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IMA煙氣脫硫技術(shù)介紹
瀏覽: 發(fā)布日期:2023-03-24
一、脫硫技術(shù)現狀
為了控制大氣中二氧化硫,早在19世紀人類(lèi)就開(kāi)始進(jìn)行有關(guān)的研究,但大規模開(kāi)展脫硫技術(shù)的研究和應用是從二十世紀50年代開(kāi)始的。經(jīng)過(guò)多年研究目前已開(kāi)發(fā)出的200余種SO2控制技術(shù)。這些技術(shù)按脫硫工藝與燃燒的結合點(diǎn)可分為:①燃燒前脫硫(如洗煤,微生物脫硫);②燃燒中脫硫(工業(yè)型煤固硫、爐內噴鈣);③燃燒后脫硫,即煙氣脫硫(Flue Gas Desulfurization,簡(jiǎn)稱(chēng)FGD)。FGD是目前世界上大規模商業(yè)化應用的脫硫方式,是控制酸雨和二氧化硫污染的主要技術(shù)手段。
煙氣脫硫技術(shù)主要利用各種堿性的吸收劑或吸附劑捕集煙氣中的二氧化硫,將之轉化為較為穩定且易機械分離的硫化合物或單質(zhì)硫,從而達到脫硫的目的。FGD的方法按脫硫劑和脫硫產(chǎn)物含水量的多少可分為兩類(lèi):①濕法,即采用液體吸收劑如水或堿性溶液(或漿液)等洗滌以除去二氧化硫。②干法,用粉狀或粒狀吸收劑、吸附劑或催化劑以除去二氧化硫。按脫硫產(chǎn)物是否回用可分為回收法和拋棄法。按照吸收二氧化硫后吸收劑的處理方式可分為再生法和非再生法(拋棄法)。
1、國外煙氣脫硫現狀
國外煙氣脫硫研究始于1850年,經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,至今為止,世界上已有2500多套FGD裝置,總能力已達200,000MW(以電廠(chǎng)的發(fā)電能力計),處理煙氣量700Mm3/h,一年可脫二氧化硫近10Mt,這些裝置的90%在美國、日本和德國。
盡管各國開(kāi)發(fā)的FGD方法很多,但真正進(jìn)行工業(yè)應用的方法僅是有限的十幾種。其中濕式洗滌法(含拋棄法及石膏法)占總裝置數的73.4%,噴霧干燥法占總裝置數的17.7%,其它方法占9.3%。美國的FGD系統中,拋棄法占大多數。在濕法中,石灰/石灰石法占90%以上??梢?jiàn),濕式石灰/石灰石法在當今FGD系統中占主導地位。
盡管各國在FGD方面都取得了很大的進(jìn)步,但運行費用相當驚人,而且各種方法均有其局限性,因此,至今許多研究者仍在不斷研究開(kāi)發(fā)更先進(jìn)、更經(jīng)濟的FGD技術(shù)。
目前工業(yè)化的主要技術(shù)有:
①濕式石灰/石灰石—石膏法  該法用石灰或石灰石的漿液吸收煙氣中的SO2,生成半水亞硫酸鈣或再氧化成石膏。其技術(shù)成熟程度高,脫硫效率穩定,達90%以上,是目前國內外的主要方法。
②噴霧干燥法  該法是采用石灰乳作為吸收劑噴入脫硫塔內,經(jīng)脫硫及干燥后為粉狀脫硫渣排出,屬半干法脫硫,脫硫效率85%左右,投資比濕式石灰石-石膏法低。目前主要應用在美國。
③吸收再生法  主要有氨法、氧化鎂法、雙堿法、W-L法。脫硫效率可達95%左右,技術(shù)較成熟。
④爐內噴鈣—增濕活化脫硫法  該法是一種將粉狀鈣質(zhì)脫硫劑(石灰石)直接噴入燃燒鍋爐爐膛的脫硫技術(shù),適用于中、低硫煤鍋爐,脫硫效率約85%。
