某公司玻璃窑炉除尘脱硫方案

******玻璃有限公司 玻璃窑炉烟气除尘脱硫

设

计

方

案

**********有限公司

建设单位：********玻璃有限公司 项目名称：玻璃窑炉烟气除尘脱硫工程

施工单位：*********有限公司 总 经 理：***（工程师） 项目负责：***（高级工程师） 总工程师：***（高级工程师） 工 艺：*****（教授） 设 备：*****（工程师） 机 械：******（工程师） 电 气：******（工程师） 现 场：******（工程师）

目 录

1 项目背景 ........................................................................................ 4 2 设计原则、依据、指标及范围 ........................................................ 5 2.1 设计原则 ..................................................................................... 5 2.2 设计依据 ..................................................................................... 6 2.3 设计治理目标 .............................................................................. 8 2.4 工程范围 ..................................................................................... 8 3 脱硫工艺和脱硫剂选择 ................................................................... 9 3.1 烟气脱硫方法简介 ....................................................................... 9 2.2.2 湿法脱硫技术和脱硫剂的评价与选择 ...................................... 11 2.3 钙-钙双碱法（亚硫酸钙法）脱硫工艺 ........................................ 13 2.3.1 反应原理 ................................................................................ 13 2.3.2 钙-钙双碱法与钠-钙双碱法及其他低pH值石灰石/石灰法的比较14 2.3.3 配套XP型塔板技术 ............................................................... 15 2.4方案确定 ..................................................................................... 16 2.5 工艺流程 ................................................................................... 16 2.6 工艺设计 ................................................................................... 17

2.6.1 除尘脱硫系统 ......................................................................... 17 2.6.2 烟气系统 ................................................................................ 19 2.6.3 脱硫剂制备环系统 .................................................................. 20 2.6.4 脱硫产物分离系统 ................................................................ 21 2.6.5除尘系统 .................................................................................. 22 2.6.6控制系统 .................................................................................. 22 2.7平面与空间设计 .......................................................................... 23 2.7.1 总平面设计 ........................................................................... 23 2.7.2 总体空间设计 ......................................................................... 23 2.8 基础处理 ................................................................................... 24 2.9主要设备清单 .............................................................................. 24 2.10系统运行分析 ............................................................................ 29 2.10.1 本方案达到的主要技术经济指标 ........................................... 29 2.10.2 水、电、脱硫剂消耗及脱硫成本 ......................................... 30

1 项目背景

*******玻璃有限公司烟尘废气主要来源为生产车间三条燃石油焦熔窑。公司领导一直十分重视环保工作，为了达到国家有关SO2排放总量控制的要求，贯彻执行国家和地方制定的排放标准，拟对现有三条熔窑烟气进行除尘脱硫处理，以使熔窑燃石油焦产生的废气能达标排放。

受*******玻璃有限公司的委托，*******有限公司对*******玻璃有限公司的三台熔窑除尘脱硫工程进行方案设计。根据以往的实践经验以及贵公司提供的基础数据和实际情况，本着投资省、效率高、运行安全、可靠、运行费用低、不产生二次污染、对环境友好的宗旨，编制本技术方案。

2 设计原则、依据、指标及范围

2.1 设计原则

2.1.1严格执行有关环境保护政策，确保炉窑烟气达到国家和地方排放标准； 2.1.2发挥本公司的技术优势，应用本公司的特有技术，在确保处理效果的前提下，尽可能减少工程投资与运行费用；

2.1.3满足炉窑运行需要，并留有较大的灵活性和调节余地，适应负荷变化，为了与窑炉运行匹配，脱硫装置的设计保证能快速启动，且在窑炉负荷波动时有良好的适应特性；

2.1.4脱硫公用系统（脱硫剂制备系统、脱硫产物分离系统）按QZ2+QZ3炉窑烟气量设计一套；QZ1单独一套设计

2.1.5设计脱硫旁路系统，以便脱硫系统检修时不影响玻璃窑炉正常生产，提高系统安全性；

2.1.6采用切实可行的脱水除雾设施，尽可能降低烟气含水率，确保烟气不带水；

2.1.1.7所有设备和管道（包括烟道）的设计都考虑了最差运行条件（压力、温度、流量、污染物含量）及事故情况下的安全余量；设计选用的材料适应实际运行条件，包括考虑了适当的腐蚀余量，特别是使用两种不同钢材连接时都会采取适当的措施；

