焦化廠煙氣脫硝脫硫一體化解決方案

1、;. 110萬噸/年焦?fàn)t煙氣脫硝脫硫一體化技術(shù)方案 110萬噸/年焦?fàn)t煙道氣與脫硝脫硫一體化設(shè)計方案 .目錄1.項目概述21.1.項目概況22.設(shè)計依據(jù)22.1.設(shè)計原則22.2.設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)32.3.設(shè)計原始參數(shù)32.3.1 煙氣參數(shù)32.3.2 氣候條件42.4.設(shè)計要求42.5.工程范圍43.煙氣脫硫脫硝一體化工藝53.1.總工藝流程53.2.脫硝工藝53.3.脫硫工藝74.煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)說明84.1.脫硝技術(shù)84.1.1脫硝系統(tǒng)的構(gòu)成84.1.2脫硝系統(tǒng)主要設(shè)備94.2.脫硫技術(shù)114.2.1脫硫工藝描述114.2.2脫硫主要設(shè)備115.經(jīng)濟及環(huán)境效益分析135.1脫硫脫硝環(huán)境效益

2、及節(jié)約費用135.2脫硫脫硝運行費用145.3脫硫脫硝投資費用145.4設(shè)備清單14;.1. 項目概述1.1. 項目概況焦化廠是專門從事冶金焦炭生產(chǎn)及冶煉焦化產(chǎn)品、加工、回收的專業(yè)工廠。焦?fàn)t煙囪排放的大氣污染物為焦?fàn)t煤氣燃燒后產(chǎn)生的廢氣，主要有SO2、NOx及煙塵等，污染物呈有組織高架點源連續(xù)性排放，是污染最為嚴(yán)重的行業(yè)之一。2012年6月，環(huán)境保護部及國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫局聯(lián)合發(fā)布了煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定了焦化工業(yè)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。 廊坊市晉盛節(jié)能技術(shù)服務(wù)有限公司一體化煙氣治理技術(shù)，就是將煙氣煙氣除塵技術(shù)，煙氣脫硫、脫硝技術(shù)捆綁在一起，形成一套集成創(chuàng)新的裝置，這套裝置既能除

3、塵、脫硫、脫硝，從而達(dá)到煙氣資源化利用的目的。從此改變煙氣治理只有投入，沒有產(chǎn)出的困境。2. 設(shè)計依據(jù)2.1. 設(shè)計原則2.1.1脫硫脫硝 對尾氣同時進(jìn)行脫硝及脫硫治理。 采用高效、先進(jìn)、運行穩(wěn)定、管理方便的治理工藝及技術(shù)，保證廢氣的達(dá)標(biāo)排放； 煙氣凈化治理不影響焦化廠生產(chǎn)工藝的正常運行。 精心布設(shè)系統(tǒng)的流程，減少運行過程的物耗及能耗，降低運行成本； 根據(jù)工程的實際情況盡量減少脫硝裝置的建設(shè)投資。 改造工程將充分利用現(xiàn)有設(shè)備和場地，力求工藝流程和設(shè)備布置合理。 所有設(shè)備的制造和設(shè)計完全符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及安全可靠，連續(xù)有效運行的要求，確保凈化系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定的運行。2.2. 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)脫硫脫硝設(shè)計標(biāo)

4、準(zhǔn)中華人民共和國環(huán)境保護法中華人民共和國大氣污染防治法大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16297-1996）；煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16171-2012）；鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB502052001）；火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范-選擇性催化還原法（HJ562-2010）；工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范（GB503162000）；電力工程電纜設(shè)計規(guī)范(GB 5021794)；火力發(fā)電廠與變電所設(shè)計防火規(guī)范(GB 5022996)；工業(yè)設(shè)備、管道防腐蝕工程施工及驗收規(guī)范（HGJ22991）；室外給排水設(shè)計規(guī)范（GBJB-86）；機械設(shè)備安裝工程施工及驗收規(guī)范(TJ231-78)；自動化儀表工程

5、施工及驗收規(guī)范（GB500932002）；電氣裝置安裝工程電器設(shè)備交接試驗規(guī)程（GB5015091）；火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程DL5000-2000；繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程DL400-91；電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程DL/T8044-2004；低壓配電設(shè)計規(guī)范DL/T50044-95；火力發(fā)電廠勞動安全和工業(yè)衛(wèi)生設(shè)計規(guī)程DL50331996；火電廠環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范DL41491；火力發(fā)電廠熱工自動化就地設(shè)備安裝、管路及電纜設(shè)計技術(shù)規(guī)定DL/T51822004；2.3. 設(shè)計原始參數(shù)2.3.1 煙氣參數(shù)某焦化廠焦化煙囪共有2座，每座煙囪的煙氣參數(shù)如表1-1所示。 表1-1 煙氣參數(shù)序號名