2、國內煙氣脫硫現狀
我國廢氣脫硫技術(shù)早在1950年就在硫酸工業(yè)和有色冶金工業(yè)中進(jìn)行,對電廠(chǎng)鍋爐燃燒產(chǎn)生煙氣二氧化硫的脫除技術(shù)在二十世紀70年代開(kāi)始起步并在國家“六五”至“九五”期間有了長(cháng)足的進(jìn)步。先后有60多個(gè)高校、科研和生產(chǎn)單位對多種脫硫工藝進(jìn)行了試驗研究。
盡管我國對FGD系統的研究開(kāi)始得很早,涉及的面也很寬,但大部分技術(shù)只停留在小試或中試階段,遠未達到大面積工業(yè)化應用的程度。而投入巨資引進(jìn)的示范工程雖然設備先進(jìn)、運行穩定,但投資巨大,運行費用也相當高。因此加快對國外先進(jìn)技術(shù)的消化吸收,使其國產(chǎn)化、低成本化,是當前重要而艱巨的任務(wù)。下表列出了我國引進(jìn)的部分FGD裝置情況。最近十幾年來(lái),我國加大了FGD技術(shù)研究的投入,“八五”、“九五”期間不斷有大課題立項支持這方面的研究,取得了可喜的成績(jì),其中,旋流板塔脫硫技術(shù)就是在這段時(shí)間研究、開(kāi)發(fā)、發(fā)展起來(lái)的。
鈉鈣雙堿法是較為常用的脫硫方法之一,該法在國外(如日本、美國)已有大型化成功應用,在日本和美國至少有50套雙堿法脫硫裝置,成功應用于電站和工業(yè)鍋爐,較大規模的有美國 Central Illinois Public Service, Newtow 1#, 575MW。
 
二、工藝選擇
目前國內外脫硫技術(shù)應用廣泛的是濕式石灰石—石膏法,但該技術(shù)工程投資大、運行成本高,設備和管路系統易磨損和堵塞。
雙堿法是先用可溶性的堿性清液作為吸收劑吸收SO2,然后再用石灰乳或石灰對吸收液進(jìn)行再生,由于在吸收和吸收液處理中,使用了不同類(lèi)型的堿,故稱(chēng)為雙堿法。鈉鈣雙堿法是以碳酸鈉或氫氧化鈉溶液為第一堿吸收煙氣中的SO2,然后再用石灰或熟石灰作為第二堿,處理吸收液,再生后的吸收液送回吸收塔循環(huán)使用。由于采用鈉堿液作為吸收液,不存在結垢和漿料堵塞問(wèn)題,且鈉鹽吸收速率比鈣鹽速率快,所需要的液氣比低很多,可以節省動(dòng)力消耗。
因此,本工程采用鈉鈣雙堿法脫硫工藝。
1、 鈉鈣雙堿法工藝反應原理
雙堿法煙氣脫硫工藝同石灰石/石灰等其他濕法脫硫反應機理類(lèi)似,主要反應為煙氣中的SO2先溶解于吸收液中,然后離解成H+和HSO3—;
             SO2(g)= = = SO2
       SO2(aq)+H2O(l) = = =H++HSO3— = = = 2H++SO32-;
式(1)為慢反應,是速度控制過(guò)程之一。
然后H+與溶液中的OH—中和反應,生成鹽和水,促進(jìn)SO2不斷被吸收溶解。具體反應方程式如下:
2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
Na2SO3 + SO2 + H2O → 2NaHSO3
    脫硫后的反應產(chǎn)物進(jìn)入再生池內用另一種堿,一般是Ca(OH)2進(jìn)行再生,再生反應過(guò)程如下:
Ca(OH)2 + Na2SO3  → 2 NaOH + CaSO3$ U-
