八、脱硫工艺单元设计

1. 主要设施设计

1.1 原有麻石塔改造为旋流脱硫塔 1.1.1旋流脱硫塔

因虎山供热站现有一台100t/h链条锅炉，项目原有麻石塔水膜式脱硫除尘器和沉淀池，现将其改造为旋流脱硫塔，需在塔内增加3层旋流塔板和高效喷淋头。

烟气经过引风机由塔底切向进入脱硫塔，与向下喷淋的碱液以逆流方式使气液充分接触（三层喷淋）。脱硫塔采用内置两层旋流板的方式，增长气液反应时间，提高效率，充分吸收烟气中SO2、SO3、HCl和HF等酸性气体。在吸收塔出口处装有两级旋流板（或折流板）除雾器，用来除去烟气在洗涤过程中带出的水雾。在此过程中，烟气携带的烟尘和其它固体颗粒也被除雾器捕获，两级除雾器都设有水冲洗喷嘴，定时对其进行冲洗，避免除雾器堵塞。 1.1.2旋流板塔脱硫装置及构成

旋流板脱硫塔是一种可广泛应用于中小型燃煤锅炉治理烟气中SO2的设备，利用旋流板的特点，使气液充分逆流接触，比一般的吸收器效果要好，从现场实测看，脱硫率能达90%以上，同时兼有除尘效果，基建投资少，操作较简单，该技术较有效的解决了结垢和腐蚀这两个问题。 因此，本项目选择旋流板脱硫塔作为脱硫主体设备，其主要构件：

1) 结构框架及主体：塔釜段、吸收段、脱水段等；

2) 塔内构件：旋流板、喷淋系统、脱水板及反冲洗系统。

旋流板塔脱硫装置各功能区： (1) 吸收区：该区包括吸收塔入口及其以上的2层旋流板和3层喷淋，其主要功能是用于吸收烟气中的酸性污染物及飞灰等物质。

①. 塔内配有喷淋层，每组喷淋层由连接支管的母管、制浆液分布管道和喷嘴组成。

②. 喷淋管及喷嘴的布置设计均匀，覆盖吸收塔上流区的横截面。 ③. 喷淋系统采用一台循环泵供应三层喷淋方式。 (2) 除雾区：该区包括两级除雾器和3层反冲洗系统。用于分离烟气中夹带的雾滴，降低对下游设备的腐蚀、减少结垢和降低吸收剂及水的损耗。

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①. 离开吸收塔托盘的烟气穿过2层旋流板和3层逆流喷淋层后，再连续经两层除雾器除去所含浆液雾滴，除雾器出口的水滴携带量不大于75mg/Nm3。 ②. 在一级除雾器的上、下各布置一层清洗喷嘴。清洗水的喷淋将带走一级除雾器顺流面和逆流面上的固体颗粒。烟气经过一级除雾器后，进入二级除雾器。二级除雾器下部也布置一层清洗喷淋层，烟气穿过二级除雾器，经洗涤和净化的烟气通过出口流出吸收塔，经过烟道排入烟囱。

③. 除雾器采用316L材料制作而成，两级除雾器均用工艺水冲洗，冲洗过程通过程序控制自动完成，整个脱硫系统补水可通过除雾器反冲洗实现。 (3) 塔釜区：塔釜主要功能是暂时贮存脱硫液，氧化和结晶反应发生在吸收塔外的氧化反应池中。

1.1.3旋流板塔脱硫装置的主要参数

吸收塔壳体设计能承受压力、管道推力和力矩、风和地震荷载，以及承受所有其他作用于吸收塔上的荷载。支撑和加强件能防止塔体倾斜和晃动。塔内管道、除雾器支架应有足够的强度和刚度。吸收塔支撑结构的应力根据相应标准，按最大运行荷载设计，设计计算值要求的厚度应加上腐蚀余度。 1.1.4代表性技术

旋流板塔脱硫装置（国家认证编号CEP-41）：是将锅炉烟气经陶瓷多管除尘后，气体由塔底沿切向进入，在塔板叶片的导向作用螺旋上升，旋流板、导流板与布水装置形成薄液层，同时被气流喷洒成流水液滴。液滴随气流运动的同时被离心力甩至塔壁，形成沿壁旋转的液环，并受重力作用而沿壁下流至环形的集液槽，再通过溢流装置流到下一块塔板上，逐板下流的液体在塔板上被气体喷成雾滴状，使气液间有很大的接触面积。液滴在气流的带动下旋转，产生的离心力强化气液间的接触，当液体在旋流板上被喷洒于气体中时粘附其中的尘粒，然后被甩至塔壁，带着尘粒下流，由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的酸性气体也可被碱性液体吸收按照塔内气、液流动方式来完成脱硫过程。 1.1.5全面深入的脱硫塔技术

①吸收塔是脱硫系统的核心，吸收塔设计好坏将影响整个系统脱硫性能、投资及运行费用。

②对系统吸收塔的设计和优化必须考虑一系列的相关因素，包括塔内喷淋密度、气相流量、有效段高度、烟气流速、压降、S02脱除效率、浆液液滴夹带以及塔的几何结构等。

③吸收塔内情况比较复杂，其涉及以下情况: 气液固多相流场分布； 气液之间的传热和传质； 水分的蒸发； 烟气和浆液之间的化学反应； 液滴大小、聚并和破碎对塔内流场、传质和传热影响； 除雾器区域液滴的捕集； 浆液池内的流场和化学反应等等。

