110万吨/年焦炉烟气脱硫脱硝?一体化技术方案

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110万吨/年焦炉烟气脱硫脱硝一体化技术方案主要包含

烟气脱硫脱硝一体化工艺、 烟气脱硫脱硝一体化技术说明 、脱硝系统主要设备 
脱硫主要设备 、脱硫脱硝环境效益及节约费用、脱硫脱硝运行费用 、脱硫脱硝投资费用
脱硫脱硝一体化项目概况
焦化厂是专门从事冶金焦炭生产及冶炼焦化产品、加工、回收的专业工厂。焦炉烟囱排放的大气污染物为焦炉煤气燃烧后产生的废气,主要有SO2、NOx及烟尘等,污染物呈有组织高架点源连续性排放,是污染最为严重的行业之一。
2012年6月,环境保护部及国家质量监督检验检疫局联合发布了《炼焦化学工业污染物排放标准》,明确规定了焦化工业的大气污染物排放标准。
      江苏脱硫脱硝公司一体化烟气治理技术,就是将烟气烟气除尘技术,烟气脱硫、脱硝技术捆绑在一起,形成一套集成创新的装置,这套装置既能除尘、脱硫、脱硝,从而达到烟气资源化利用的目的。从此改变烟气治理只有投入,没有产出的困境。

2. 设计依据
2.1. 设计原则
2.1.1脱硫脱硝
? 对尾气同时进行脱硝及脱硫治理。
? 采用高效、先进、运行稳定、管理方便的治理工艺及技术,保证废气的达标排放;
? 烟气净化治理不影响焦化厂生产工艺的正常运行。
? 精心布设系统的流程,减少运行过程的物耗及能耗,降低运行成本;
? 根据工程的实际情况尽量减少脱硝装置的建设投资。
? 改造工程将充分利用现有设备和场地,力求工艺流程和设备布置合理。
? 所有设备的制造和设计完全符合企业标准及安全可靠,连续有效运行的要求,确保净化系统能够安全、稳定的运行。

2.2. 设计标准
脱硫脱硝设计标准
《中华人民共和国环境保护法》
《中华人民共和国大气污染防治法》
《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996);
《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012);
《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001);
《火电厂烟气脱硝工程技术规范-选择性催化还原法》(HJ562-2010);
《工业金属管道设计规范》(GB50316—2000);
《电力工程电缆设计规范》(GB 50217-94);
《火力发电厂与变电所设计防火规范》(GB 50229-96);
《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》(HGJ229—91);
《室外给排水设计规范》(GBJB-86);
《机械设备安装工程施工及验收规范》(TJ231-78);
《自动化仪表工程施工及验收规范》(GB50093—2002);
《电气装置安装工程电器设备交接试验规程》(GB50150—91);
《火力发电厂设计技术规程》DL5000-2000;
《继电保护和安全自动装置技术规程》DL400-91;
《电力工程直流系统设计技术规程》DL/T8044-2004;
《低压配电设计规范》DL/T50044-95;
《火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程》DL5033-1996;
《火电厂环境监测技术规范》DL414-91;
《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定》DL/T5182-2004;