Ca(OH)2 + 2NaHSO3 → Na2SO3 + CaSO3·1/2H2O +1/2H2O
( F存在氧氣的條件下,還會(huì )發(fā)生以下反應:
Ca(OH)2 + Na2SO3 + 1/2O2 + 2 H2O → 2 NaOH + CaSO4·H2O
脫下的硫以亞硫酸鈣、硫酸鈣的形式析出,然后將其用泵打入石膏脫水處理系統或直接堆放、拋棄。再生的NaOH可以循環(huán)使用。
本工程選擇鈉鈣雙堿法為脫硫工藝,以石灰作為主脫硫劑,鈉堿為助脫硫劑。由于在吸收過(guò)程中以鈉堿為吸收液,脫硫系統不會(huì )出現結垢等問(wèn)題,運行安全可靠。且由于鈉堿吸收液和二氧化硫反應的速率比鈣堿快很多,能在較小的液氣比條件下,達到較高的二氧化硫脫除率。
2、低阻高效噴霧脫硫工藝
噴淋塔也成為噴霧塔,是在吸收塔內上部布置幾層噴嘴,脫硫劑通過(guò)噴嘴噴出形成液霧,通過(guò)液滴與煙氣的充分接觸,來(lái)完成傳質(zhì)過(guò)程??账娏芪账黧w為矩形塔體,塔體內配置有多個(gè)高效噴嘴及高效除霧裝置,漿液在吸收塔內通過(guò)高效霧化噴嘴霧化,霧化覆蓋面積可達200%,形成良好的氣液接觸反應界面,煙氣進(jìn)入塔內之后,在塔內勻速上升,與霧狀噴液進(jìn)行全面高效混合接觸,脫除SO2等酸性氣體。根據燃煤含硫量、脫硫效率等,一般在脫硫塔內布置幾層噴嘴。噴嘴形式和噴淋壓力對液滴直徑有明顯的影響。減少液滴直徑,可以增加傳質(zhì)表面積,延長(cháng)液滴在塔內的停留時(shí)間,兩者對脫硫效率均起到積極的作用。液滴在塔內的停留時(shí)間與液滴直徑、噴嘴出口速度和煙氣流動(dòng)方向有關(guān)。帶霧點(diǎn)的煙氣上升至高效除霧裝置時(shí),通過(guò)除霧裝置的作用,氣液進(jìn)行接觸二次吸收并同時(shí)得到有效分離,從而避免煙氣夾帶霧沫,減少煙氣帶水現象。
空塔噴淋煙氣洗滌技術(shù)是現在國際國內技術(shù)成熟,使用空塔噴淋技術(shù)。
1、空塔噴淋是經(jīng)過(guò)大型石灰石-石膏法演變而來(lái)的噴淋塔,具有很高的脫硫效率,可達95%;
2、可操作彈性大,對煤種變化適應性強,含硫率在4%以下可確保二氧化硫排放濃度,在鍋爐工況110%以下均能正常等等;
3、系統阻力小,運行費用低,權為大型濕法的十分之一;
4、采用進(jìn)口的除霧技術(shù),煙氣含濕量確保符合要求;
5、不存在堵塞問(wèn)題;
6、設備利用率高,與鍋爐同步運行;
7、空塔投資與其它塔形相差無(wú)幾;
8、運行操作簡(jiǎn)便,維護方便,穩定性是其它塔形的三到五倍。
除霧器可安裝在吸收塔上部,用以分離凈煙氣夾帶的霧滴。除霧器出口煙氣濕度不大于75mg/Nm3,分為兩級布置在脫硫塔上部,設置兩級四通道平板式除霧器,一層粗除霧,一層精除霧。
除霧器型式能夠保證其具有較高的可利用性和良好的去除液滴效果,且保證脫硫后的煙氣以一定流速均勻通過(guò)除霧器,防止發(fā)生二次攜帶,堵塞除霧器。
除霧器系統的設計考慮了FGD裝置入口的飛灰濃度的影響。該系統還包括去除除霧器沉積物的沖洗和排水系統,運行時(shí)根據給定或可變化的程序,既可進(jìn)行自動(dòng)沖洗,也可進(jìn)行人工沖洗。設計了合理的沖洗時(shí)間和沖洗水量,既能沖洗干凈除霧器,又防止生成二次攜帶。