2.1.1.8脱硫系统的平面布置综合设施布置、物流人流通畅、管理维护方便各种因素，进行合理布置，满足现场需要。 2.2 设计依据

2.2.1 国家相关法律法规及标准

1）国家《大气污染物综合排放标准》（GBI16297-1996）； 2）广东省地方《大气污染物排放限值》（DB44/27-2001）； 3）《采暖通风和空气调节设计规范》（GBJ19-88）； 4）《机械设备安装工程施工及验收规范》（TJ231-78J）； 5）《工业管道工程施工及验收规范》（GBJ235-82）； 6）《通风与空调工程施工及验收规范》（GBJ243-82）；

7）《建筑安装工程质量检验评定标准》（通用机械设备安装工程）（TJ305-75）； 8）《低压配电装置及线路设计规范》（GBJ54-83）； 9）《通用用电设备配电规范》（GBJ50055-93）； 10）广东省地方《水污染排放限值》（DB44/26-2001）。

2.2.2基础数据 基础数据列表如下：

表2-1 窑炉烟气相关基础数据

2.3 设计治理目标

按照广东省《大气污染物排放限值》（DB44/27-2013）第二时段标准要求，玻璃窑炉二氧化硫的最高允许排放值为400 mg/Nm3，烟尘140 mg/Nm3，林格曼黑度(级)≤1。考虑环保总量控制以及越来越严的环保要求，本设计方案的具体治理目标，详见表2-2。

表2-2 主要设计指标

2.4 工程范围

工程范围包括烟气脱硫系统工艺流程的确定、非标设备的设计与制作、电气设计与安装；标准设备的选型与购置等全部工程内容。

从系统的完整性角度划分，整个脱硫系统分为：脱硫剂制备系统、脱硫塔吸收系统、烟气系统、脱硫液循环系统、脱硫产物处理系统和电气控制系统。

3 脱硫工艺和脱硫剂选择

3.1 烟气脱硫方法简介

近几十年来全世界研究的低浓度SO2脱除方法多达上百种，但真正在工业上应用的仅十多种。

按是否回收烟气中硫为有用物质分，烟气脱硫有回收法和抛弃法二类。回收法是用吸收、吸附、氧化还原等方法，将烟气中硫转化为硫酸、元素硫、液体二氧化硫或工业石膏、亚硫酸钠等产品，其优点是变害为利，但一般需付出高的回收成本，经济效益低，甚至亏损。抛弃法是将SO2转化为固体残渣抛弃，优点是设备简单，投资和运行费用低，但硫资源未回收利用。

按完成脱硫后的直接产物是否为溶液或浆液分，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法三类。湿法脱硫是用溶液或浆液吸收SO2，其直接产物也为溶液或浆液的方法。半干法是用雾化的脱硫剂溶液或浆液脱硫，但在脱硫过程中，雾滴被蒸发干燥，直接产物呈干态粉末的方法。干法是利用固体吸附剂、气相反应剂或催化剂在不增加气相湿度下脱除SO2的方法。

表2-3列出当前全世界正在应用和发展的主要烟气脱硫方法。据国际能源机构煤炭研究所对全世界17个国家燃煤电厂已安装FGD装置的调查，湿式钙法占FGD总装机容量的75％左右，加上其他湿式工艺，湿法工艺占FGD总装机容量的82％。

近30年来，烟气脱硫技术逐渐得到了广泛的应用。1980年全球电厂烟气脱硫

总容量约为30GW，1990年增加到130GW。1998年在全世界226GW装机容量电厂安装的烟气脱硫装置中，有86.6％是湿式抛弃法，10.9％是干式抛弃法，只有2.3％采用了再生回收工艺。综合考虑技术成熟度和经济因素，当前全世界应用最广的还是湿式石灰石脱硫法。

截至2003年底，我国火电厂约9000MW机组的烟气脱硫装置投入运行，约15000MW机组的脱硫装置在建。烟气脱硫的机组不到当时火电装机容量的4％。在已安装的烟气脱硫装置中，世界上有的工艺技术，我国大部分都有。

