青海焦化廠煙氣脫硝脫硫一體化解決方案

110萬噸/年焦爐煙氣脫硝脫硫一體化技術方案    

  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。焦爐煙囪排放的大氣污染物為焦爐煤氣燃燒后產(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Z為嚴重的行業(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《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》，明確規(guī)定了焦化工業(yè)的大氣污染物排放標準。
       廊坊市晉盛節(jié)能技術服務有限公司一體化煙氣治理技術，就是將煙氣煙氣除塵技術，煙氣脫硫、脫硝技術捆綁在一起，形成一套集成創(chuàng)新的裝置，這套裝置既能除塵、脫硫、脫硝，從而達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、設計依據(jù)

    2.1. 設計原則

      2.1.1脫硫脫硝

       對尾氣同時進行脫硝及脫硫治理。

       采用高效、先進、運行穩(wěn)定、管理方便的治理工藝及技術，保證廢氣的達標排放；

       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投資。

       改造工程將充分利用現(xiàn)有設備和場地，力求工藝流程和設備布置合理。

       所有設備的制造和設計完全符合企業(yè)標準及安全可靠，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. 設計標準

脫硫脫硝設計標準

《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準》（GB16297-1996）；

《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》（GB16171-2012）；

《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205—2001）；

《火電廠煙氣脫硝工程技術規(guī)范-選擇性催化還原法》（HJ562-2010）；

《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》（GB50316—2000）；

《電力工程電纜設計規(guī)范》(GB 50217－94)；

《火力發(fā)電廠與變電所設計防火規(guī)范》(GB 50229－96)；

《工業(yè)設備、管道防腐蝕工程施工及驗收規(guī)范》（HGJ229—91）；

《室外給排水設計規(guī)范》（GBJB-86）；

《機械設備安裝工程施工及驗收規(guī)范》(TJ231-78)；

《自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范》（GB50093—2002）；

《電氣裝置安裝工程電器設備交接試驗規(guī)程》（GB50150—91）；

《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》DL5000-2000；

《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》DL400-91；

《電力工程直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程》DL/T8044-2004；

《低壓配電設計規(guī)范》DL/T50044-95；

《火力發(fā)電廠勞動安全和工業(yè)衛(wèi)生設計規(guī)程》DL5033－1996；

《火電廠環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》DL414－91；

《火力發(fā)電廠熱工自動化就地設備安裝、管路及電纜設計技術規(guī)定》DL/T5182－2004；

2.3. 設計原始參數(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)

2.3.2 氣候條件

2.4. 設計要求

脫硫脫硝工程技術性能指標

2.5. 工程范圍

一、項目內(nèi)容

       （1）煙氣SCR脫硝系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)的詳細工程設計和施工。

（2）成套設備和材料供貨。

（3）技術服務。

二、施工界線及相關條件

    （1）煙氣進出口管道及閥門

（2）給水管道進口至蒸汽管道出口，以平臺框架為界 

（3）控制柜與設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℃的煙氣首先進入SCR反應器進行脫硝，脫硝后的煙氣進入余熱鍋爐，余熱回收后的煙氣溫度大約在160℃，此時再進入脫硫塔進行脫硫，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  3.2. 脫硝工藝

       由某焦化廠給出的數(shù)據(jù)來看，煙氣中的氮氧化物的初始濃度為1800mg/m3，要達到排放標準規(guī)定的500mg/m3，必須滿足脫硝效率≥72.2%。

現(xiàn)在工業(yè)上廣泛應用的脫硝技術為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。煉焦爐的生產(chǎn)工藝的特點不允許在煉焦爐的內(nèi)部進行噴氨脫硝，因此SNCR法不適用本項目煙氣的脫硝。

       SCR自20世紀80年代初開始逐漸應用于燃煤鍋爐煙氣脫硝。至今已被公認為煙氣脫硝的主流技術。

       選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction , SCR)技術是一種成熟的商業(yè)性NOx 控制處理技術。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、碳氫化合物(如甲烷、丙烯等)等。以氨為還原劑的SCR反應如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O       (3-1)

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O      (3-2)

上面第一個反應是主要的，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：

       ①脫硝效率高，高達96%，對NOx的脫除效果十分顯著。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2000-4700mg/m3的煙氣脫硝，不僅節(jié)約成本，而且節(jié)約了反應器空間占地位置。

       ②技術成熟。自20世紀80年代初開始逐漸應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用，SCR技術已經(jīng)被公認為煙氣脫硝的主流技術；我們在低溫（250℃-280℃）煙氣脫硝領域，已有運行二年多的應用業(yè)績。

       ③無二次污染物。反應Z終產(chǎn)物為無害的N2和H2O，沒有廢液產(chǎn)生，無二次污染。

       ④脫硝裝置性能可靠、穩(wěn)定，設備可用率達98%以上。SCR脫硝技術在全球范圍內(nèi)有數(shù)百臺的成功應用業(yè)績和十幾年的運行經(jīng)驗，作為末端技術具有良好的可保障性。

       ⑤工藝系統(tǒng)簡單，容易操作。

    3.3. 脫硫工藝

       目前濕法脫硫技術占脫硫總量的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上，我們設計采用焦化廠循環(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之間的化學反應來脫硫的，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的反應為基礎的吸收過程：

SO2＋H2O＋xNH3 = (NH4) xH2－XSO3                  （1）

因此，采用氨法脫硫首先得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品。

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。

       氨法脫硫技術能將廢氣中的二氧化硫和焦化廠的廢氨水轉化為化肥，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。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、設備體積小，能耗低。