6、稱煙氣參數(shù)備注單位數(shù)據(jù)1煙氣流量Nm3/h3000002煙氣溫度280-2903入口粉塵濃度mg/ Nm3204入口NOx濃度mg/ Nm318005入口SO2濃度mg/ Nm34502.3.2 氣候條件2.4. 設(shè)計要求脫硫脫硝工程技術(shù)性能指標(biāo)序號名稱初始濃度(mg/Nm)排放濃度(mg/Nm)脫除率（%）備注2NOx180050072.23SO24505077.784氨逃逸5ppm2.5. 工程范圍1、 項目內(nèi)容 （1）煙氣SCR脫硝系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)的詳細(xì)工程設(shè)計和施工。（2）成套設(shè)備和材料供貨。（3）技術(shù)服務(wù)。二、施工界線及相關(guān)條件 （1）煙氣進(jìn)出口管道及閥門（2）給水管道進(jìn)口至蒸汽管道出

7、口，以平臺框架為界 （3）控制柜與設(shè)備間的儀表線由乙供，動力電纜及電源由甲方供貨 （4）界區(qū)外的汽水管線、氨水管線、閥門、電纜等輔材由甲方自理（5）軟化水由甲方自理（6）脫硫廢液及水池由甲方自理3. 煙氣脫硫脫硝一體化工藝3.1. 總工藝流程從焦化廠煙囪出來的280-290的煙氣首先進(jìn)入SCR反應(yīng)器進(jìn)行脫硝，脫硝后的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐，余熱回收后的煙氣溫度大約在160，此時再進(jìn)入脫硫塔進(jìn)行脫硫，脫硫后的煙氣從脫硫塔除霧后排入大氣。工藝流程圖如圖3-2所示脫硫塔SCR反應(yīng)器氨水儲罐罐氧化風(fēng)機焦化廠煙囪吹灰系統(tǒng)廢氣達(dá)標(biāo)煙氣氧化風(fēng)吹掃風(fēng)氨水溶液硫酸銨/硫酸亞銨氨水3.2. 脫硝工藝 由某焦化廠給出的數(shù)

8、據(jù)來看，煙氣中的氮氧化物的初始濃度為1800mg/m，要達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的500mg/m，必須滿足脫硝效率72.2%?，F(xiàn)在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的脫硝技術(shù)為SCR（選擇性催化還原法）和SNCR（選擇性非催化還原法）。但是SNCR脫硝效率低，一般不超過70%，所用還原劑消耗量較大，同時SNCR法是在爐膛內(nèi)部噴射還原劑，會對生產(chǎn)工藝造成影響。煉焦?fàn)t的生產(chǎn)工藝的特點不允許在煉焦?fàn)t的內(nèi)部進(jìn)行噴氨脫硝，因此SNCR法不適用本項目煙氣的脫硝。SCR自20世紀(jì)80年代初開始逐漸應(yīng)用于燃煤鍋爐煙氣脫硝。至今已被公認(rèn)為煙氣脫硝的主流技術(shù)。選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction , S

9、CR)技術(shù)是一種成熟的商業(yè)性NOx 控制處理技術(shù)。脫硝原理是在280-400下，將含氨的還原劑噴入煙氣中，在催化劑的作用下，還原劑有選擇性地把煙氣中的NOX還原為無毒無污染的N2和H2O，還原劑可以是液氨、氨水、尿素、碳?xì)浠衔?如甲烷、丙烯等)等。以氨為還原劑的SCR反應(yīng)如下：4NH3+4NO+O24N2+6H2O (3-1)4NH3+2NO2+O23N2+6H2O (3-2)上面第一個反應(yīng)是主要的，因為煙氣中幾乎95%的NOX以NO的形式存在。 圖3-1 煙氣中NOx與噴射氨的反應(yīng)示意圖 與其他脫硝方法比較，我公司采用的SCR脫硝具有不可比擬的優(yōu)勢：脫硝效率高，高達(dá)96%，對NOx的脫除效

