冲天炉废气处理

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1、某机械铸造#冲天炉废气处理工程设计方案目 录1 概况11.1项目背景11.2设计依据11.3设计原则11.4 设计范围21.5排放标准22 废气情况分析32.1 废气来源32.2废气量与成分33 废气处理工艺选择43.1废气处理工艺选择43.2除尘原理63.3脱硫原理63.4设备脱硫除尘工艺特点9 4 废气处理工程系统设计104.1废气脱硫除尘系统组成104.2废气处理工艺设计115 运行成本分析135.1电费分析135.2其他费用分析 135.2运行成本合计 136 设备与构筑物一览表146.1构筑物146.2材料设备14- 11 - / 141 概 况1.1项目背景某市某机械铸造#以废铁废

2、钢为原料,加工铸造铸建筑用件、水泵水务用件以与各类机械配件等.年产铸造铸建筑用件、水泵水务用件以与各类机械配件7000吨.某市某机械铸造#在日常的生产工序中,冲天炉产生了燃烧废气,需经过治理达标后方能排放.某市某机械铸造#现委托我公司针对该项目的废气治理工程进行方案设计.1.2设计依据1某市某机械铸造#提供的基础资料2中华人民共和国环境保护法3中华人民共和国大气污染物防治法4广东省地方标准大气污染物排放限值DB44/27-20015工业炉窑大气污染物排放标准GB9078-19966工业企业设计卫生标准GBZ1-20027大气环境质量标准GB3095-968环境工程设计手册9大气污染防治手册10

3、有关的设计规范和设计手册1.3设计原则1严格执行国家有关环保的各项法规,保证处理效果达到排放标准的要求；2积极稳妥地采用先进可靠的处理技术,节省建设资金；3贯彻经济性和可靠性并重的设计原则,在最大限度地降低工程造价和运行费用的同时,合理兼顾运行操作条件和管理维护条件；4需要与可能相结合的原则,充分考虑当地的实际情况与客观条件,因地制宜、积极稳妥地采用先进、实用的技术,使工程的各项指标都能达到预期的目的.1.4设计范围1） 冲天炉废气工程设计方案的编制、设备材料采购与工程建设安装、负责工程调试直至废气达到相关的排放标准并通过环保验收.2） 负责业主方管理者、作业者的培训与废气处理机制的完善.3）

4、 负责协助完成相关环保报批、验收的各项手续.4） 质保期内的配套服务.1.5排放标准该项目冲天炉的废气经处理后,应达到工业炉窑大气污染物排放标准GB9078-1996二级标准,烟囱最低允许高度为15米.表1工业炉窑大气污染物排放标准GB9078-1996二级标准污染物排放浓度mg/m3烟尘150二氧化硫850氮氧化物400林格曼黑度1级2 废气情况分析2.1废气来源该公司的冲天炉共两台,熔炼能力为3t/h,冲天炉使用焦炭作为燃料,年用量约为250吨.焦炭的含量为：固定碳8287%,含S 0.41%,灰份812%.冲天炉运行过程中其主要污染物为烟尘、SO2.2台3t/h冲天炉烟气排放量为1400

5、0m3/h.2.2废气量与成分 该项目共有熔炼能力3t/h的冲天炉2台,两台冲天炉在运行过程中产生的废气总量是14000m3/h.冲天炉废气与锅炉烟气类似,运行工程中产生的废气主要污染物为烟尘、二氧化硫,处理工艺按锅炉烟气的处理工艺进行选择. 冲天炉的废气经处理后,应达到工业炉窑大气污染物排放标准GB9078-1996二级标准,烟尘排放浓度150mg/m3,林格曼黑度1级,二氧化硫排放浓度900mg/m3,氮氧化物排放浓度400mg/m3.表2冲天炉产生废气情况污染物浓度mg/m3标准浓度限值mg/m3废气量m3/h烟尘230015014000二氧化硫30608503 废气处理工艺选择3.1废

