燃煤电厂废气处理设计方案

燃煤电厂
废气处理设计方案
学校吉首大学
学院资环学院
班级07环境工程
姓名黄观石
学号
日期2009-12-12
1.工程概况
电厂主要以燃煤作为能量提供，煤炭在燃烧过程中排放出大量的废气，废气中含有较高浓度的SO2。

该废气若不经处理直接排入大气，不仅会污染周围的环境，而且导致了极大的原物料消耗，同时对企业的形象也会造成一定的影响，为此，必须进行处理。

工业废气处理，主要目的就是为了去除工业生产排放废气中的有毒有害物质及烟尘，使其处理后达标排放，减少大气污染。

根据现场调查和研究分析，就废气中的SO2和粉尘治理和回收工艺制定可行性方案，以供企业和环保管理部门参考，为今后工程的正式实施提供准备。

2.设计依据
2.1废气中所含污染物种类、浓度及温度
污染物种类：SO2、粉尘
污染物排放量：初始SO2浓度为6%，初始含尘浓度为6g/m3，废气排放量为52000m3N/h
初始烟气温度：393K
烟气其余性质近似于空气。

2.2设计规模
废气处理量：52000m3N/h
备注：本方案按最大值设计。

2.3设计范围
从车间排气管汇合后出口开始，经装置入口至排风机出口之间，所有工艺设备、连接管道、管件、阀门、风机、电气装置、自动控制设备等。

2.4处理后气体排放浓度
废气排放标准应执行GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》中的二级标准，具体见表1。

表1GB16297-1996中SO2与粉尘的二级排放标准
2.5设计参考资料以及法规标准
《通风除尘技术》
《环保设备材料手册》
《建设项目环境保护管理条例》
中华人民共和国国务院令第253号1998
《除尘装置系统及设备设计选用手册》
2.6控制系统
采用可编程逻辑控制器(PLC)系统的自动控制，以实现治理系统的操作最优化，降低运行费用，增加设备运行的可靠性。

3.工艺设计
3.1设计原则
1.严格执行国家环境保护有关法规，按规定的排放标准，使处理后的废气各项指标达到且优于标准指标。

（合法）
2.采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺，并具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。

（技术）
3.工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的灵活性和调节余地，确保达标排放。

（维修）
4.在运行过程中，便于操作管理、便于维修、节省动力消耗和运行费用。

（节能）
3.2废气处理方法选择
3.2.1脱硫方法的比较和选择
目前在国内外应用较广泛的脱硫技术主要有湿式石灰石—石膏法、喷雾干燥法、湿法脱硫技术如氧化镁法、海水脱硫法、氨法、双碱法、干法烟气脱硫技术如干法喷钙脱硫、循环流化床烟气脱硫等。

.1石灰石--石膏法烟气脱硫工艺
石灰石-石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术它的工作原理是：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比低，脱硫效率可大于95%该工艺技术成熟，脱硫效率高，国内大型火力发电厂绝大部分采用此工艺进行脱硫。

2.喷雾干燥法烟气脱硫工艺
喷雾干燥法是20世纪80年代迅速发展起来的一种湿—干法脱硫工艺。

其脱硫过程是，SO2被雾化的Ca(OH)2浆液或Na2CO3溶液吸收。

同时温度较高的烟气干燥了液滴，形成干固体废物。

干废物由带式除尘器或电除尘器捕集。

喷雾干燥法是目前市场份额仅次于湿钙法的烟气脱硫技术，其设备和操作简单，可使用碳钢作为建筑材料，不存在由微量金属元素污染的废水。

喷雾干燥器出口温度控制在较低但又在露点温度以上的安全温度。

因此，不需要重新加热系统。

干的固体废物减少了废物体积，另外，脱硫系统的烟气压力适中，吸收剂输送量小，因此，系统能耗较低，只是湿法工艺所需能好的1/2~1/3.
3.氧化镁湿法脱硫技术
氧化镁湿法脱硫的反应过程与氧化钙法相似，都是碱性金属氧化物与水反应生成氢氧化物，再与烟气中二氧化硫溶于水而生成的亚硫酸进行中和反应脱硫反应产物中的亚硫酸镁可以制取氧化镁，同时副产品二氧化硫制成硫酸，实现镁资源和硫资源的循环利用氧化镁湿法脱硫工艺系统简单造价低；运行可靠无结垢；运行电费低；脱硫效率高；对烟气变化适应性好；副产品循环利用。