表2-3 当前全世界的主要脱硫方法

2.2.2 湿法脱硫技术和脱硫剂的评价与选择

湿法脱硫技术与脱硫剂是密切相关的。通过以上对湿法脱硫技术和脱硫剂的了解，我们可以得出以下结论：

（1） 如果采用氢氧化钠（NaOH）或碳酸钠（Na2CO3）脱硫，将存在如下诸多问题：

①如果将脱硫后的产物回收利用，可采用前面介绍过的威尔曼洛德法、亚硫酸钠法等回收流程，但因存在流程过长、回收费用过高、副产品无销路等问题而不能采用；

②脱硫剂消耗量大，脱硫成本很高；

③增加水处理费用——本项目钠碱脱硫剂脱硫后，每年将产生大量亚硫酸钠（Na2SO3），如直接排放，大量具有还原性能的SO32-将使环境水体的COD大大升高，势必造成对环境水体的严重污染，这是绝对不允许的；若作污水处理后排放，则处理费用可能不低于烟气脱硫费用，企业难以承受。

（2）氧化镁法、氧化锌法、湿式氨法和碱式硫酸铝法均不适合而不采用。 （3） 石灰石/石灰法、钙-钙双碱法的脱硫产物都是难溶于水的亚硫酸钙或硫酸钙固体，可容易地从脱硫系统中分离出来，不会对环境水体造成严重污染，不存在脱硫废水的处理问题；并且这些方法需要的全部或主要脱硫剂都是价格低廉的石灰石或石灰，脱硫成本低，企业能承受；这些方法技术成熟，可靠性高。因此本项目可从这些方法中选择一种更好的方法。

（4）为防止设备和管道结垢堵塞，石灰石/石灰法必须采用较低pH值的浆液脱硫，因而单位体积浆液的脱硫量低。为取得高的脱硫率，脱硫浆液的循环量必须很大，因而循环泵的动力消耗很大；钙-钙双碱法脱硫浆液的pH值和单位体积浆液的脱硫量都比该法的高，液气比（L/G）小，循环泵的动力消耗较小。

（5） 钠-钙双碱法脱硫副反应生成的Na2SO4再生较难，过程需不断补充NaOH或Na2CO3，运行费用较高，且再生液的液固分离也使工艺复杂化；钙-钙双碱法脱硫剂单一（只用石灰），不耗钠碱，运行费用低，不存在从脱硫渣中分离出脱硫液的液固分离过程，工艺简单。

综上所述，本项目决定采用以石灰作脱硫剂的钙-钙双碱法脱硫技术。 2.3 钙-钙双碱法（亚硫酸钙法）脱硫工艺 2.3.1 反应原理

常规石灰湿法脱硫工程存在的主要问题是石灰乳直接脱硫过程生成的亚硫酸钙和硫酸钙在水中的溶解度很小，极易达到过饱和而结晶出来，在器壁上形成垢层，严重时将使设备、管道堵塞而无法运行。

本公司采用的钙-钙双碱法法脱硫工艺正是在这种状况下被研发出来。该法的脱硫及防垢机理如下：

脱硫塔内的反应 ： SO2与亚硫酸钙发生反应

CaSO3·1/2H2O + SO2 +1/2H2O→Ca(HSO3)2

本研究测定了Ca(HSO3)2在30℃时的饱和浓度为12.4g/100gH2O，不会结晶析出。因此，可以避免CaSO4·2H2O在塔内结垢。

循环池内的反应：Ca(OH)2与脱硫液中Ca(HSO3)2反应，再生出CaSO3·1/2H2O。

Ca(OH)2+Ca(HSO3)2→2CaSO3·1/2H2O+H2O

其实质就是用亚硫酸钙悬浮液在塔内脱硫，生成溶解度很大的亚硫酸氢钙（因而设备不结垢），再用氢氧化钙在循环池内与亚硫酸氢钙反应，再生出亚硫酸钙循环脱硫。在这里，循环池实际上是一个亚硫酸钙的再生反应器。 2.3.2 钙-钙双碱法与钠-钙双碱法及其他低pH值石灰石/石灰法的比较