10、果十分顯著。我公司擁有自行研發(fā)的低溫催化劑配方能高效滿足初始NOx濃度高達(dá)2000-4700mg/m的煙氣脫硝，不僅節(jié)約成本，而且節(jié)約了反應(yīng)器空間占地位置。技術(shù)成熟。自20世紀(jì)80年代初開始逐漸應(yīng)用于燃煤鍋爐煙氣脫硝，經(jīng)過幾十年的理論研究和實際應(yīng)用，SCR技術(shù)已經(jīng)被公認(rèn)為煙氣脫硝的主流技術(shù)；我們在低溫（250-280）煙氣脫硝領(lǐng)域，已有運行二年多的應(yīng)用業(yè)績。無二次污染物。反應(yīng)最終產(chǎn)物為無害的N2和H2O，沒有廢液產(chǎn)生，無二次污染。脫硝裝置性能可靠、穩(wěn)定，設(shè)備可用率達(dá)98%以上。SCR脫硝技術(shù)在全球范圍內(nèi)有數(shù)百臺的成功應(yīng)用業(yè)績和十幾年的運行經(jīng)驗，作為末端技術(shù)具有良好的可保障性。工藝系統(tǒng)簡單，容易

11、操作。3.3. 脫硫工藝目前濕法脫硫技術(shù)占脫硫總量的80%以上。按照脫硫原料的不同，濕法脫硫分為：石灰-石膏法脫硫、雙堿法脫硫、氨法脫硫、鎂法脫硫、海水脫硫等。焦化廠尾氣脫硫要求滿足脫硫效率為77.78%，同時焦化廠有濃度為5%的廢氨水可以利用。因此，在滿足工藝要求及脫硫效率的基礎(chǔ)上，我們設(shè)計采用焦化廠循環(huán)氨水作為脫硫催化劑的脫硫工藝。氨法脫硫是利用堿性脫硫劑和酸性SO2之間的化學(xué)反應(yīng)來脫硫的，氨吸收硫酸生產(chǎn)尾氣中的SO2, 生產(chǎn)亞硫銨和硫銨。第一步， SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)的吸收過程：SO2H2OxNH3 = (NH4) xH2XSO3 （1）因此，采用氨法脫硫首先得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品。

12、第二步，采用空氣對亞硫銨直接強制氧化：(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4 (2) 此過程是將吸收中間產(chǎn)物不穩(wěn)定的亞硫酸銨氧化成穩(wěn)定的硫酸銨，以制得農(nóng)用的硫銨化肥。也可用硫酸、硝酸、磷酸等對亞硫銨進(jìn)行酸解，副產(chǎn)二氧化硫、硫酸、硝酸銨、磷酸銨等其它化工產(chǎn)品。氨法脫硫的特點： SO2資源化利用。氨法脫硫技術(shù)能將廢氣中的二氧化硫和焦化廠的廢氨水轉(zhuǎn)化為化肥，不產(chǎn)生任何廢水、廢液和廢渣，沒有二次污染，是一項真正意義上的將污染物全部資源化，符合循環(huán)經(jīng)濟要求的脫硫技術(shù)。與鈣法相比，氨法屬于回收法，鈣法為拋棄法，容易造成二次污染。 系統(tǒng)簡單、設(shè)備體積小，能耗低。氨是一

13、種良好的堿性吸收劑，氨法脫硫?qū)儆跉?液反應(yīng)，反應(yīng)速度快，反應(yīng)完全，吸收劑利用率高，因此減少了設(shè)備的體積和能耗。 脫硫塔不易結(jié)垢。由于氨具有更高的反應(yīng)活性，且硫酸銨具有極易溶解的化學(xué)特性，因此氨法脫硫系統(tǒng)不易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。 設(shè)備占地少。氨回收法脫硫裝置無需原料預(yù)處理工序，副產(chǎn)物的生產(chǎn)過程也相對簡單，配置的設(shè)備較少，設(shè)備占地?zé)o需太大。 脫硫副產(chǎn)物價值高氨回收法脫硫裝置的運行過程即是硫酸銨的生產(chǎn)過程，脫硫副產(chǎn)的亞硫銨溶液既可以通過后續(xù)裝置干燥結(jié)晶制成硫銨化肥出售，也可以不用干燥，將亞硫銨溶液直接運去氮肥廠做復(fù)合肥原料，進(jìn)一步降低能耗，成本低廉。 既脫硫又脫硝-適應(yīng)環(huán)保更高要求氨對NOX同樣有吸收作用

