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高硫煤锅炉烟气氨法脱硫系统工艺设计及运行小结

[日期:2021-10-15] 来源:《中氮肥》2021年第5期  作者: [字体: ]

  

(黔西县黔希煤化工投资有限责任公司,贵州 黔西551500

 

 [摘  要]黔西县黔希煤化工投资有限责任公司300 kt/a乙二醇装置配套3×220 t/h高压流化床锅炉系统采用贵州当地煤,锅炉系统原配套有烟气脱硫系统1套,采用“氨-硫酸铵湿法烟气脱硫”工艺;由于贵州当地高硫煤居多,实际运行中,当系统进口烟气中的SO2含量超过4 000 mg/m3时,出口尾气中的SO2和颗粒物含量无法达标排放。按照《煤电节能减排升级与改造行动计划(20142020年)》以及国务院、贵州省政府等的最新要求,烟气脱硫系统出口污染物含量须执行超低排放标准,为此,黔希煤化决定新建1套超低排放锅炉烟气氨法脱硫系统。着重介绍新建锅炉烟气氨法脱硫系统核心设备——脱硫塔的工艺设计情况,包括塔体直径、塔高、浓缩段喷淋液量、吸收循环液总量、氧化风量、脱硫塔各段喷嘴、除雾器排列方式等的选取与确定,以及超低排放锅炉烟气氨法脱硫系统的运行情况,以期为业内提供一些参考与借鉴。

[关键词]高硫煤;锅炉烟气氨法脱硫系统;超低排放;单塔多循环工艺;脱硫塔;工艺设计;运行情况

[中图分类号]X701.3   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202105-0065-04

 

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黔西县黔希煤化工投资有限责任公司(简称黔希煤化)300 kt/a乙二醇装置配套3×220 t/h高压流化床锅炉,锅炉系统采用贵州当地煤,原配套有烟气脱硫系统1套,采用“氨-硫酸铵湿法烟气脱硫”工艺,实际运行中,正常生产负荷下,当系统进口烟气中的SO2含量超过4 000 mg/m3时,出口尾气中的SO2和颗粒物含量无法满足贵州当地的常规排放要求,超低排放更是无从谈起,目前该套烟气氨法脱硫系统已停运,处于待升级改造阶段。分析原烟气氨法脱硫系统存在的问题,主要原因在于:① 吸收液循环量不足,液气比偏小;② 因未设计水洗净化段,净烟气雾滴中的硫酸盐含量偏高,引起出口总尘超标,继而烟气拖尾严重,排烟视觉效果差;③ 采用喷射器氧化方式,溶液氧化率低下;④ 工艺设计不合理,烟气氨逃逸、气溶胶现象严重;⑤ 除雾器选型及配置不合理,除雾效果差,净烟气雾滴夹带量大。

按照2014912日国家发改委、环境保护部、国家能源局联合印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(20142020年)》的要求,以及国务院、贵州省政府等的最新要求,烟气脱硫系统出口污染物含量须执行超低排放标准,即烟尘浓度≤5 mg/m3SO2浓度35 mg/m3、氮氧化物浓度50 mg/m3。由于贵州地质特殊,所产煤以高硫煤居多,为实现锅炉烟气脱硫尾气的超低排放,黔希煤化决定按照锅炉烟气超低排放标准新建1套氨法脱硫系统,秉承“多级分区、梯次吸收”的理念进行设计,本项目建成投运后系统出口污染物浓度完全达到了超低排放标准要求。以下对黔希煤化新建锅炉烟气氨法脱硫系统的工艺设计及应用情况作一介绍,以供业内参考。

1  锅炉烟气氨法脱硫系统概况

1.1  工艺流程

烟气脱硫系统采用单塔多循环工艺(如图1)。锅炉烟气进入脱硫塔浓缩段,经喷淋液降低烟气温度后进入脱硫一段(即吸收段),脱除大部分SO2后进入脱硫二段(即二次净化段),将烟气中的SO2完全脱除后经二级屋脊式除雾器进入水洗段,以去除烟气中夹带的可溶性铵盐;水洗喷淋层上方还设置有1层除雾器,以分离收集烟气中夹带的绝大部分机械雾滴,再经2层丝网除雾器确保除雾器出口雾滴含量≤50 mg/m3。脱硫岛内设置脱硫塔、氧化槽、加氨槽、水洗槽,副产物硫酸铵经循环浓缩结晶后送入后处理系统,依次经旋流器、离心机分离至水分低于4%,再经干燥流化至水分低于1%后进入包装工序,得到符合《硫酸铵》(GB 5351995)的硫酸铵产品。

1.2  脱硫岛主要设备配置(表1)

2  锅炉烟气氨法脱硫系统的工艺设计

流化床锅炉一次风机风量为180 000 m3/h、二次风机风量为120 000 m3/h,则锅炉系统(3台锅炉)总烟气量=180 000+120 000)×3=900 000 m3/h

3×220 t/h高压流化床锅炉系统采用贵州当地煤,高硫煤居多,硫含量多在3%4%,取硫含量为3.5%作为设计依据。燃煤锅炉的烟气进入脱硫系统,由烟气脱硫系统进口SO2浓度=2×煤的硫含量×煤耗×硫的转换率)/烟气量,计算可得脱硫系统进口SO2浓度=2×3.5%×106.2×109×100%)÷900000=8 260 mg/m3(注:2是指SO2的分子量与S的原子量之比为23220 t/h锅炉的煤耗为106.2 t/h;硫的转换率可根据锅炉燃烧情况在95%100%之间取值,设计计算时取100%),则烟气脱硫系统进口SO2浓度取8 300 mg/m3

2.1  脱硫塔塔径的确定

第二代氨法脱硫工艺设计时,认为烟气流速越大,气液两相接触面碰撞越强,吸收效果越好,反之吸收效果越差,因而烟气流速一般设计为3.04.5 m/s。但实际生产表明,上述认识存在误区。烟气脱硫系统出口污染物执行超低排放标准后,氨法脱硫工艺烟气流速设计一般选择在2.52.8 m/s。黔希煤化锅炉烟气氨法脱硫系统烟气流速选取为2.6 m/s

由前述可知,标态下锅炉系统总烟气量为900 000 m3/h,由理想气体状态方程可得工况(温度150 ℃、压力3 kPa)下锅炉系统总烟气量为1 350 000 m3/h,则由流量计算公式qv=Sv(式中:qv为体积流量;S为脱硫塔的截面积;v为烟气的流速)可计算得出脱硫塔的直径为13.6 m

2.2  脱硫塔塔高的确定

脱硫塔各区段设计高度为:浓缩段底部至进口烟道中心7 350 mm,进口烟道中心至浓缩喷淋层5 250 mm,浓缩喷淋层至脱硫段集液盘3 500 mm,脱硫段集液盘至第一层吸收喷淋层3 500 mm,第一层吸收喷淋层至水洗段集液盘11 360 mm,水洗段集液盘至脱硫塔筒体顶部14 340 mm,脱硫塔筒体顶部至其顶部水平段5 000 mm。脱硫塔总高度等于各区段高度之和,考虑外置氧化罐的话脱硫塔高度为50 500 mm

2.3  脱硫系统各区域材质的确定

脱硫塔(各槽罐)采用碳钢衬玻璃鳞片;进出口烟道采用碳钢衬玻璃鳞片;进口烟道干湿交界处(5 m)采用1.4529不锈钢;离心泵采用2507不锈钢;管径200 mm以下管道采用碳化硅;管径200 mm以上管道采用内衬3 mm碳化硅。

2.4  浓缩段喷淋液量的确定

更多内容详见《中氮肥》2021年第5

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