6、气处理工艺选择冲天炉废气与锅炉烟气类似,污染物均为烟尘和二氧化硫,处理工艺按锅炉烟气的处理工艺进行选择.由于烟尘浓度较高,先经过一级除尘后再进行脱硫处理.3.1.1除尘工艺选择废气除尘的方式主要有机械式除尘包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器,过滤式除尘包括袋式除尘器、颗粒层除尘器、电除尘器、湿式除尘器包括喷淋塔、泡沫塔、填料塔、湍球塔、文丘里等.表3几种除尘方法性能比较名称适用粒径/um效率/%阻力/pa设备费运行费重力沉降室509080-8570-7560-70投资比例/%13-198-123-52-4费用900-1250750-1050600-900600-800占地面积大中小小灰渣状

7、态湿干干干 目前工业废气脱硫工艺大体概括为干法、半干法、湿法.干法是利用固态粉状、粒状等的吸收剂、吸附剂或催化剂来脱除废气中二氧化硫的方法,如烟气循环流化床、活性炭吸附法、催化转化法.半干法是采用液态吸收剂,利用烟气的热量,在脱硫反应的同时蒸发吸收剂的水分,使脱硫产物成为固态,如旋转喷雾干燥法.湿法采用液态液体或浆液吸收剂吸收烟气中的二氧化硫.湿法烟气脱硫过程是气液反应,其脱硫反应速度快,脱硫效率高.目前已开发的湿法烟气脱硫技术,主要有石灰石石灰/石膏洗涤法、双碱法、氨吸收法、海水脱硫等.常规中采用的方法石灰石法和双碱法,石灰石法主要缺点是容易结垢,堵塞布液管和水泵等设备；双碱法烟气脱硫工艺采

8、用碱金属盐类如NaOH、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3等的水溶液吸收SO2,然后在另一石灰反应器中用石灰将吸收SO2后的溶夜再生、再生后的吸收液再循环使用,最终产物以硫酸钙和石膏形式析出.双碱法烟气脱硫工艺是石灰石石灰/石膏洗涤法的变形,克服了克服石灰石/石灰法容易结垢的缺点,提高了SO2去除率.所以本方案选用双碱法工艺.双碱法是湿法中比较重要的工艺,具有脱硫除尘效率高,投资少,占地小,运行费用低等特点,非常适合中国国情. 3.1.3废气处理工艺的确定根据该项目废气的温度,废气的成分以与污染物浓度等的特点,治理方法应选用效果好、质量可靠、操作方便和运行费用低的工艺为宜.为此,处理工艺

9、选用喷淋沉降室+高效旋流板塔 对废气进行脱硫除尘.废气经喷淋沉降室初步除尘和降温后、配备独立多级脱硫塔对其进一步除尘和脱硫治理,经处理后污染物指标达到工业炉窑大气污染物排放标准GB9078-1996二级标准与地方环保要求.其处理工艺流程如图1所示.图1冲天炉废气处理工艺流程图3.2除尘原理3.2.1喷淋沉降室的除尘机理喷淋沉降室是构造简单的一种洗涤器,在喷淋沉降室内水通过喷嘴喷成雾状,当含尘烟气通过雾状空间时,因尘粒与液滴之间的碰撞、拦截和凝聚作用,尘粒随液滴降落下来.根据气体与液体的流动方向,可分为顺流、逆流和错流三种型式.3.2.2旋流板塔的除尘机理烟气自脱硫除尘塔底部切向进入后,绕着底部

10、的稳流柱旋转上升,利用离心力作用除去较大尘粒,然后变速通过流旋流板.在变速运动中,高速气流对碱液做激烈搅拌使水达到最佳的雾化质量,从而使得烟气与碱液达到最大的接触面积.这样,较大的尘粒在离心力作用下被除去,较小的尘粒受到液滴的碰撞与拦截、冷凝,以与多次的布朗扩散等作用而凝并成较大的尘粒而被除去,此外,还有部分微小尘粒通过紊流、吸附、凝聚、催化传质后被捕集,最后都流至塔底部再排至沉灰池.3.3脱硫原理3.3.1双碱湿法脱硫机理 脱硫是利用二氧化硫的特性,即酸性、溶解性、氧化性、还原性.而二氧化硫溶于水后与碱反应的速度很快不需多加考虑.一般情况下,当冲天炉产生的烟气排入脱硫器,喷入一定量碱液时,碱