④.吸收塔内喷淋系统、流场及其他构件经过优化，可实现高效能喷淋洗涤，消除烟气走廊，增强气液接触效果，实现高脱硫效率，采用热烟气再热脱硫效率

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可达90%以上，采用热空气或蒸汽再热，脱硫率可达92%以上。脱硫系统设备的优化整合，可灵活利用现场条件，操作运行方便，同时可优化系统投资和运行费用比，使得系统总费用最优化。 1.1.6结构特点

①.抗堵旋流塔盘，适用于易聚合、结焦或含有固体杂质的工况。塔盘不易结垢，塔内上下贯通易于排出赃物。为液相提供了最大限度的吸收和洗涤过程。

②.塔内具有增强烟气导向的导流肋片，更新液膜界面，优化的倾斜角度和结构，错位的连接方式，导向交错的状气液通道，最大限度的防止结焦、聚合和结构中心的形成。具有很好的抗堵性能，保证传热传质的正常进行。

③.塔内具有雨披式气流引出装置，最大限度的防止气液中的固体杂质对塔壁的磨损。

④.塔内具有伞骨型栈桥式气固、液固快速分离装置。

⑤.吸收塔烟气入口角度，对塔内空气动力场在预除尘区的影响。

⑥.喷淋层间按一定角度采取交错布置，操作弹性大，压强降小，持液量小，大部分液体被吹成滴状，故塔板液体的存流量极少，液面落差小，避免了板上液体的返混。

⑦.齿形出口堰具有大液流工况下降低液流强度。

⑧.旋流洗涤除雾器具有多次旋流、离心除雾除尘作用。 ⑨.富尘烟气双回路装置，原烟气通过预除尘装置，具有脱硫液在塔釜内闭路双循环，节省了动力消耗及脱硫液的循环利用降低了消耗，减少综合水池的投资。

⑩.保证采用符合脱硫行业要求的优质材料及附属设备，采用绝对安全可靠的防腐技术。保证三年的稳定运行，使用寿命20年。 1.1.7技术特点

①.技术成熟，系统功能完善, 运行可靠性好。

②.系统及设备实现了优化整合，关键在于吸收塔塔内构件实现了优化，使得系统高效，脱硫效率高。

③.保证脱硫系统高效安全稳定运行的基础上，采用合理必要简化措施,降低了系统的初投资和运行费用。

④.预除尘区与塔釜之间设置的液面隔板、回流装置及控制的温度、水量的调整使含尘的高温烟气达到脱硫效率最高的适合温度。

⑤.双回路的脱硫循环装置设置的pH检测信号能及时、准确的保持脱硫液的供给要求，大大降低了运行成本。

⑥. 新研究成果的利用保证了脱硫工艺的先进性。 1.2新建100t/h链条锅炉脱硫塔

本期FGD系统的脱硫塔采用立式喷淋塔，内有搅拌器、氧化空气分布系统、

喷淋层、除雾器等。设计寿命30年以上。

脱硫塔内所有部件能承受最大入口气流及最高进口烟气温度的冲击, 高温

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烟气不对任何系统和设备造成损害。

脱硫塔选用的材料适合工艺过程的特性，并且能承受烟气飞灰和脱硫工艺固体悬浮物的磨损。所有部件包括塔体和内部结构设计考虑腐蚀余度。

脱硫塔设计成气密性结构, 防止液体泄漏。为保证壳体结构的完整性，尽可能使用焊接连接，法兰和螺栓连接仅在必要时使用。塔体上的人孔、通道、连接管道等需要在壳体穿孔的地方进行密封，防止泄漏。

脱硫塔壳体设计要能承受压力荷载、管道力和力矩、风载和地震载荷，以及承受所有其他加在脱硫塔上的荷载。脱硫塔的支撑和加强件要能充分防止塔体倾斜和晃动。

塔体的设计尽可能避免形成死角, 同时采用搅拌措施来避免浆池中浆液沉淀。

脱硫塔内配有足够的喷嘴。

塔的整体设计方便塔内部件的检修和维护，脱硫塔内部的喷淋系统和支撑等尽可能不堆积污物和结垢，并且设有通道以便于清洁。

氧化区域合理设计，氧化空气喷枪和分配管布置合理。氧化空气喷枪高度设置在3.2米处。

脱硫塔搅拌系统确保在任何时候都不会造成塔内氢氧化镁浆液的沉淀、结垢或堵塞。

脱硫塔烟道入口段能防止烟气倒流和固体物堆积。

脱硫塔配备有足够数量和大小合适的人孔门和观察孔，人孔门和观察孔不能有泄漏，而且在附近设置走道或平台。在除雾器区域必须装设观察孔。人孔门的尺寸至少为DN600-800，易于开关，在人孔门上装有手柄，如果必要，设置爬梯。

脱硫塔内所有部件能承受最大入口气流及最高进口烟气温度的冲击，高温烟气不应对任何系统和设备造成损害。

提供所有必需的就地和远方测量；至少要提供脱硫塔的液位，pH值计，脱硫塔温度（至少2个），压差，压力测量足够的测试点，氢氧化镁浆液和硫酸镁浆液的流量测量装置和浓度（Wt）测量装置。

脱硫塔壳体采用碳钢材质，内部防腐层采用玻璃鳞片防腐，平均厚度不小于1.8mm。

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