4.海水脱硫工艺
海水脱硫工艺是利用海水的碱度达到脱除烟气中二氧化硫的一种脱硫方法在脱硫吸收塔内，大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气，烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去，净化后的烟气经除雾器除雾经烟气换热器加热后排放吸收二氧化硫后的海水与大量未脱硫的海水混合后，经曝气池曝气处理，使其中的SO2被氧化成为稳定的SO2，并使海水的pH值与COD调整达到排放标准后排放大海海水脱硫工艺一般适用于靠海边扩散条件较好用海水作为冷却水燃用低硫煤的电厂。

5.烟气循环流化床脱硫工艺
烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制系统等部分组成该工艺一般采用干态的石灰粉作为吸收剂，也可采用其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂锅炉排出的烟气从吸收塔底部进入，吸收塔底部为一个文丘里装置，烟气流经文丘里管后速度加快，并在此与很细的石灰粉末混合，形成流化床，在喷入均匀水雾降低烟温的条件下，吸收剂与烟气中的
二氧化硫反应生成CaSO3和CaSO4脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，进入再循环除尘器，被分离出来的颗粒经中间灰仓返回吸收塔，由于固体颗粒反复循环达百次之多，故吸收剂利用率较高此工艺占地面积少，投资较省，尤其适合于老机组烟气脱硫。

从脱硫效率考虑，综合考虑技术成熟程度和费用因素，应选择脱硫效率较高的湿法脱硫石灰石/石膏湿法脱硫工艺技术。

3.2.2除尘装置的比较和选择
根据除尘机理，目前常用的除尘器可分为：机械除尘器、电除尘器、袋式除尘器和湿式除尘器。

1.机械除尘器
机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力等）的作用是颗粒物与气流分离的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。

2.湿式除尘技术
湿式除尘技术是含有悬浮尘粒的气体与水相接触,当气体冲到润湿的器壁时,尘粒被器壁所黏附,或者当气体与喷洒的液滴相遇时,液滴在尘粒质点上凝集,增大了质点的质量,从而使之降落,达到除
尘的目的。

湿式除尘技术的优点:除尘效率比较高,可以处理湿度大、温度高或带黏性的粉尘及有爆炸危险的气体;投资少,结构简单,操作维修方便,占地小;除尘的同时能除去部分有害气体。

缺点是:能
耗较大,需耗用水或其他液体;需进行废液和泥浆的处理;处理某些气体时对金属设备有腐蚀作用,需要做防腐处理;对拒水性和水硬性粉尘
不能应用。

湿式除尘技术主要应用于中小型机组。

由于在除尘的
同时可以除去SO2等有害气体,因此多采用喷淋洗涤式,在喷淋液中加入脱硫剂,能取得很好的效果。

3.静电除尘技术
静电除尘技术是含尘气体在通过高压电场的过程中,使气体电离、尘粒荷电,并在电场力的作用下,使尘粒沉积于电极上,从含尘气体中分离出来的一种除尘方法。

静电式除尘技术的优点如下:除尘效率高,可超过99%;压力损失小;处理烟气量大;耐高温,普通钢材可在350℃以下运行。

静电式除尘技术的缺点如下:钢材耗量大;占地面积大;制造、安装、运行要求严格;对粉尘特性敏感,最适宜的粉尘比电阻范围为104～1012Ω·cm;烟气含尘浓度高时,要采用前置除尘。

1906年F.G.Cottrell第一次将电除尘器应用于工业生产,20世纪50年代以前,虽然有不少人对静电除尘技术的理论及实践做了大量的工作,但进展缓慢。

近20年来,随着工业化科技水平的提高,特别是环保要求日趋严格,静电除尘技术得到了非常迅速的发展,静电除尘器在燃煤电站得到了更广泛的应用。

4.袋式除尘技术
袋式除尘技术是使含尘气体通过滤袋材料,达到分离气体中固体粉尘的一种除尘方法。

滤袋式除尘技术的优点是除尘效率高。

袋式滤袋除尘技术可对亚μm粒径的细尘有较高的分级除尘效率;处理气体量的范围大,并能处理含尘浓度非常高的气体;对粉尘的特性不敏感,不受粉尘比电阻的影响;结构简单,操作维护方便,运行费用较低。