位于下面的第一級除霧器是一個(gè)大液滴分離器,葉片間隙稍大,用來(lái)分離上升煙氣所攜帶的較大液滴。上方的第二級除霧器是一個(gè)細液滴分離器,葉片距離較小,用來(lái)分離上升煙氣中的微小漿液液滴和除霧器沖洗水滴。煙氣流經(jīng)除霧器時(shí),液滴由于慣性作用,留在擋板上。由于被滯留的液滴也含有固態(tài)物,因此存在擋板上結垢的危險,同時(shí)為保證煙氣通過(guò)除霧器時(shí)產(chǎn)生的壓降不超過(guò)設定值,需定期進(jìn)行在線(xiàn)清洗。為此,設置了定期運行的清潔設備,包括噴嘴系統。沖洗介質(zhì)為工業(yè)水。
一級除霧器的上下面和二級除霧器的下面設有沖洗噴嘴,正常運行時(shí)下層除霧器的底面和頂面,上層除霧器的底面自動(dòng)按程序輪流清洗各區域。除霧器每層沖洗可根據煙氣負荷、除霧器兩端的壓差自動(dòng)調節沖洗的頻率。
沖洗水由除霧器沖洗水泵提供,沖洗水還用于補充吸收塔中的水分蒸發(fā)損失。
三、脫硫系統組成
脫硫系統的工藝流程圖和平面布置圖見(jiàn)附圖1和附圖2。
整個(gè)工藝由五大部分組成:
1、脫硫劑制備系統
由成品石灰(粒徑小于10mm(100%)的粉狀石灰)運至廠(chǎng)里后手工加入石灰消化池進(jìn)行消化,消化后的石灰漿液自流至再生池中進(jìn)行脫硫液再生反應。
鈉堿由運輸車(chē)給料至鈉堿池,在池中與工藝水進(jìn)行混合直至達到所需的濃度,自流到再生池。
2、煙氣系統
熱煙氣自鍋爐出來(lái)后進(jìn)入吸收塔,向上流動(dòng)穿過(guò)噴淋層,在此煙氣被冷卻到飽和溫度,煙氣中的SO2等污染物被脫硫液吸收。經(jīng)過(guò)噴淋洗滌后的飽和煙氣,經(jīng)除霧器除去水霧后,通過(guò)煙道經(jīng)引風(fēng)機進(jìn)入煙囪排空。
從鍋爐出口至脫硫塔進(jìn)口段的連接煙道采用A3鋼制作,并根據需要設置膨脹節。連接煙道上設有擋板系統,以便于煙氣脫硫系統事故時(shí)旁路運行。擋板采用手動(dòng)抽板閥門(mén),包括1個(gè)入口擋板、1個(gè)旁路擋板和1個(gè)脫硫裝置出口擋板。在正常運行時(shí),入口擋板和出口擋板開(kāi)啟,旁路擋板關(guān)閉。在故障情況下,開(kāi)啟煙氣旁路擋板,關(guān)閉入口擋板和出口擋板,煙氣通過(guò)旁路煙道繞過(guò)煙氣脫硫系統直接排到煙囪。
3、SO2吸收系統
在吸收塔內,脫硫液中的氫氧化鈉與從煙氣中捕獲的SO2、SO3、HF、HCl等發(fā)生化學(xué)反應,生成亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉等物質(zhì)。脫硫后的凈煙氣通過(guò)除霧器除去氣流中夾帶的霧滴后排出吸收塔。
采用噴淋塔作為吸收塔,噴淋塔是目前中小型鍋爐脫硫裝置中應用較為廣泛的脫硫塔,其具有氣液流通量大、壓降低、操作彈性寬、不易堵、效率穩定等優(yōu)點(diǎn)。
吸收塔脫硫主要反應原理如下:
a)吸收
在吸收塔中,煙氣中的SO2和SO3按照以下反應式被溶液中的水吸收:
SO2 + H2O<==> H2SO3
SO3 + H2O<==> H2SO4
b)中和反應
H2SO3和H2SO4必須很快被中和以保證有效的SO2和SO3.吸收。
H2SO3、H2SO4 、HCl和HF與懸浮液中堿按以下反應式發(fā)生反應:
Na2CO3 + H2SO3 <==>Na2SO3+CO2 ­ +H2O
Na2CO3 + H2SO4 <==> Na2SO4 + CO2 ­ + H2O
Na2CO3 + HCl <==> NaCl +CO2 ­+H2O
Na2CO3 + HF <==>NaF +CO2 ­+H2O
c)副反應
煙氣中所含的氧量將把脫硫反應中生成的亞硫酸鈉(Na2SO3)氧化成硫酸鈉(Na2SO4):
2 Na2SO3+O2 <==>2 Na2SO4
4、脫硫液循環(huán)系統與脫硫渣處理系統
泵前池的脫硫液通過(guò)循環(huán)水泵泵送到脫硫塔內與煙氣接觸反應后,從脫硫裝置底部排出,排出的含有CaSO4、CaSO3及少量粉塵渣(大部分煙塵在原除塵器中除去)的混合渣漿液體進(jìn)入再生池、沉淀池,與從石灰漿液池過(guò)來(lái)的石灰漿液發(fā)生再生反應,并進(jìn)行脫硫副產(chǎn)物的沉淀,上清液流經(jīng)泵前池,經(jīng)沉淀后的池底渣漿由人工清出,濾液返流回泵前池,由循環(huán)水泵抽送到脫硫裝置進(jìn)行脫硫循環(huán)利用。
5、電氣控制系統
①供電方式
系統內的動(dòng)力設備為分散式布置,均為三相電源供電,廠(chǎng)內民用動(dòng)力和民用照明為單路三相電源供電分配使用,設計處理系統供電采用放射式供電方式,優(yōu)點(diǎn)是安全可靠。
②接地系統
處理系統低壓配電系統接地接零保護采用TN--C--S系統,所有電氣設備金屬外殼均需可靠接地和接零,民用動(dòng)力、照明接地接零保護采用TT系統。
③低壓配電位置的確定
設計要求低壓配電位置盡可能靠近負荷中心,由于區內大功率用電設備主要為循環(huán)泵、渣漿泵等,其它動(dòng)力及照明負荷較小,故在泵房?jì)仍O一電控室,安裝電源總柜、動(dòng)力柜和儀表柜等。
④動(dòng)力設備起動(dòng)和控制方式
§所有動(dòng)力設備均設有欠壓、短路和過(guò)載保護,電源總柜設過(guò)流保護。
§民用動(dòng)力和民用照明設有短路、過(guò)載和漏電保護。
§動(dòng)力電纜采用鎧裝電纜沿電纜溝暗敷設,無(wú)電纜溝地方軟電纜和信號電纜均采用穿鋼管埋地暗敷設,電纜溝支架均可靠接地,形成接地網(wǎng)。
脫硫系統內所有設備間電纜的設計、供貨由供方負責。供貨及島外部分(分界點(diǎn)為脫硫島外1米)的敷設由業(yè)主方負責。
 
四、本技術(shù)工藝的主要優(yōu)點(diǎn)
Ø  工藝先進(jìn),技術(shù)指標完全能滿(mǎn)足環(huán)保要求和廠(chǎng)家要求;
Ø 采用特制進(jìn)口高效、防腐、耐磨噴頭,噴霧液滴800~1200μm,具有大的比表面積,同時(shí)又不易引起二次夾帶;
Ø  脫硫效果好,脫硫效率達65%~95%,脫硫塔煙所出口濃度不高于130mg/m3;
Ø  投資省、運行費用低,具有良好的經(jīng)濟性;
Ø  防結垢、防堵性能好,運行穩定,安全性能高;
Ø  防腐性能好,使用壽命長(cháng)(主體設備在20年以上);
Ø  阻力小,壓降低(濕法脫硫系統小于1000Pa);
Ø  操作彈性寬,運行管理方便,系統簡(jiǎn)便,投資??;
Ø  可確保風(fēng)機安全可靠長(cháng)期運行。
 
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