14、。另外脫硫過程中形成的亞硫銨對NOX還具有還原作用，所以氨法脫硫的同時也可實現(xiàn)一部分脫硝的目的。幾種脫硫方法的比較4. 煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)說明4.1. 脫硝技術(shù)4.1.1脫硝系統(tǒng)的構(gòu)成(1) 催化劑；(2) 反應(yīng)器系統(tǒng)（反應(yīng)器本體、吹灰系統(tǒng)、導(dǎo)流系統(tǒng)）；(3) 控制系統(tǒng)（儀表和控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等）；(4) 附屬系統(tǒng)（鋼結(jié)構(gòu)、爬梯和平臺、檢修起吊設(shè)施、防腐、保溫和油漆等）；4.1.2脫硝系統(tǒng)主要設(shè)備 氨水輸送以濃度為25%的氨水（因溫度較低，建議用液氨）用來作為脫硝的還原劑。由原有氨水的儲存區(qū)引出一條管道輸送氨水，設(shè)置有1個小氨水儲罐，容量滿足脫硝2-3天用量即可。氨水噴射泵2臺

15、，用于氨水的噴射。 SCR反應(yīng)器本工程每座煙囪設(shè)置一臺SCR反應(yīng)器。為節(jié)省場地，反應(yīng)器采用立式結(jié)構(gòu)，自上而下可布置3層催化劑，按“2+1”層設(shè)計。煙氣進(jìn)入反應(yīng)器的頂部，沿垂直方向向下流動通過反應(yīng)器。反應(yīng)器為板箱式結(jié)構(gòu)，輔以各種加強筋和支撐構(gòu)件可以滿足防震、承載催化劑、密封、承受其它荷載和抵抗熱應(yīng)力的要求。板箱式反應(yīng)器外設(shè)有加強型外殼并支撐在鋼結(jié)構(gòu)之上?？紤]到銀川屬于北部寒冷地區(qū)，為了保證煙氣的溫度在反應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi)，反應(yīng)器外部整體進(jìn)行保溫，保證與外界隔熱。催化劑的各模塊中間和模塊與箱壁間裝設(shè)的密封系統(tǒng)可保證煙氣流經(jīng)催化劑床，避免煙氣短路。門孔、起重裝置和工字軌道用于裝卸或拆卸反應(yīng)器內(nèi)各層的催化劑

16、箱。人孔可用于定期檢修、觀察和停機時的維護保養(yǎng)。在SCR反應(yīng)器的入口段安裝有紊流調(diào)節(jié)器和均流器，防止噴嘴處煙氣產(chǎn)生渦流，并使噴入的氨氣均勻分布。SCR反應(yīng)器內(nèi)的噴氨段內(nèi)安裝有噴氨噴嘴，超細(xì)霧化噴嘴將氨水溶液霧化成20m以下的霧滴噴入到煙道中，微細(xì)的氨水液滴即刻蒸發(fā)成氨氣。為使氨氣與煙氣混合均勻，在噴氨段后安裝有靜態(tài)混合器，通過混合器的擾流，使煙氣與氨氣混合均勻。在反應(yīng)器的出入口及各層催化劑之間均安裝有熱電阻及壓力變送器，監(jiān)測SCR反應(yīng)器內(nèi)的溫度、壓力變化，保證SCR高效穩(wěn)定運行。 催化劑催化劑是整個SCR系統(tǒng)的核心，催化劑的選用及反應(yīng)時間是影響脫硝效率的主要因素。為保證項目的成功實施，本項目采

17、用我們在玻璃爐窯上脫硝已有成功應(yīng)用業(yè)績、專有配方、且高效去除高濃度NOx的催化劑。選擇的催化劑活性強 、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率低、選擇性強。在優(yōu)良的噴射系統(tǒng)、混合設(shè)備的配合下，整個系統(tǒng)的氮氧化物去除率高。催化劑布置模式催化劑整體成型。催化劑的層數(shù)采取“21”布置模式，考慮預(yù)留加裝催化劑的空間，預(yù)留層可布置在頂層或底層；催化劑采取模塊化布置，根據(jù)符合脫硝要求的蜂窩型催化劑單元及模塊的體積，合理設(shè)計每層催化劑的模塊數(shù)量，優(yōu)化模塊設(shè)置，確保催化劑的安裝及更換更簡便及快捷。催化劑模塊采用鋼結(jié)構(gòu)框架，并便于運輸、安裝、起吊。催化劑設(shè)計采取防沖蝕磨損、堵塞及中毒的技術(shù)措施頂層催化劑的頂端采取硬化加固措施。根