随着
新滤料材料的开发,运行温度可提高为160～200℃,甚至更高。

滤袋式除尘技术有以下缺点:体积与占地面积较大;阻力较大;对滤袋质量有严格要求,若滤袋破损率高,使用寿命短,则运行费用将大大增加;对于温度较高、湿度较大或带黏性的粉尘和有腐蚀性的气体在选用滤料时要慎重。

燃煤电站对除尘技术的选择与本国的烟尘排放标准密切相关,随着烟尘排放标准的日趋严格,越来越多的电厂选择高效的滤袋式除尘技术。

滤袋式除尘技术可达到99.99%的除尘效率,烟尘浓度可低于50mg/m3,这是其他除尘技术不可能做到的。

5.袋式除尘系统的特点
（1）除尘效率高,一般在99%以上,除尘器出口气体含尘浓度在数十mg/m3之内,对亚μm粒径的细尘有较高的分级效率;
（2）处理风量的范围广,小的仅1min数m3,大的可达1min数万m3,既可用于尘源的通风除尘,改善作业场所的空气质量,也可用于工业炉窑的烟气除尘,减少大气污染物的排放;
（3）结构简单,维护操作方便;
（4）在保证同样高除尘效率的前提下,造价低于电除尘器;
（5）采用玻璃纤维、涤纶等耐高温滤料时,可在200℃以上的高温条件下运行;
（6）对粉尘的特性不敏感,不受粉尘及电阻的影响。

燃煤机组的特点是,燃煤量大,烟气量大,烟气中的粉尘含量高。

为满足烟尘排放要求和保护大型风机免遭严重磨损,必需采用高效率的除尘技术目前,适用于燃煤机组的主流除尘技术是电除尘技术和袋式
除尘技术。

袋式除尘器的除尘效率一般可达99%以上，虽然它是最古老的除尘方法之一，但由于它除尘效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。

同时在结构型式、滤料、清灰方式和运行方式等方面也都得到不断发展。

结合本案例烟气特点，因其温度在393K，而且含有SO2，所以可以使用新型滤料涤纶，它的耐热、耐酸性能较好，耐磨性仅次于尼龙，可长期在410K下使用。

3.3系统工艺流程
图3-1系统工艺流程图
工艺流程说明：石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺采用廉价易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成
吸收浆液,当采用石灰为吸收剂时,石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液。

在吸收塔内,吸收浆液与烟气接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应从而被脱除,最终反应产物为石膏。

吸收塔内的反应、传递也极为复杂,总的反应为: CaCO3+SO2+1/2O2+2H2O→CaSO4·2H2O+CO2
脱硫后的烟气经除雾器除去携带的细小液滴,经烟囱排入大气,脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后回收利用。

剩余浆液与新加入的石灰石浆液一起循环,这样可以使加入的吸收剂充分被利用,并确保石膏晶体的增长。

石膏晶体的正常增长是最终产品处理比较简单的先决条件。

新鲜的吸收剂石灰石(CaCO)3浆液根据pH值和分离SO2量按一定比例直接加入吸收塔。

4.工艺系统说明
4.1概述
本工艺系统可分为如下3个系统：
废气收集系统，废气净化处理系统，排风系统。

废气收集系统主要包括局部集气罩，风量调节阀，管道。

废气净化处理系统主要包括袋式除尘器，原料输送系统、吸收剂浆液配制系统、烟气系统、SO2吸收系统、除雾器、石膏脱水及贮存和石膏抛弃系统。

排风系统主要包括排风机，风量调节阀和烟囱。

4.2主要工艺设备功能简述
1.袋式除尘器
主要作用：使含尘气体在排入大气之前被捕集下来，并使之达到大气污染物排放标准，防止污染大气，增加环境效益。

2.石灰石--石膏法烟气脱硫系统
主要作用：吸收烟气中大部分SO2，减少大气污染。

5.环境设备选择
5.1主要设备的主要设计参数计算
要求处理后达到的效果见表1。

1.袋式除尘器
（1）选择除尘器型式
根据废气性质和气量，选定除尘器型式、滤料及清灰方式：首先决定采用的袋式除尘器型式，对除尘效率要求较高、投资和设备皆有条件的情况我们选用脉冲袋式除尘器。