2.3. 设计原始参数
2.3.1 烟气参数
  序号 名称 烟气参数 备注
  单位 数据 
1 烟气流量 Nm3/h 300000 
2 烟气温度 ℃ 280-290 
3 入口粉尘浓度 mg/ Nm3 20 
4 入口NOx浓度 mg/ Nm3 1800 
5 入口SO2浓度 mg/ Nm3 450 
2.3.2 气候条件
2.4. 设计要求
脱硫脱硝工程技术性能指标
序号 名称 初始浓度(mg/Nm?) 排放浓度(mg/Nm?) 脱除率(%) 备注
2 NOx 1800 ≤500 ≥72.2 
3 SO2 450 ≤50 ≥77.78 
4 氨逃逸   ≤5ppm 

2.5. 工程范围
一、项目内容
       (1)烟气SCR脱硝系统、脱硫系统的详细工程设计和施工。
(2)成套设备和材料供货。
(3)技术服务。
二、施工界线及相关条件
    (1)烟气进出口管道及阀门
(2)给水管道进口至蒸汽管道出口,以平台框架为界
(3)控制柜与设备间的仪表线由乙供,动力电缆及电源由甲方供货
(4)界区外的汽水管线、氨水管线、阀门、电缆等辅材由甲方自理
(5)软化水由甲方自理
(6)脱硫废液及水池由甲方自理
3. 烟气脱硫脱硝一体化工艺
3.1. 总工艺流程
从焦化厂烟囱出来的280℃-290℃的烟气首先进入SCR反应器进行脱硝,脱硝后的烟气进入余热锅炉,余热回收后的烟气温度大约在160℃,此时再进入脱硫塔进行脱硫,脱硫后的烟气从脱硫塔除雾后排入大气。
3.2. 脱硝工艺
 由某焦化厂给出的数据来看,烟气中的氮氧化物的初始浓度为1800mg/m?,要达到排放标准规定的500mg/m?,必须满足脱硝效率≥72.2%。
现在工业上广泛应用的脱硝技术为SCR(选择性催化还原法)和SNCR(选择性非催化还原法)。但是SNCR脱硝效率低,一般不超过70%,所用还原剂消耗量较大,同时SNCR法是在炉膛内部喷射还原剂,会对生产工艺造成影响。炼焦炉的生产工艺的特点不允许在炼焦炉的内部进行喷氨脱硝,因此SNCR法不适用本项目烟气的脱硝。
SCR自20世纪80年代初开始逐渐应用于燃煤锅炉烟气脱硝。至今已被公认为烟气脱硝的主流技术。
选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction , SCR)技术是一种成熟的商业性NOx 控制处理技术。脱硝原理是在280-400℃下,将含氨的还原剂喷入烟气中,在催化剂的作用下,还原剂有选择性地把烟气中的NOX还原为无毒无污染的N2和H2O,还原剂可以是液氨、氨水、尿素、碳氢化合物(如甲烷、丙烯等)等。以氨为还原剂的SCR反应如下:
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O       (3-1)
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O      (3-2)
上面第一个反应是主要的,因为烟气中几乎95%的NOX以NO的形式存在。
                     图3-1  烟气中NOx与喷射氨的反应示意图
与其他脱硝方法比较,我公司采用的SCR脱硝具有不可比拟的优势:
①脱硝效率高,高达96%,对NOx的脱除效果十分显著。我公司拥有自行研发的低温催化剂配方能高效满足初始NOx浓度高达2000-4700mg/m?的烟气脱硝,不仅节约成本,而且节约了反应器空间占地位置。