18、據(jù)工程經(jīng)驗，選擇合理的蜂房結(jié)構(gòu)、節(jié)距及間壁厚度，在保證脫硝效率的前提下，減少流動阻力。煙氣流速。由于焦?fàn)t煙氣中粉塵具有高黏附性，煙氣流速太低，粒徑小粉塵容易粘附在催化劑表面，形成堵塞；煙速太高，催化反應(yīng)不徹底。針對本工程飛灰的特點，選擇合理的煙氣流速。防護格柵。在每層催化劑的上方安裝金屬格柵網(wǎng)，阻攔粒徑小的黏附性粉塵，防止粉塵進(jìn)入催化劑微孔內(nèi)，活性降低。設(shè)置吹灰裝置進(jìn)行定期吹掃，防止微小顆粒物沉積在催化劑微孔內(nèi)。 噴氨噴嘴為了使氨在煙氣中均勻分布，并且便于對反應(yīng)器中第一層催化劑上方煙氣的NH3/NOx摩爾比的調(diào)整，所以需在進(jìn)口煙道上的合適位置設(shè)置噴氨噴嘴。具體噴嘴數(shù)量按照反應(yīng)器的大小及氣流狀態(tài)

19、而定。噴嘴選用超細(xì)霧化噴嘴，力求噴嘴噴出的氨水液滴的粒徑小于20m?？蓪⒄麄€煙道截面分成若干個大小不同的控制區(qū)域，每個區(qū)域有對應(yīng)數(shù)量的噴射孔，且每個分區(qū)的流量都能通過調(diào)節(jié)閥單獨可調(diào)，以匹配煙氣中NOx的濃度分布。我公司通過多項脫硝項目的實踐調(diào)試經(jīng)驗，該項技術(shù)成熟穩(wěn)定，完全可以滿足SCR裝置對濃度分布的要求。 吹灰器SCR采用吹灰器，能夠保持催化劑的連續(xù)清潔，清灰徹底，不留死角，實現(xiàn)最大限度、最好的利用催化劑對脫硝反應(yīng)的催化活性，延長催化劑的壽命，降低SCR的維護成本。每層催化劑設(shè)置2套聲波吹灰器。 吹灰系統(tǒng)還包括壓縮空氣系統(tǒng)，本工程設(shè)置一臺壓縮空氣罐，由焦化廠的空壓機站引入壓縮空氣，用于吹灰器

20、的吹灰用途。4.2. 脫硫工藝描述 4.2.1脫硫技術(shù)煙道氣脫硫系統(tǒng)包括旋流板塔，噴淋裝置，除霧裝置及附屬附件等。經(jīng)余熱鍋爐余熱利用過后，再進(jìn)入脫硫塔。降溫后的煙氣由下往上進(jìn)入脫硫塔，在脫硫塔內(nèi)與向下噴淋的氨水溶液逆向接觸，吸收脫硫。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧裝置除去大部分霧滴后經(jīng)煙囪達(dá)標(biāo)排放。4.2.2主要設(shè)備 旋流板塔 本方案中采用的脫硫裝置為旋流板塔，是一種高效通用型的傳質(zhì)設(shè)備，由于特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其具有負(fù)荷高、壓降低、不易堵、操作彈性寬等優(yōu)點，在綜合性能上優(yōu)于其它設(shè)備，適用于快速吸收過程。用于濕法煙氣脫硫時，具有很高的脫硫效率；同時，旋流板塔還具有良好的除塵性能，可實現(xiàn)對煙氣的脫硫、除塵

21、一體化處理。填料塔為單筒立式結(jié)構(gòu)，煙氣入口在塔下部，氨水溶液噴淋在塔上部，堿液槽在塔的底部，分布器及除霧器在塔頂部安裝。循環(huán)泵不斷的將循環(huán)液由堿液槽噴淋至塔上部。整個塔身從上而下可分為除霧區(qū)、噴淋區(qū)、吸收區(qū)、濃縮區(qū)、氧化區(qū)五個部分。循環(huán)液從塔頂經(jīng)分布器噴淋，由上至下。氣體從塔底送入，自下而上與循環(huán)液呈逆流接觸狀態(tài)，塔的中部為吸收區(qū)域，在這個區(qū)域內(nèi)氣液兩相密切接觸，在稀釋、擴散、中和等作用下，SO2與NH3發(fā)生一系列的反應(yīng)，從而完成了脫除SO2的凈化過程，氣體中的塵粒也易被水霧粘附而除去。循環(huán)液回流至堿液槽，經(jīng)循環(huán)泵循環(huán)使用。氧化風(fēng)機持續(xù)向堿液槽中鼓入氧化用空氣，待循環(huán)液的濃度至一定濃度時即可送入后續(xù)硫酸銨處理系統(tǒng)另作回收利用。旋流板塔的塔體采用不銹鋼制作，分為3部分。旋流板 塔內(nèi)件包括噴頭、旋流板、檢修孔、支架、接管, 這些物件均采用不銹鋼材質(zhì), 以確保整套裝置的使用壽命。 噴淋裝置 噴淋裝置的功能是將大量的脫硫