（2）计算主要参数确定型号
具体参数如下：
假设进口风速v F：2m/min；
风量Q：52000m3N/h；
总过滤面积/㎡：A=Q/60v F
所以A=52000/60×2=433m2
根据处理烟气量和总过滤面积，如果选择定型产品，即可选定除尘器
型号规格。

综合考虑本项目选择RP型组合式脉冲布袋除尘器。

（3）滤料的选择
对于滤料的选择，应综合考虑含尘延期的温度、湿度、酸性等确定滤料的材质，由于本案例废气中含SO2，且温度为393K，而本项目选择的涤纶绒布的耐热和耐酸性都较理想，是我国性能较好的一种滤料。

（4）除尘效率计算
对于已经确定的除尘系统，根据除尘器的效率和入口气体的含尘浓度，估算除尘器排出口浓度是否能达到国家规定的排放标准。

估算排出口的浓度可按下式计算：
C2=C1(1-n)
式中：C1——净化前气体含尘浓度（mg/m3）
C2——净化后气体含尘浓度（mg/m3）
n——净化效率（%）
由于C1为6000mg/m3，本项目n为99.7%~99.9%，取n为99.7% C2=C1(1-n)=6000（1-99.7%）=18mg<22mg
达到国家二级排放标准。

2.石灰石--石膏法烟气脱硫系统
（1）吸收剂浆液配置系统
在脱硫工艺方案选择时一般对石灰石来源和品质都应做过调查，石灰石来源应充足，能保证脱系统长期运行的供应量，一般考虑15年左右的设计年限，设计人员可根据电厂的实际情况进行调整。

但石
灰石品质一定要能达到品质要求（见表2）。

石灰石品质不高，杂质较多，会经常造成阀门堵塞和损坏，严重时会造成脱硫塔的管道堵塞，特别易造成喷嘴堵塞损坏，影响脱硫系统的正常运行。

在制浆系统石灰石粉送入前应保证得到良好的空气干燥，以防送粉管道堵塞，同时对整个送粉管道应设计流畅，减少阀门和连接部件，特别是浆液管的溢流管应根据系统设计良好的密封风以防止石灰石的外漏，对制浆车间和厂区造成二次污染。

表2石灰石质量指标
参数CaO MgO 细度要求
R325酸不溶物
铁铝氧化
物
指标>52% ≤2% ≤5% ≤1% ≤2%
石灰石制浆通常有2种系统：干式制浆系统和湿式制浆系统。

①干式制浆系统
干式制浆系统的工艺流程是，石灰石块经过初步破碎(或粗破碎)后，经筛选机筛选，直径过大的石灰石返回再次破碎，直径符合要求的石灰石用工艺水冲洗并烘干后送入干式磨机磨成一定粒度的石灰石粉并被携带风带出后进入除尘器被收集下来。

最后，送入制浆池配成一定浓度的浆液。

干式制浆系统可以选用立式旋转磨或卧式钢球磨。

②湿式制浆系统
湿式制浆系统的工艺流程与干式相比，二者在石灰石块人磨之前
的工序基本相同从人磨后到制成浆液的工序，省去了诸如风机、电除尘器、旋风分离器等附属设备。

湿式球磨机直接将一定粒度的石灰石块制成浆液，经水力旋流器分离后，合格的浆液送去配浆，不合格的返回再磨。

该系统一般采用卧式钢球磨。

总之，干式、湿式两种制浆系统在我国投运的脱硫装置中都有应用，但湿式制浆系统投资省，占地小，可靠性商，调节方便、污染小，因而比干式制浆系统更有竞争力。

（2）SO2吸收系统——填料塔
吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，要求持液量大、气液相间的相对速度高、气液接触面积大、内部构件少、压力降小等特点。