②技术成熟。自20世纪80年代初开始逐渐应用于燃煤锅炉烟气脱硝,经过几十年的理论研究和实际应用,SCR技术已经被公认为烟气脱硝的主流技术;我们在低温(250℃-280℃)烟气脱硝领域,已有运行二年多的应用业绩。
③无二次污染物。反应最终产物为无害的N2和H2O,没有废液产生,无二次污染。
④脱硝装置性能可靠、稳定,设备可用率达98%以上。SCR脱硝技术在全球范围内有数百台的成功应用业绩和十几年的运行经验,作为末端技术具有良好的可保障性。
⑤工艺系统简单,容易操作。
3.3. 脱硫工艺
目前湿法脱硫技术占脱硫总量的80%以上。按照脱硫原料的不同,湿法脱硫分为:石灰-石膏法脱硫、双碱法脱硫、氨法脱硫、镁法脱硫、海水脱硫等。
焦化厂尾气脱硫要求满足脱硫效率为77.78%,同时焦化厂有浓度为5%的废氨水可以利用。因此,在满足工艺要求及脱硫效率的基础上,我们设计采用焦化厂循环氨水作为脱硫催化剂的脱硫工艺。
氨法脱硫是利用碱性脱硫剂和酸性SO2之间的化学反应来脱硫的,氨吸收硫酸生产尾气中的SO2, 生产亚硫铵和硫铵。
第一步, SO2和NH3的反应为基础的吸收过程:
SO2+H2O+xNH3 = (NH4) xH2-XSO3                  (1)
因此,采用氨法脱硫首先得到亚硫酸铵中间产品。
第二步,采用空气对亚硫铵直接强制氧化:
(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4            (2)
  此过程是将吸收中间产物不稳定的亚硫酸铵氧化成稳定的硫酸铵,以制得农用的硫铵化肥。也可用硫酸、硝酸、磷酸等对亚硫铵进行酸解,副产二氧化硫、硫酸、硝酸铵、磷酸铵等其它化工产品。
氨法脱硫的特点:
? SO2资源化利用。
氨法脱硫技术能将废气中的二氧化硫和焦化厂的废氨水转化为化肥,不产生任何废水、废液和废渣,没有二次污染,是一项真正意义上的将污染物全部资源化,符合循环经济要求的脱硫技术。与钙法相比,氨法属于回收法,钙法为抛弃法,容易造成二次污染。
? 系统简单、设备体积小,能耗低。
氨是一种良好的碱性吸收剂,氨法脱硫属于气-液反应,反应速度快,反应完全,吸收剂利用率高,因此减少了设备的体积和能耗。
? 脱硫塔不易结垢。
由于氨具有更高的反应活性,且硫酸铵具有极易溶解的化学特性,因此氨法脱硫系统不易产生结垢现象。
? 设备占地少。
氨回收法脱硫装置无需原料预处理工序,副产物的生产过程也相对简单,配置的设备较少,设备占地无需太大。
? 脱硫副产物价值高
氨回收法脱硫装置的运行过程即是硫酸铵的生产过程,脱硫副产的亚硫铵溶液既可以通过后续装置干燥结晶制成硫铵化肥出售,也可以不用干燥,将亚硫铵溶液直接运去氮肥厂做复合肥原料,进一步降低能耗,成本低廉。
? 既脱硫又脱硝--适应环保更高要求
氨对NOX同样有吸收作用。另外脱硫过程中形成的亚硫铵对NOX还具有还原作用,所以氨法脱硫的同时也可实现一部分脱硝的目的。
几种脱硫方法的比较
 

4. 烟气脱硫脱硝一体化技术说明
4.1. 脱硝技术
4.1.1脱硝系统的构成
(1) 催化剂;
(2) 反应器系统(反应器本体、吹灰系统、导流系统);
(3) 控制系统(仪表和控制系统、电气系统、通讯系统等);
(4) 附属系统(钢结构、爬梯和平台、检修起吊设施、防腐、保温和油漆等);
4.1.2脱硝系统主要设备
? 氨水输送
以浓度为25%的氨水(因温度较低,建议用液氨)用来作为脱硝的还原剂。由原有氨水的储存区引出一条管道输送氨水,设置有1个小氨水储罐,容量满足脱硝2-3天用量即可。
氨水喷射泵2台,用于氨水的喷射。
? SCR反应器