11、液的雾化质量越好、脱硫效率越高.本脱硫除尘器独特的设计能使高速运动的气流对碱液作激烈的搅拌,产生涡流内循环,重复雾化,使碱液完全雾化,液滴粒径基本在0.2mm以下,达到最佳雾化质量,液雾与SO2充分搅拌在一起,达到最佳的接触方式与接触面积,从而达到理想的脱硫效果.用碱性液洗涤含SO2的气体时,首先SO2与水相互反应生成亚硫酸,部分亚硫酸水解生成H-、HSO3-与少量的SO32-离子.同时水中的碱则离解成Na和OH-离子.生成OH-离子时因下列反应而使H+离子减少： SO2H2SO3H+ HSO3-OH- + H+ H2OH+减少的结果是使HSO3-和SO32-离子量增加,从而使溶液中未离解的亚

12、硫酸和物理溶解的SO2含量减少,因此继续从气体中吸收SO2.起初碱过剩时,SO2与碱反应生成正盐亚硫酸钠Na2SO3.2NaOH + SO2 Na2SO3 + H2O 待至碱耗尽而继续从烟气中吸收SO2时,则生成酸式盐亚硫酸氢钠NaHSO3.Na2SO3 + SO2 +H2O 2NaHSO3亚硫酸氢钠与碱反应又再生出正盐亚硫酸钠.NaHSO3 + NaOH Na2SO3 + H2O 在运行过程中,不可避免地会发生副反应,即少量亚硫酸钠被氧化为硫酸钠Na2SO4.2Na2SO3 + O2 2Na2SO4喷淋后流入沉淀池时加入Ca2,再生成NaOH和石膏等沉淀物Na2SO3 + Ca2 CaSO3

13、 + 2NaOHNa2SO4 + Ca2 CaSO4 + 2NaOH 亚硫酸钠的氧化率与烟气中的氧含量、烟尘杂质种类与循环液浓度、PH值高低等有关.系统在正常运行时,脱硫操作是在吸收再生中循环进行,由此可见,循环液是由Na2SO4- Na2SO3- NaHSO3组成的溶液体系,溶液中的Na2SO3与NaHSO3的浓度和比例是影响吸收率的关健因素.其中有脱硫能力的成份是Na2SO3.在不断吸收SO2生成NaHSO3过程中,表现为循环液PH值逐渐下降,循环液面上的二氧化硫分压PSO2逐渐升高,脱硫能力逐渐降低.为了恢复循环液的吸收能力,必须再生Na2SO3.为此,按需要的碱量投入PH调节槽,调节循

14、环液的PH值,即可再生出Na2SO3.当循环液中的Na2SO3全部变为NaHSO3,继续吸收SO2时,不可能再起化学反应,此时仅因SO2对该溶液的溶解度关系而溶解于溶液中并达到饱和,循环液PH值急剧下降,循环液面上的二氧化硫分压PSO2急剧升高,吸收过程无法进行.因此,循环液的PH值必须控制.Na2SO3、NaHSO3和Na2SO4在水中的溶解度随温度变化而变化,除NaHSO3随温度升高而增加外,其余两种都是在40时溶解度最大,然后随着温度的升高而减少.通常,循环液的温度可升至6065.当循环液浓度较高时,NaHSO3在循环液的温度下处于不饱和状态,而当投入Ca2再生NaOH时,由于CaSO3

15、溶解度较少,达到饱和并结晶析出,从而使水平中的SO32-浓度下降,达到循环水再吸收SO2的效果.但是因为分压问题,还是需要定时换水,保持循环水喷淋脱硫除尘的效果.吸收了SO2、SO3和NO2的碱液在塔外混合池中用第二碱石灰或石灰石再生NaOH,生成的CaSO3和部分CaSO4在池内沉淀,上清液返回吸收系统循环使用：2NaHSO3+CaCO3Na2SO3+CaSO31/2H2O+CO2+1/2H2O2NaHSO3+CaOH2Na2SO3+CaSO31/2H2O+3/2H2O2Na2SO3+CaOH2+1/2H2O2NaOH+CaSO31/2H2O2CaSO3+O2+4H2O2CaSO42H2ON