各种洗涤器的优缺点列于表3。

一般来说，SO2脱除效率高的洗涤器，往往是操作可靠性差的。

目前较常用的吸收塔有喷淋塔、填料塔、喷射鼓泡塔和道尔塔四类。

表3烟气脱硫用洗涤器比较
填料塔主要参数计算：
根据已知项目中的污染物排放量：初始SO2浓度为6%，废气排放量为52000m3N/h
初始烟气温度：393K
首先算出初始SO2质量浓度为(52000×6%×1000×64)/(22.4×52000)=mg/m3
根据表1GB16297-1996中SO2的二级排放标准中最高允许排放浓度为1200mg/m3，我们选取此项目处理后排放浓度为900mg/m3。

由于
C2=C1(1-n)
式中：C1——净化前气体SO2浓度（mg/m3）
C2——净化后气体SO2浓度（900mg/m3）
n——脱硫效率（%）
所以n=1-C2/C1
=1-900/=1-0.00525=99.48%
(3)除雾器参数计算
在吸收塔中，雾化喷嘴并不能产生尺寸完全均一的雾滴，雾滴的大小存在尺寸分布。

较小的雾滴会被气流所夹带，如果不进行除雾，雾滴将进入烟道，造成烟道腐蚀和阻塞。

（4）引风机
活性炭吸附器组进口总管处配B4－72型防爆离心通风机一台，风量Q=33000m3/h，风压671Pa，电机功率35kw。

5.3其他
1.电气及自控系统
处理系统总装机容量为36.9kW，由集中安装的电控柜进行控制。

为了提高回收率，降低能耗，设备的运行采用自动化控制。

参数设置和监控由上位工控机完成，设备运行由PLC控制。

PLC安装在电控柜中，与工控机一起放置于便于操作的防爆隔离控制室中。

整个装置的温度、压力及管道静电等参数均由传感器采集，传输至集中控制室进行自动化控制。

2.供汽
为降低设备投资，节约成本，吸附饱和的活性炭再生时使用低压蒸汽，直接由厂内锅炉供给。

锅炉出口压力为0.2Mpa，蒸汽温度约120℃。

根据工程经验，蒸汽与吸附的溶剂量之比约为4－10，需用蒸汽总共150kg/h。

供气周期为2天。

3.供水
根据两个列管式冷凝器计算，循环水用水量为143＋18.8＝161.8t/h，即161.8m3/h，由泵输送至冷凝器循环使用。

冷凝器_1的循环水泵使用2台4B15A型离心清水泵，设计参数为Q=72m3/h，H=11m，转速＝2900r.p.m，功率为2.87kW。

冷凝器_2的循环水泵使用1台2B19B型离心清水泵，设计参数为Q=20m3/h，H=10.3m，转速＝2900r.p.m，功率为2.41kW。

由于挥发造成损耗，循环水需定期补充，补充量约8m3/d。

5.4主要设备表
主要设备见表5-3。

表5-3主要设备表
6.成本分析
见表7-1。

7.效益估算
7.1环境效益
根据年生产300天、日工作24小时的生产能力估算，废气经处理后，每年可减少向大气环境排放有机物1944吨，环境效益显著。

7.2经济效益
涂层企业中甲苯用量按360t/a计算，90%以上的甲苯在烘干时进入废气，本装置的甲苯回收率在99%以上，则每年回收的甲苯总量为：360×0.9×0.99＝320.8t/a。

甲苯价格按6000元/t(2004年12月价格)计算，回收带来的经济效益：
320.8t/a×6000元/t=192.48万元/a
7.3运行费用
运行费用主要包括水、电费、蒸汽消耗费、人工费及设备折旧费，各项费用计算如下：
1、水费
循环水按每月更换一次计算，每天补充水量8m3，则水费为
(161.8m3×12+8m3/d×300d)×1.50元/t=0.65万元/a；
2、电费
40kW×24h×300d×0.80元/kWh×0.75=17.28万元/a；
3、蒸汽消耗费
蒸汽消耗150kg/h×24h×300×120元/t=13.0万元/a
4、人工费
人工工资15000元/年计，共计6.00万元/年；
5、活性炭消耗费（使用寿命以半年计）
年消耗费用为9.24万元/a；
6、设备折旧费
主要设备使用寿命以10年计，年折旧费约10万元/a；
7、维修费
以设备费的3%计，约3万元/a；
以上各项费用合计为59.17万元/a。

扣除成本，每年可带来的经济效益为133.31万元/a，投资回收期0.75年。