本工程每座烟囱设置一台SCR反应器。
为节省场地,反应器采用立式结构,自上而下可布置3层催化剂,按“2+1”层设计。烟气进入反应器的顶部,沿垂直方向向下流动通过反应器。
反应器为板箱式结构,辅以各种加强筋和支撑构件可以满足防震、承载催化剂、密封、承受其它荷载和抵抗热应力的要求。板箱式反应器外设有加强型外壳并支撑在钢结构之上。考虑到银川属于北部寒冷地区,为了保证烟气的温度在反应温度区间内,反应器外部整体进行保温,保证与外界隔热。
催化剂的各模块中间和模块与箱壁间装设的密封系统可保证烟气流经催化剂床,避免烟气短路。门孔、起重装置和工字轨道用于装卸或拆卸反应器内各层的催化剂箱。人孔可用于定期检修、观察和停机时的维护保养。
在SCR反应器的入口段安装有紊流调节器和均流器,防止喷嘴处烟气产生涡流,并使喷入的氨气均匀分布。
SCR反应器内的喷氨段内安装有喷氨喷嘴,超细雾化喷嘴将氨水溶液雾化成20μm以下的雾滴喷入到烟道中,微细的氨水液滴即刻蒸发成氨气。
为使氨气与烟气混合均匀,在喷氨段后安装有静态混合器,通过混合器的扰流,使烟气与氨气混合均匀。
在反应器的出入口及各层催化剂之间均安装有热电阻及压力变送器,监测SCR反应器内的温度、压力变化,保证SCR高效稳定运行。
? 催化剂
催化剂是整个SCR系统的核心,催化剂的选用及反应时间是影响脱硝效率的主要因素。
为保证项目的成功实施,本项目采用我们在玻璃炉窑上脱硝已有成功应用业绩、专有配方、且高效去除高浓度NOx的催化剂。选择的催化剂活性强 、SO2/SO3转化率低、选择性强。在优良的喷射系统、混合设备的配合下,整个系统的氮氧化物去除率高。
催化剂布置模式
①催化剂整体成型。
②催化剂的层数采取“2+1”布置模式,考虑预留加装催化剂的空间,预留层可布置在顶层或底层;
③催化剂采取模块化布置,根据符合脱硝要求的蜂窝型催化剂单元及模块的体积,合理设计每层催化剂的模块数量,优化模块设置,确保催化剂的安装及更换更简便及快捷。
④催化剂模块采用钢结构框架,并便于运输、安装、起吊。
催化剂设计采取防冲蚀磨损、堵塞及中毒的技术措施
①顶层催化剂的顶端采取硬化加固措施。
②根据工程经验,选择合理的蜂房结构、节距及间壁厚度,在保证脱硝效率的前提下,减少流动阻力。
③烟气流速。由于焦炉烟气中粉尘具有高黏附性,烟气流速太低,粒径小粉尘容易粘附在催化剂表面,形成堵塞;烟速太高,催化反应不彻底。针对本工程飞灰的特点,选择合理的烟气流速。
④防护格栅。在每层催化剂的上方安装金属格栅网,阻拦粒径小的黏附性粉尘,防止粉尘进入催化剂微孔内,活性降低。
⑤设置吹灰装置进行定期吹扫,防止微小颗粒物沉积在催化剂微孔内。
? 喷氨喷嘴
为了使氨在烟气中均匀分布,并且便于对反应器中第一层催化剂上方烟气的NH3/NOx摩尔比的调整,所以需在进口烟道上的合适位置设置喷氨喷嘴。具体喷嘴数量按照反应器的大小及气流状态而定。
喷嘴选用超细雾化喷嘴,力求喷嘴喷出的氨水液滴的粒径小于20μm。可将整个烟道截面分成若干个大小不同的控制区域,每个区域有对应数量的喷射孔,且每个分区的流量都能通过调节阀单独可调,以匹配烟气中NOx的浓度分布。我公司通过多项脱硝项目的实践调试经验,该项技术成熟稳定,完全可以满足SCR装置对浓度分布的要求。
? 吹灰器
SCR采用吹灰器,能够保持催化剂的连续清洁,清灰彻底,不留死角,实现最大限度、最好的利用催化剂对脱硝反应的催化活性,延长催化剂的寿命,降低SCR的维护成本。每层催化剂设置2套声波吹灰器。
  吹灰系统还包括压缩空气系统,本工程设置一台压缩空气罐,由焦化厂的空压机站引入压缩空气,用于吹灰器的吹灰用途。
