气动乳化脱硫技术方案

昵称33072242 2016-05-06

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安阳化学工业集团有限责任公司

3×75吨锅炉烟气脱硫项目

技

术

方

案

株洲亦辉环保设备有限公司

方案呈送人：贺振邦

技术咨询电话：13100337766

1概述

1. 1背景和任务

安阳化学工业集团有限责任公司重视环保，严格按照环保“三同时”的要求建设烟气脱硫装置，在对各种脱硫技术进行了对比的基础上，将气动乳化脱硫技术作为选项之一，因为该技术有很多使用范例。

气动乳化脱硫最高脱硫率99.79%，在可靠性、液气比、脱硫率、耐磨、耐高温、耐腐蚀、防垢、防堵、防烟气带水、系统节能等方面具有优势。相对于其它用于烟气脱硫的技术，气动乳化脱硫技术完全能满足安阳化学工业集团有限责任公司锅炉烟气脱硫项目的要求。

气动乳化脱硫，在达到高脱硫率的同时，运行电费仅其他方法的30%。

气动乳化脱硫，运行率达到100%。有超过300台脱硫塔在运行，其中部分脱硫塔已经运行了13年，脱硫率全部在99%以上。

本方案以气动乳化脱硫塔为核心设备，采用石灰石脱硫，本项目完成以后，SO₂排放≤200 mg/Nm³。

1.2烟气条件和环保要求

序号	名称	单位	数值	备注
1	处理烟气量	m³/h	500000
2	烟气温度	℃	≤150
3	原烟气SO2浓度	mg/m³	≤2000
4	净烟气SO2浓度	mg/Nm³	≤200

2 气动乳化脱硫

2.1气动机理

气动乳化是一种过程，乳化是一种状态。气动乳化过程是这样形成的：在一圆形管状容器中，经加速的含硫烟气以一定角度从容器下端进入容器，与容器上端下流的不稳定循环液相碰，烟气高速旋切下流循环液，循环液被切碎，气液相互持续碰撞旋切，液粒被粉碎得愈来愈细，气液充分混合，形成一层稳定的乳化液。在乳化过程中，乳化液层逐渐增厚，当上流的气动托力与乳化液重力平衡后，最早形成的乳化液将被新形成的乳化液取代。

2.2脱硫机理

循环液带着被捕集的SO₂断续流经均气室直至回到循环槽,在乳化室内，只要有足够的处理气流量，总将保持一相对稳定的乳化液层。

含硫烟气在乳化室内参与了气动乳化过程，烟气中的SO₂与乳化液层中的循环液微细液粒接触，由于在乳化液中，液粒的比表面积比起水膜除尘、喷淋除尘方式中液滴要大数倍至数十倍，因而，单位液量捕集SO₂的效率显著增大。对于含硫烟气来说，液粒趋细，活化了液粒，更有利于化学净化过程。对于烟气，脱硫过程中的吸收、中和、氧化全部在乳化液层内完成。

2.3标准结构

气动乳化脱硫塔由三部分组成，含硫烟气首先进入均气室，再进入气动乳化过滤元件组，最后通过气液分离室，净化后的烟气出塔并排入大气。各部件的作用简述如下：均气室的作用是均匀分配烟气给每一过滤元件，使每一过滤元件发挥同等的过滤作用。烟气分配不均匀，将严重影响过滤器除尘脱硫效率；气动乳化过滤元件组，是过滤器的核心，它提供一个主要是紊流掺混的强传质气动乳化空间，它是烟气净化的主要构件，气动乳化过滤元件的结构，气流速度，布液量都直接影响烟气净化的效率。气液分离室，用于气液分离，液气分离采用凝并和惯性原理，结构简单，气液分离室还有进一步除尘脱硫的作用。

2.4适用范围

该技术开发得到了国家的支持，已经用于有色冶炼、化工、电力、钢铁行业。气动乳化已经有应用烧碱、工业废纯碱溶液、石灰、石灰石、氧化镁脱硫剂的应用案例。

气动乳化脱硫已应用于山西高义钢铁有限公司、河南安阳华诚钢铁、新普钢铁、凤宝钢铁、湖北长江镍业、株洲冶炼厂、英德新裕、韶关中威、内蒙古赤峰红烨等六十余家单位的烟气脱硫，设计全部达标排放。

由此可见，贵公司烟气脱硫，一定能达到排放的要求。

3 石灰石脱硫

3.1原理

石灰石-石膏法脱硫工艺是典型的气体化学吸收过程，在洗涤烟气的过程中发生了复杂的化学反应，烟气中SO₂的脱除在气、液、固三相中进行，发生了气-液反应和液-固反应。其主要反应方程式如下：