表2-4 钙-钙双碱法与传统（钠-钙）双碱法的比较

表2-5 钙-钙双碱法与低pH值石灰石/石灰法的比较

不难看出,与传统（钠-钙）双碱法相比，钙-钙双碱法的优点是： ①系统物料单一，只有钙一种物质；

②工艺简单，无从再生钠碱液中分离出CaSO3·1/2H2O沉渣的分离过程； ③不消耗钠碱，脱硫费用低。

④由表2-5可见，由于钙-钙双碱法操作pH值比低pH值石灰石/石灰法高，浆液有效浓度比石灰石/石灰法高，因此液气比低得多，故能耗低得多。 2.3.3 配套格栅型塔板技术

由公司研究开发的格栅型塔板具有特殊孔形和分布，它是一种很好的气液传质及除尘器件，国内外未见使用这种塔板进行除尘与脱硫的报道。当烟气通过该塔板时，被高度分散，气液接触面巨大，高效将SO2及细尘脱除。对比实测结果表明，在条件完全类同时，单层XP型塔板的脱硫效率和除尘效率分别比单层旋流塔板高出5％－10％和20%左右。

SO2溶于水生成的亚硫酸和稀硫酸腐蚀性很强，格栅型塔板用国外进口的耐腐

蚀材料和专用模具在200吨液压机上压制而成，正常运行条件下寿命10年以上。 2.4方案确定

按照全面考虑、兼顾发展的思想，提出以下设计方案； ☆本项目采用QZ1一窑一塔结构。QZ2+QZ3为两窑一塔结构。

☆脱硫公用系统（脱硫剂制备系统、脱硫产物分离系统）按两套设计（QZ1为一套，QZ2+QZ3为一套）。

2.5 工艺流程

1、本设计的具体工艺流程。

沉渣外运

2、流程说明 （1) 烟气流程

窑炉烟气经热管换热器出来后，通过引风机进入除尘塔除尘后进入二氧化硫吸

收系统。在脱硫系统中，烟气先经过入口处急冷喷淋的预脱硫和进一步的除尘，然后进入脱硫塔，在塔内通过三层喷淋和一层格栅塔板完成脱硫洗涤，洁净烟气由塔顶除雾器除雾脱水后经烟囱排放。系统设有旁路烟道，烟道上设有挡板门。 （2）脱硫液流程

脱硫液在吸收塔内与二氧化硫充分接触、反应后，在循环池内收集。由循环水泵泵入吸收塔循环使用，完成脱硫后的浆液流入脱硫循环池，与池内不断泵入的新鲜石灰乳液反应，再生出亚硫酸钙，循环使用。为了防止离子浓度富集，部分脱硫液泵入沉淀浓缩池。 （3）脱硫产物分离

多余的亚硫酸钙进入沉淀浓缩池，增浓后，上清液回流到石灰乳池中循环使用，脱硫渣被泵泵入压滤机脱水，脱水后的亚硫酸钙作外运处理。 2.6 工艺设计 2.6.1 除尘脱硫系统

SO2吸收系统是烟气脱硫系统的核心，主要包括湿法除尘塔、脱硫塔塔体、塔内喷淋层、XP塔板、除雾器、脱硫循环池、脱硫循环泵、搅拌机等设备。

本工程脱硫装置吸收塔，按一座逆流式脱硫塔设计，脱硫塔为圆柱体，中间为烟气净化区，设置三层喷淋和一层格栅塔板，顶部为二级除雾区。

脱硫循环池设置在脱硫塔外部，采用钢筋砼结构，内衬耐酸瓷片防腐。脱硫塔

塔体为碳钢结构，采用玻璃鳞片防腐。塔内件采用耐腐蚀材料，可确保使用寿命10年以上。

脱硫塔和整个脱硫液循环系统进行了优化设计，保证脱硫效率及其他各项技术指标达到合同要求。

除尘塔塔体工艺尺寸：ZQ1：φ2600×12900㎜。

ZQ2：φ2800×12900㎜。 ZQ3：φ2700×13050㎜。

配套设备：

脱硫除尘泵规格：ZQ1：80UHB-UF-50-30，Q=50m3/h、H=30m、P=11KW，2台, 1运1备。ZQ2+ZQ3：80UHB-UF-50-30，Q=50m3/h、H=30m、P=11KW，3台, 2运1备。