16、a2SO4+CaOH2+2H2O2NaOH+CaSO42H2O3.3.2双碱脱硫工艺特点1用NaOH脱硫,循环水基本上是NaOH的水溶液,在循环过程中对水泵、管道、设备均无腐蚀与堵塞现象,便于设备运行与保养.2吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀发生在塔外,这样避免了塔内堵塞和磨损,提高了运行的可靠性,降低了操作费用；同时可以用高效的板式塔或填料塔代替空塔,使系统更紧凑,且可提高脱硫效率.3钠基吸收液吸收SO2速度快,故可用较小的液气比,达到较高的脱硫效率,一般在90%以上.4对脱硫除尘一体化技术而言,可提高石灰的利用率.5NaSO3氧化副反应产物Na2SO4较难再生,需不断的补充NaOH或Na2CO3

17、而增加碱的消耗量.另外,Na2SO4的存在也将降低石膏的质量.3.4设备脱硫除尘工艺特点 考虑经济成本,本方案采用麻石旋流板塔式多层脱硫器脱硫.由于高温烟气冷却后再经多级脱硫效果更佳,烟气排放达标更有把握.麻石脱硫除尘器性能特点：麻石是花岗岩的一种,属于天然石材,具有硬度高、耐磨损、耐风化、耐腐蚀的特点,用麻石砌块砌筑的脱硫除尘器,经久耐用、耐酸雾腐蚀等特点.其主要不足之处在于塔体重,对基础要求较为严格,容易因基础不稳定、安装过程控制不当以与高温等因素而发生开裂渗漏现象,导致内部结构产生松动或者变位,从而致使对脱硫效果产生影响.因其材质较重,其内部构造维护维修方面也较为困难.4 废气处理工程系

18、统设计4.1废气脱硫除尘系统组成根据该项目处理废气的废气浓度、废气成分、负荷变化的特点,选用效果好、质量可靠、操作方便和运行费用低的喷淋沉降室+高效旋流板塔工艺.4.1.1喷淋沉降室在喷淋沉降室内水通过喷嘴喷成雾状,当含尘烟气通过雾状空间时,因尘粒与液滴之间的碰撞、拦截和凝聚作用,尘粒随液滴降落下来.这种除尘器构造简单、阻力较小、操作方便.其突出的优点是,可以处理含尘浓度较高的烟气而不会导致堵塞.又因为它喷淋的液滴较粗,所以不需要雾状喷嘴,这样运行更可靠,喷淋沉降室可以使用循环水,直至洗液中颗粒物质达到相当高的程度为止,从而大大简化了水处理设施.4.1.2旋流板高效脱硫塔 旋流板高效脱硫塔由主

19、塔和副塔组成.烟气自脱硫除尘塔底部切向进入主塔后,绕着底部的稳流柱旋转上升,利用离心力作用除去较大尘粒,然后变速通过流旋流板.在变速运动中,高速气流对碱液做激烈搅拌使水达到最佳的雾化质量,从而使得烟气与碱液达到最大的接触面积,从而对烟气进行脱硫,然后经顶部塔顶短道进入副塔进行除雾处理,最终从副塔底部经引风机从烟囱排向大气.这样,使得烟气在高效脱硫塔中达到脱硫除尘的目的.4.1.3循环水池系统 循环水系统包括有1#沉灰池、2#沉灰池、循环池.喷淋沉降室的喷淋水排入1#沉淀池进行灰水分离,上清液由水泵抽往喷淋沉降室进行喷淋除尘.高效旋流板塔中脱硫除尘喷淋水先排至沉灰池沉淀使灰水分离,灰水沉淀后上清

20、液再进入循环池,使酸性上清液与新加的碱液充分混和PH值达到11以上,这样就能达到最佳的脱硫效果.由循环水泵抽至脱硫除尘器进行喷淋脱硫,实现水的循环.沉灰池内的底泥定期外运处理.循环过程中由于液体的蒸发和会有少理Na2SO4和NaNO3的生成,因而不可避免地会有钠的损失,必须定期往循环池中加入少量的碱,以补充钠的损失.4.2废气处理工艺设计喷淋沉降室设计喷淋沉降室起初步除尘和降温的作用,分前后两室,前室的喷淋水由自来水提供,后室的喷淋水由沉淀池的上清液循环使用.根据废气特点,喷淋沉降室的设计工艺尺寸采用：4m3.5m2.5m；采用砖混或钢混；气水比：1:3；喷淋水量：喷淋沉降室前室为35m3/h

