存系統(tǒng)

2)集成系統(tǒng)

3)噴射與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4)工藝的管理和控制系統(tǒng)

4.2.1、氨水卸載、儲(chǔ)存系統(tǒng)

  氨水運(yùn)輸和儲(chǔ)存需要特別的安全措施,槽車(chē)上的氨水經(jīng)卸氨泵儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中,儲(chǔ)存在立式的304不銹鋼儲(chǔ)罐中。為了防止由于過(guò)熱引起的氨氣的釋放,儲(chǔ)罐體以及其輔助設(shè)施采取遮陽(yáng)防雨措施以避免陽(yáng)光直曬和雨淋。安全起見(jiàn),儲(chǔ)罐不置于密閉的房間內(nèi)。一般氨水儲(chǔ)存量滿足5~7天的氨水用量即可。

氨水儲(chǔ)罐設(shè)有1個(gè)泵模塊用來(lái)從槽車(chē)向儲(chǔ)罐加注氨水(PMF),該模塊同時(shí)還可以用于緊急排水或?yàn)楣摅w維修時(shí)做排液準(zhǔn)備。

氨水儲(chǔ)存罐、卸氨泵站利用原有脫硝系統(tǒng)的設(shè)備,不另增加。

4.2.2、集成系統(tǒng)

  集成系統(tǒng)包括氨水的輸送系統(tǒng)、計(jì)量分配系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng),是整個(gè)脫硫工藝的核心。由于本項(xiàng)目脫硫系統(tǒng)不是連續(xù)運(yùn)行,僅設(shè)置一臺(tái)泵,將氨水輸送至噴射模塊。輸送系統(tǒng)包含必要的閥門(mén)、止回閥、過(guò)濾器、壓力表。計(jì)量分配系統(tǒng)用來(lái)測(cè)量和控制正常運(yùn)行時(shí)需要的脫硫劑量的組件被裝配在給料分配模塊中,這些模塊配有一個(gè)控制閥和一個(gè)流量變送器,用來(lái)自動(dòng)控制到噴槍的脫硫劑溶液總流量。

  另外,計(jì)量分配系統(tǒng)還包括手動(dòng)閥門(mén)、氣動(dòng)控制閥門(mén)??梢苑奖沆`活地控制每根噴槍的實(shí)際流量,以便于獲得更加均勻的流場(chǎng)分布。在分配柜中還設(shè)置有壓力開(kāi)關(guān)及閥門(mén),可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)分配柜的運(yùn)行狀態(tài),保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。

4.2.3、脫硫劑噴射系統(tǒng)

  噴射系統(tǒng)由壓縮空氣減壓模塊、壓縮空氣環(huán)管、氨水環(huán)管、噴槍組成,噴槍布置在C2/C3出口煙氣管道內(nèi),共布置4支噴槍?zhuān)瑐?cè)方向噴入,所有脫硫劑的流量平均分配到每一只噴槍內(nèi),保證最佳的霧化效果,最大的覆蓋面積。   噴槍采用雙流體噴嘴內(nèi)部混合。每支噴槍由外部的壓縮空氣管和靠?jī)?nèi)部的氨水溶液管組成。內(nèi)部管與外部管相連接,外部管通過(guò)卡套接頭與噴槍套管連接。噴槍具有極高的穿透力,還可以調(diào)節(jié)噴霧效果和液滴的尺寸。對(duì)于有角度的噴槍?zhuān)瑖娚浣嵌瓤梢栽谶\(yùn)行期間進(jìn)行改變。噴槍沒(méi)有可移動(dòng)部件,只有外部管是可以活動(dòng)的。在現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)調(diào)節(jié)外部管以獲得不同的噴霧形式。