脱硫塔塔体工艺尺寸：ZQ1：φ2800×20500㎜

ZQ2+ZQ3：φ3600×22000㎜。

脱硫循环池工艺尺寸：钢筋砼，ZQ1： 4.0×4.0×4.0m ，容积为V=48m3。 ZQ2+ZQ3：5.0×5.0×4.0m ，容积为V=100m3 配套设备：

脱硫循环泵：ZQ1：tl-250-28-55，Q=250m3/h、H=28m、P=55KW，3台,

ZQ2+ZQ3：tl-400-28-75，Q=400m3/h、H=28m、P=75KW，3台, 搅拌机：ZQ1：N=7.5kW，ZQ2+ZQ3：N=11kW 仪器配置：

①pH自动控制仪，两套，以设定值控制石灰乳浆液的加入量；（ZQ1系统1套，ZQ2+ZQ3系统1套）

2.6.2 烟气系统

锅炉烟气经过热管换热器后由风机引入脱硫塔，以保证整个脱硫系统均为正压操作, 并同时避免风机可能受到的低温烟气的腐蚀, 从而保证了风机及至的整个系统安全长寿命运行。

烟道均采用普通钢制烟道, 吸收塔入口前的原烟气前段支管烟道由于烟气温度较高,无需防腐处理，后段进塔处于干湿交界，需防腐处理。吸收塔出口后的原烟气烟道由于烟气温度已降至80℃以下, 接近酸露点, 因此考虑采用玻璃鳞片树脂涂层。吸收塔本身静态部件内侧、吸收塔进口段烟道和吸收塔出口后的全部净烟气烟道, 也基于同样原因, 主要采用玻璃鳞片树脂涂层。 1、进口烟道

工艺尺寸：ZQ1:横截面1.0×1.2m； QZ2+QZ3: 横截面1.5×1.5m

结构：塔前1.5m为干湿交界段，此段采用碳钢+玻璃鳞片结构。其余为干烟道段，采用普通碳钢。整个烟道采用外部加强筋板。

2、出口烟道

工艺尺寸：ZQ1:横截面1.0×1.1m； QZ2+QZ3: 横截面1.5×1.4m 结构：采用碳钢+玻璃鳞片结构。整个烟道采用外部加强筋板。 3、 旁路系统

工艺尺寸：原有 水泥烟道 2.6.3 脱硫剂制备环系统

脱硫剂制备系统的主要功能是制备合格的石灰乳浆液，并根据脱硫塔系统的需要为其提供足够的流量，达到合适的脱硫效率。由罐车运来的石灰粉由其自带气泵输送到石灰粉仓中，由仓底旋转给料机送到石灰乳池，其间可实行定量给料。在石灰乳池中与工艺水进行混合直至达到所需的浓度。制备好的浆液通过石灰乳泵送入脱硫循环池。为了防止浆液结块，石灰乳池设有一台立式搅拌机使得浆液持续不停地扰动。

脱硫剂制备系统按两套脱硫系统设计。每套系统配两台石灰乳泵供应循环池需要的石灰乳，一用一备。 脱硫剂制备系统设计

石灰粉仓规格：ZQ1:Φ3.0×8.0m（不包括粉仓底部到地面距离） QZ2+QZ3: Φ3.0×10.0m（不包括粉仓底部到地面距离） 石灰乳池：钢筋砼，ZQ1:Φ3.2×3.5m，V=28m3，地下建筑（高出地面0.3m）。

QZ2+QZ3: Φ3.2×4.0m，V=32m3，地下建筑（高出地面0.3m）。 配套设备：

①两台石灰乳泵：四台。40FUH–50K， Q=20m3/h, H=20m、P=3.0KW，（两用两备）

②搅拌机，2台，功率5.0kw，48r/min。 ③螺旋给料机：N=3.0kW 2.6.4 脱硫产物分离系统

考虑到：①国内石膏矿丰富，价格低廉，脱硫石膏难以销售出去；②将亚硫酸钙氧化为石膏，消耗动力大，脱硫成本升高。基于上述两方面的原因，本方案设计中不将脱硫过程产出的亚硫酸钙渣氧化为石膏（硫酸钙）。脱硫过程产出的亚硫酸钙渣，通过浓缩池增浓后，直接送至厢式压滤机脱水，再作外运处理。