吸收：

SO₂ +H₂O→H₂SO₃ （1）

SO₃+H₂O→H₂SO₄ （2）

中和：

CaCO₃+H₂SO₃→CaSO₃+CO₂+H₂O （3）

CaCO₃+H₂SO₄→CaSO₄+CO₂+H₂O （4）

氧化：

2CaSO₃+O₂→2CaSO₄ （5）

结晶：

CaSO₄+2H₂O→CaSO₄·2H₂O （6）

3.2物料需求

锅炉按年运行330天计算，原烟气SO₂浓度平均2000mg/m³、净烟气SO₂浓度平均200mg/Nm³、烟气量500000 m³/h计算，脱硫剂用量如下：

脱硫剂品种	小时用量（吨）	年用量（吨）	单价（元/吨）	年费用 (万元)
石灰	1.406	11137.5	180	200.48

4脱硫工艺

本项目系统按工艺设计分为烟气系统、吸收系统、制浆系统、石膏处理系统、工艺水系统组成。

4.1烟气系统（详细见烟气系统PID图示）

烟气系统由脱硫塔、进塔风门、旁路风门、膨胀节、塔顶烟囱等组成。脱硫时，5#、6#、7#锅炉经除尘后，烟气汇入一条总管，进入脱硫塔入口，脱硫后烟气从塔顶烟囱排入大气。不脱硫时，烟气直接通过旁路烟道进入原烟囱排空。

4. 2 SO₂吸收系统

4.2.1吸收系统的工艺流程（详细见吸收系统PID图示）

由气动乳化脱硫塔、循环槽、循环槽搅拌机、循环泵、工艺管道阀门等组成。原烟气从脱硫塔下部的均气室进入脱硫塔，在脱硫塔吸收区，烟气与循环液充分传质，原烟气中的SO₂被脱除，脱硫后烟气经除雾后从塔顶离开脱硫塔。

吸收了SO₂的浆液落入塔的下部，由出塔浆管引入循环槽。

气动乳化脱硫塔循环槽设有搅拌器，防止循环浆液出现沉降，循环浆液在循环槽内由脱硫循环泵送入脱硫塔进行脱硫。

反应完全的浆液通过渣浆泵打入沉降池处理。

4.3制浆系统（详细见制浆系统PID图示）

本系统由粉仓总成、制浆槽、制浆槽搅拌机、给浆泵及工艺管道阀门等组成。

石灰在制浆槽内配制成浓度15%的石灰石浆液，由给浆泵送至循环槽，通过槽外的循环泵送入脱硫塔脱硫。

4.4工艺水系统

本系统的工艺水全部来自三级沉降后的废水，系统内部设计时无废水外排。

5 工期

本次工程总工期为土建完成后120天交付调试。

6 项目效果与投资之间的关系

气动乳化脱硫塔最高脱硫率99.79%，在可靠性、液气比、脱硫率、耐磨、耐高温、耐腐蚀、防垢、防堵、防烟气带水、系统节能方面具有优势。

全世界有200多种脱硫方法，但是，国内基本上没有能够正常运行的脱硫装置。

株洲亦辉环保设备有限公司开发的专利技术——气动乳化脱硫塔，运行率100%，且脱硫率高、经济性好。其原因在于：

a.脱硫率高：

脱硫率很高，设计脱硫率在90~99%之间，采用气动乳化脱硫塔，同等液量循环液产生的比表面积是喷淋方式的10倍乃至数十倍，因此处理相同烟气量，气动乳化脱硫塔的效率比喷淋等其他方式要高很多。最高脱硫率99.99%。

b.使用期（寿命）高：

塔体和所有塔内件均由316L不锈钢制造，耐高温、耐磨损、耐腐蚀、脱硫塔设计使用寿命20年以上。316L不锈钢能耐500℃以下高温使用，在空气中表面能产生一层致密氧化膜，能有效抵抗腐蚀和磨损。最高寿命（无故障）连续运行13年。

c.低PH值：

由于脱硫循环液含有钙、镁、铁等离子。在高PH值运行时这些离子会在塔内结垢，垢是混合结晶体，成长速度很快，结垢以后，脱硫系统完全报废。针对大量脱硫系统报废的现状，气动乳化脱硫以酸性循环液运行，对脱硫塔、循环泵、阀门起到酸性除垢作用，不结垢不堵塞。在酸性循环液条件下，气动乳化脱硫保持90%至99.5%的脱硫率。