4.2. 脱硫工艺描述                                                                    
4.2.1脱硫技术
烟道气脱硫系统包括旋流板塔,喷淋装置,除雾装置及附属附件等。经余热锅炉余热利用过后,再进入脱硫塔。降温后的烟气由下往上进入脱硫塔,在脱硫塔内与向下喷淋的氨水溶液逆向接触,吸收脱硫。脱硫后的烟气经除雾装置除去大部分雾滴后经烟囱达标排放。
4.2.2主要设备
? 旋流板塔
本方案中采用的脱硫装置为旋流板塔,是一种高效通用型的传质设备,由于特殊的内部结构设计,使其具有负荷高、压降低、不易堵、操作弹性宽等优点,在综合性能上优于其它设备,适用于快速吸收过程。用于湿法烟气脱硫时,具有很高的脱硫效率;同时,旋流板塔还具有良好的除尘性能,可实现对烟气的脱硫、除尘一体化处理。
填料塔为单筒立式结构,烟气入口在塔下部,氨水溶液喷淋在塔上部,碱液槽在塔的底部,分布器及除雾器在塔顶部安装。循环泵不断的将循环液由碱液槽喷淋至塔上部。
整个塔身从上而下可分为除雾区、喷淋区、吸收区、浓缩区、氧化区五个部分。
循环液从塔顶经分布器喷淋,由上至下。气体从塔底送入,自下而上与循环液呈逆流接触状态,塔的中部为吸收区域,在这个区域内气液两相密切接触,在稀释、扩散、中和等作用下,SO2与NH3发生一系列的反应,从而完成了脱除SO2的净化过程,气体中的尘粒也易被水雾粘附而除去。
循环液回流至碱液槽,经循环泵循环使用。
氧化风机持续向碱液槽中鼓入氧化用空气,待循环液的浓度至一定浓度时即可送入后续硫酸铵处理系统另作回收利用。
旋流板塔的塔体采用不锈钢制作,分为3部分。旋流板 塔内件包括喷头、旋流板、检修孔、支架、接管, 这些物件均采用不锈钢材质, 以确保整套装置的使用寿命。
? 喷淋装置
   喷淋装置的功能是将大量的脱硫液转化为能提供足够接触面积的雾化小液滴,以有效脱除烟气中的二氧化硫。
喷淋装置可设置3层。
所有喷淋装置的设计和材料能避免快速磨损、腐蚀、结垢和堵塞。喷淋装置由不锈钢制作,采用螺旋形式喷嘴或其他形式的喷嘴。
? 除雾装置
    除雾装置采用除雾器,除雾器可采用丝网式,安装在脱硫塔上部,分离夹带的雾滴,吸收塔出口净烟携带水滴含量小于75 mg/Nm?。
除雾装置采用不锈钢材料制作。
? 碱液槽
氨水有挥发性,易挥发成氨气逸出。如果碱液池做成半敞开式,则不仅使氨水溶液里氨的含量降低,同时挥发出来的氨气也污染环境。为了防止氨水挥发,碱液槽与吸收塔合为一体,设计在吸收塔的下部区域。
? 氧化风机
SO2被吸收后生成亚硫酸盐,若要得到商品用硫酸铵产品,还必须在氧化区鼓入氧化用空气,因此本工程设置2台鼓风机,1备1用。
? 循环泵
一级循环配备2台循环泵。循环水泵1台备用,1台运行,均选用耐磨防腐泵,将塔中的循环液泵入喷淋区进行喷淋。
? 硫酸铵后处理系统
二级循环配备2台循环泵。循环水泵1台备用,1台运行,均选用耐磨防腐泵,将分离后的循环液送入浓缩区。
硫酸铵后处理系统是为了将吸收SO2后的循环液进一步回收利用。这一系统包括了:硫酸铵排出泵、旋流器、离心机、干燥机等设备。旋流器与离心机将硫酸铵排出泵送入的含有硫酸铵的循环液浓缩,得到含水率4%的硫酸铵固体。离心分离后的液体可直接回至脱硫塔循环用,而硫酸铵固体再经干燥机干燥后可得到含水率为1%的商品硫酸铵。
如不建设有硫酸后处理系统,也可将得到的硫酸铵溶液外卖给生产硫酸铵化肥厂。

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