21、,喷淋沉降室后室为15m3/h；水泵采用Q=15m3/h、N=2.2kw的不锈钢泵.4.2.2脱硫除尘塔设计高效旋流板塔是整个废气处理系统关键的处理单元.废气中大部分粉尘都将在此阶段去除.高效旋流板塔中喷淋的碱液用于净化去除废气中的SO2,使废气经处理后能够达标排放.根据计算高效脱硫除尘塔的尺寸为：塔高7500mm；主塔内径1200mm；副塔内径800mm.设备基础：4m2m0.5m.喷淋水量为20m3/h,水泵采用Q=20m3/h、N=2.2kw的不锈钢泵. 高效脱硫除尘塔结构：由麻石塔体、填料支架、气体分布柵版、填料、喷淋液输送和旋流板装置和除雾装置等组成. 脱硫除尘塔主体采用采用麻石结构

22、,防渗处理,要求密闭不漏气.液体管道采用PVC-U材质；水泵采用不锈钢材质；设备安装支架采用钢结构,防腐处理.脱硫除尘塔配套引风机用于抽取冲天炉产生的废气进入废气处理系统.废气处理系统引风机选用Q=14000m3/h,风压2500Pa,N=11kw.4.2.3循环水系统设计循环水池系统包括1#沉灰池、2#沉灰池、循环池,根据废气处理系统的喷淋用水量,循环水系统的设计参数为：1#沉灰池4m2.5m2.5m、2#沉灰池4m2.5m2.5m、循环池2m1.5m2m、污泥泵选用Q=10m3/h、N=0.75kw的不锈钢泵.4.2.4流程简介冲天炉废气经烟管输送汇至喷淋沉降室进行初步除尘、降温处理.经喷

23、淋沉降处理后的烟气沿切线方向进入主塔底部,在塔内经脱硫除尘后,自塔顶短烟道进入副塔,进一步除雾后通过烟囱高空排放.喷淋沉降室前部分喷淋液从自来水管直接提供,沉降室的后室喷淋液由1#沉灰池的上清液循环使用,加碱调节后的喷淋液从高效脱硫除尘塔顶部进入,在旋流塔板上分散成雾滴与烟气充分接触后,从主塔底部经明渠流入2#沉灰池,沉降到泥斗.沉淀池出水流回循环池,在池内调节PH值后用喷淋泵打回主塔顶部循环使用.沉淀的灰泥用排污泵抽取至灰场.5 运行成本分析5.1电费分析表5电费分析表名称时间h功率Kw数量总耗电功风机811188喷淋沉降室喷淋泵82.2117.6脱硫除尘器喷淋泵83124污泥泵10.751

24、0.75合计130.35以每千瓦时0.7元计,则每天耗电费用为：130.350.780.7=71.17元5.2其他费用分析5.2.1水费依据实际运行情况而定.人工费本处理系统可由生产人员兼管.药剂费估算NaOH工业纯：3600元/吨,投加量：0.8kg/h.则每天药品运行费为：23.04元/天 5.3运行成本合计 71.1723.0494.21元/天全套除尘脱硫系统每天运行费用为：94.21元RMB.6 设备与构筑物一览表6.1构筑物表6构筑物清单序号名称型号/规格单位数量备注11#沉灰池4m2.5m2.5m座122#沉灰池4m2.5m2.5m座13循环池2m1.5m2m座14脱硫除尘器基础4m2m0.5m座1需打桩6.2材料设备表7材料设备清单序号名称型号/规格单位数量备注1喷淋沉降室4m3.5m2.5m 套12高效脱硫除尘器主塔：1.2m7.5m副塔：0.8m7.5m套1麻石3引风机14000m3/h,N=11Kw台1耐高温4脱硫除尘器喷淋泵20m3/h, H=28m,N=3Kw台25喷淋沉降室喷淋泵15m3/h, H=20m,N=2.2Kw台26污泥泵10m3/h,H=8m,N=0.75Kw台17烟气管道F900mm,碳钢防腐批18水管与阀门耐高温PVC-U批19电气控制柜镇泰元件台110电线电缆批1