株洲亦辉环保设备有限公司在安钢集团新普特钢有限公司的现场安装了脱硫系统，清水脱硫连续运行9小时，PH值维持4.2以上时,脱硫率超过90%，安阳华诚钢铁有限公司、新普特钢有限公司、河南凤宝特钢有限公司的技术专家及领导参与了测试，株洲亦辉环保设备有限公司脱硫塔在低塔阻、低PH值条件下，贡献出的高脱硫率，产生了极大兴趣，并充分肯定。

d.低液气比（升水/立方米烟气）：

由于气动乳化脱硫循环液的比表面积是其他的方法的数十倍，所以液气比（升水/立方米烟气）仅为喷淋的1/5。本项目设计工作液气比为1.5。

e.低循环液压：

气动乳化脱硫塔以水柱直接布液，没有喷嘴，首先完全避免了其他方法常见的喷嘴结垢、堵塞、磨损等导致脱硫系统报废问题。其次，其他方法离不开喷嘴，浆液通过喷嘴会损耗30米左右的脱硫循环泵的扬程，没有喷嘴，泵选型时，就选择比前者少了30米扬程的泵，在湿法脱硫系统，脱硫循环泵的电耗占了整个脱硫系统的70%以上。本项目设计循环泵扬程26米。

f.省电节能：

低压、小流量循环液的双重因素，使循环泵等设备小型化，脱硫能降低能耗。

本项目设计（满负荷）运行时，实际每小时运行功率129.77KW，理论运行功率每小时163.9KW。

g.脱硫剂不受限：

石灰石、石灰、电石泥、氧化锌、氧化锰、氧化镁各种碱性物和工业废液。

h.模块化设计：

采用标准的模块化设计，大量多管（4管、6管、8管、9管、12管、16管、20管、24管及以上的）旋流器组合。

标准化的旋流器直径750、890、1190、1530、1860、已经有超过200个多管脱硫塔的案例。

从销售、施工图设计、采购、装车发货、现场点验、安装、培训运行、运行中设备管理，全部采用与施工图一致的位号管理。

J.无故障运行：

设备体积小，脱硫系统操作简单、维护方便，有大量无人值守小型脱硫系统在运行。多个项目无故障运行时间超过10年。

K.防堵机理

气动乳化脱硫塔的过滤元件不仅提供200mm×300mm的足够空间作为气流通道，更为重要的是，元件上面是高速旋转的乳化液层。通过每个过滤元件的透镜，可以一目了然地看到工作中的乳化液层，液层内的气液进行着高速旋切碰撞，冲涮着过滤元件。过滤元件与水平面成50度角。极大的元件间空间，以及循环液永不停顿地高速旋切碰撞，有超过300多个案例已经证明，气动乳化塔不会堵塞。

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（附图1：株冶多膛炉脱硫塔乳化液层，从1999年7月运行至今，已经超过12年，进口SO₂浓度14400—25000 mg/Nm³，出口SO₂浓度10 mg/Nm³脱硫率99.8%,与生产系统同步运行率100%，没有出现过堵塞、腐蚀，至今还在一如既往运行）

L.耐腐机理

气动乳化脱硫塔由316L不锈钢制作，其耐磨、耐腐蚀、耐高温价值已被证明，符合国际标准的316L不锈钢，耐含高氯离子浓度在内的各种强腐蚀浆液溶液的腐蚀。国家标准HJT179-2005之7.2.3条明确说明，316L不锈钢可耐60000mg/L的氯离子溶液腐蚀，而所有的湿法脱硫系统，循环液中的氯离子浓度不会超过11600mg/L。

尽管316L不锈钢材料的单价一直是A3钢10倍。但株洲亦辉环保设备有限公司从来不以其他材质做塔，从来没有抱过任何侥幸心理，将脱硫塔穿孔风险转由用户承担。高温及热交变应力、高磨损、重腐蚀下，其他材料塔内防腐都不可靠。用316L不锈钢，万无一失。

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（316L不锈钢气动乳化脱硫塔塔体——安装在中国电力集团下属企业的气动乳化脱硫塔的316L不锈钢材质的过滤器组件，500台气动乳化脱硫塔全部由316L不锈钢制作、安装，采用316L不锈钢的还包括所有循环浆管、排浆管、脱硫后的净烟气管及所有管道的主要部件。）

M.节能机理（低循环泵功率）

其他脱硫塔都带有喷嘴，喷嘴必须克服0.15-0.4MPa的喷嘴阻力，才能产生符合脱硫要求的喷淋液，这种带喷嘴的脱硫塔的循环泵扬程需要高于60m，而不需要喷嘴的气动乳化脱硫塔循环泵扬程只需要20m，仅此单项，在相同循环液量的前提下，气动乳化脱硫已经节能66%，泵的扬程单项节能，仅为空塔喷淋的1/3。

气动乳化是强传质脱硫，处理同样烟气量、同样浓度的含硫烟气，其液气比不到其他空塔喷淋脱硫的1/4。

二项合计,气动乳化塔仅在循环泵的运行功率方面，经过对比测算，是其他技术能耗的20%（平均值）。

7、应用案例

7.1典型案例之一：最早的用户之一，湖南株冶集团

建设单位：株洲冶炼集团股份有限公司

投运时间：1999年7月

安装地点：湖南省株洲市石峰区清水塘

企业产品：全球第三大锌生产企业、上市公司、年产铅锌及稀贵金属60万吨

窑炉：3台多膛炉

SO₂浓度：入口14400~22000mg/Nm³ 出口≤10mg/Nm³

脱硫率99.79%

管理状态：11年无人值守，仍良好运行中

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