固定安裝的噴槍通過(guò)外纏不銹鋼的聚四氟乙烯軟管向爐窯內(nèi)噴射氨水。


標(biāo)準(zhǔn)的噴槍的外徑為22mm,并且通過(guò)5/4”的快速接頭直接連接。噴槍的最小外徑可達(dá)12mm。標(biāo)準(zhǔn)的噴槍可以安裝在1-?”的滑動(dòng)管上,用于自動(dòng)伸縮系統(tǒng)。噴槍安裝時(shí),調(diào)整好正確的插入深度和噴霧效果后,使用卡套接頭在相應(yīng)的位置進(jìn)行固定。需要維護(hù)噴槍時(shí),打開(kāi)快速接頭即可卸下噴槍?zhuān)匦虏迦霑r(shí)無(wú)需再次調(diào)整。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行噴槍的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì),可以生產(chǎn)單一或多重噴霧、無(wú)角度或帶角度以及扇形噴霧,也可以根據(jù)具體的項(xiàng)目設(shè)計(jì)霧滴的大小。對(duì)于更為惡劣的使用環(huán)境,噴槍還可以安裝一個(gè)可選擇的護(hù)套,材質(zhì)為耐熱的不銹鋼。

對(duì)于規(guī)模較大的系統(tǒng),用于控制和監(jiān)測(cè)噴槍的設(shè)備可以組裝在單獨(dú)的噴射模塊內(nèi)。小系統(tǒng)則會(huì)與給料分配系統(tǒng)結(jié)合在一起。

-HOPE噴槍組件

噴槍位置位于C2/C3煙道出口,共設(shè)置4支噴槍?zhuān)彼黄骄峙涞矫恐姌寖?nèi),保證脫硫劑充分覆蓋整個(gè)煙道。



制和管4.2.4、控理系統(tǒng)



噴槍位置位于C2/C3煙道出口,共設(shè)置4支噴槍?zhuān)彼黄骄峙涞矫恐姌寖?nèi),保證脫硫劑充分覆蓋整個(gè)煙道。


4、24控制和管理系統(tǒng)

控制和管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)、控制、管理以及監(jiān)測(cè)等所有處理功能。主要的硬件設(shè)備有:


1)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 “分布式計(jì)算機(jī)控制模塊”,安裝在儲(chǔ)罐區(qū)域或統(tǒng)一布置于廠區(qū)配電室內(nèi)。

2)脫硫控制系統(tǒng)并入原有脫硝系統(tǒng)內(nèi)。

本套脫硫系統(tǒng)控制可并入原有電氣系統(tǒng)中

“分布式計(jì)算機(jī)控制模塊”包括帶有運(yùn)行程序的PLC和一個(gè)有觸摸屏的人機(jī)界面。它接收來(lái)自爐窯和其附屬控制柜的二進(jìn)制信號(hào)和模擬信號(hào),通過(guò)換算,為還原反應(yīng)提供設(shè)定值并且和子控制柜以及中控室進(jìn)行交流。PLC可以直接與全廠DCS進(jìn)行通信。 PLC操作將由觸摸屏實(shí)現(xiàn)。工藝圖片用于操作和系統(tǒng)管理。這些圖片使操作更加容易直觀,常用命令基本都在界面上給出并通過(guò)按鈕即可操作。必要的工藝數(shù)據(jù)在操作終端上顯示并傳送到廠區(qū)DCS上進(jìn)行正常監(jiān)視。

“分布式計(jì)算機(jī)控制模塊”還包括脫硫劑輸送模塊和計(jì)量輸送系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和處理功能。觸摸屏用來(lái)向系統(tǒng)發(fā)出指令,還可以查看系統(tǒng)運(yùn)行信息等。PLC里的運(yùn)行程序記錄了工藝參數(shù)、運(yùn)行生成的曲線以及處理運(yùn)行圖片,報(bào)警等。分布式計(jì)算機(jī)控制模塊主要的分布式計(jì)算機(jī)控制模塊經(jīng)常布置在罐區(qū),需要防塵、防水,但同時(shí)也可以布置在專(zhuān)門(mén)的電氣設(shè)備間,中控室或者分解爐的給料和噴射設(shè)備附近。

脫硫控制系統(tǒng)也可并入原有脫硝系統(tǒng)中,利用原有的控制柜及PLC模塊,若模塊不足可以根據(jù)需要擴(kuò)展,模塊補(bǔ)充部分費(fèi)用已經(jīng)包括在本案報(bào)價(jià)中,本工程采用該種方式。

 五、設(shè)備清單


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