脱硫产物分离系统按ZQ1、ZQ2+ZQ3两系统进行设计。 沉淀浓缩池工艺设计

功能：接纳循环池排出的脱硫产物，并使其浓缩，浓缩后的脱硫产物送入转鼓式真空过滤机脱水。

工艺尺寸：ZQ1：Φ4.0×5.0m，容积75m3。ZQ2+ZQ3：Φ5.0×6.0m，容积100m3。 结构：钢筋砼。

配套设备：厢式压滤机，两台。过滤面积：80m2 2.6.5除尘系统

由除尘塔回流到沉渣池的除尘水经沉淀后，清液流至清液池，由除尘泵打到除尘塔进行循环除尘，浓缩后的除尘由除尘渣浆泵打到箱式压滤机进行分离，清夜返回清液池循环利用。

沉渣池工艺尺寸：ZQ1： 8.0×4.0×4.0m，ZQ2+ZQ3：8.0×6.0×4.0m， 除尘渣浆泵：ZQ1：65UHB-ZK-B-20-50，Q=20m3/h、H=50m、P=11KW，2台

ZQ2+ZQ3：65UHB-ZK-B-20-50，Q=20m3/h、H=50m、P=11KW，2台 厢式压滤机，两台。过滤面积：60m2 2.6.6控制系统

本次工程设计的烟气脱硫工程由于控制参数较多，采用PLC控制系统。 （1） PH值控制

根据脱硫系统的设计工艺，循环池在PH值较低时，增大石灰乳浆液流量；在PH值较高时，减少石灰乳浆液泵的流量。从而达到控制的目的。但是， PH值并不是随着石灰乳浆液加药量的增大而迅速改变，它的PH值的改变具有一个时间较长的延时，如果没有采取适当的控制手段，很容易会导致循环池PH值在理想控制值附近大幅振荡，这样就形成控制失去意义的状况。有鉴于此，本系统的PH值控制，特别作了石灰乳浆液加药量输出幅值的限制，降低PH值振荡的波幅，达到最优的控制状况。

（2） 除雾器冲洗

除雾器冲洗采用间断分层喷淋方式，它所喷淋的时间长短及间隔时间及周期

都可以根据需求修改，以保证喷嘴不会堵塞及塔内补水不会太多及太少。 2.7平面与空间设计

2.7.1 总平面设计

总平面设计的原则是依据脱硫系统的功能划分，减少设施间的相互影响、确保流程流畅，便于操作管理。

整个脱硫设施按功能分为脱硫剂制备系统、脱硫产物分离系统、烟气脱硫系统、控制系统。主要设备和构筑物有：石灰乳制备池、石灰乳池搅拌器、石灰乳泵、脱硫塔、进口烟道、出口烟道、脱硫喷淋泵、XP塔板、脱硫循环泵、烟道阀、控制系统及设备基础。平面布置按工艺流程依次展开，明确系统分区，合理布局。 2.7.2 总体空间设计

总体空间设计针对本工程构筑物的特点，在总体空间组合上，采取重点与一般相结合的手法，将构筑物按工艺流程要求，有序排列，有机组合，构成一个完整的美丽的空间。

2.8 基础处理

整个系统除设备基础外，还有白泥浆制备池等土建工程内容。因为厂方没有提供本工程的地质、水文勘察报告，因此，对于脱硫塔等大型设备基础处理，待厂方提供工程的地质勘察报告后，再作桩基处理。其他设备基础原则上按一般基础处理。 2.9主要设备清单

表2-6 主要设备明细表

2.10系统运行分析

2.10.1 本方案达到的主要技术经济指标

本方案达到的主要技术经济指标如表2-7所示，按年运行8760小时计

表2-7 主要技术经济指标

2.10.2 水、电、脱硫剂消耗及脱硫成本

（按年运行8760小时计）

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注（1）：电价按发电成本价0.5元 /kwh计。

由上表可以看出，本项目每年脱除SO2 3504 t/a，脱硫系统总支出610.74万元/a；脱硫成本1742元/t SO2。

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