       氨是一種良好的堿性吸收劑，氨法脫硫?qū)儆跉?液反應，反應速度快，反應完全，吸收劑利用率高，因此減少了設備的體積和能耗。

    脫硫塔不易結垢。

       由于氨具有更高的反應活性，且硫酸銨具有極易溶解的化學特性，因此氨法脫硫系統(tǒng)不易產(chǎn)生結垢現(xiàn)象。

    設備占地少。

       氨回收法脫硫裝置無需原料預處理工序，副產(chǎn)物的生產(chǎn)過程也相對簡單，配置的設備較少，設備占地無需太大。

    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合肥原料，進一步降低能耗，成本低廉。

    既脫硫又脫硝--適應環(huán)保更高要求

       氨對NOX同樣有吸收作用。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說明

    4.1. 脫硝技術

      4.1.1脫硝系統(tǒng)的構成

(1) 催化劑；

(2) 反應器系統(tǒng)（反應器本體、吹灰系統(tǒng)、導流系統(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)（鋼結構、爬梯和平臺、檢修起吊設施、防腐、保溫和油漆等）；

      4.1.2脫硝系統(tǒng)主要設備

    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，用于氨水的噴射。

    SCR反應器

       本工程每座煙囪設置一臺SCR反應器。

       為節(jié)省場地，反應器采用立式結構，自上而下可布置3層催化劑，按“2+1”層設計。煙氣進入反應器的頂部，沿垂直方向向下流動通過反應器。

       反應器為板箱式結構，輔以各種加強筋和支撐構件可以滿足防震、承載催化劑、密封、承受其它荷載和抵抗熱應力的要求。板箱式反應器外設有加強型外殼并支撐在鋼結構之上?？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溫度區(qū)間內(nèi)，反應器外部整體進行保溫，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器內(nèi)各層的催化劑箱。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反應器內(nèi)的噴氨段內(nèi)安裝有噴氨噴嘴，超細霧化噴嘴將氨水溶液霧化成20μm以下的霧滴噴入到煙道中，微細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，本項目采用我們在玻璃爐窯上脫硝已有成功應用業(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轉化率低、選擇性強。在優(yōu)良的噴射系統(tǒng)、混合設備的配合下，整個系統(tǒng)的氮氧化物去除率高。

催化劑布置模式

        ①催化劑整體成型。

        ②催化劑的層數(shù)采取“2＋1”布置模式，考慮預留加裝催化劑的空間，預留層可布置在頂層或底層；

        ③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，合理設計每層催化劑的模塊數(shù)量，優(yōu)化模塊設置，確保催化劑的安裝及更換更簡便及快捷。

        ④催化劑模塊采用鋼結構框架，并便于運輸、安裝、起吊。

催化劑設計采取防沖蝕磨損、堵塞及中毒的技術措施

        ①頂層催化劑的頂端采取硬化加固措施。

        ②根據(jù)工程經(jīng)驗，選擇合理的蜂房結構、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。

        ③煙氣流速。由于焦爐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，催化反應不徹底。針對本工程飛灰的特點，選擇合理的煙氣流速。

        ④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，防止粉塵進入催化劑微孔內(nèi)，活性降低。

        ⑤設置吹灰裝置進行定期吹掃，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，所以需在進口煙道上的合適位置設置噴氨噴嘴。具體噴嘴數(shù)量按照反應器的大小及氣流狀態(tài)而定。

       噴嘴選用超細霧化噴嘴，力求噴嘴噴出的氨水液滴的粒徑小于20μm。可將整個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)Z大限度、Z好的利用催化劑對脫硝反應的催化活性，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，用于吹灰器的吹灰用途。

    4.2. 脫硫工藝描述                                                                     

      4.2.1脫硫技術

       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，再進入脫硫塔。降溫后的煙氣由下往上進入脫硫塔，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)煙囪達標排放。

      4.2.2主要設備

    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)設備，由于特殊的內(nèi)部結構設計，使其具有負荷高、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、除塵一體化處理。

       填料塔為單筒立式結構，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，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液轉化為能提供足夠接觸面積的霧化小液滴，以有效脫除煙氣中的二氧化硫。

噴淋裝置可設置3層。

所有噴淋裝置的設計和材料能避免快速磨損、腐蝕、結垢和堵塞。噴淋裝置由不銹鋼制作，采用螺旋形式噴嘴或其他形式的噴嘴。

? 除霧裝置

    除霧裝置采用除霧器，除霧器可采用絲網(wǎng)式，安裝在脫硫塔上部，分離夾帶的霧滴，吸收塔出口凈煙攜帶水滴含量小于75 mg/Nm3。

       除霧裝置采用不銹鋼材料制作。

    堿液槽

       氨水有揮發(fā)性，易揮發(fā)成氨氣逸出。如果堿液池做成半敞開式，則不僅使氨水溶液里氨的含量降低，同時揮發(fā)出來的氨氣也污染環(huán)境。為了防止氨水揮發(fā)，堿液槽與吸收塔合為一體，設計在吸收塔的下部區(qū)域。

    氧化風機

       SO2被吸收后生成亞硫酸鹽，若要得到商品用硫酸銨產(chǎn)品，還必須在氧化區(qū)鼓入氧化用空氣，因此本工程設置2臺鼓風機，1備1用。

    循環(huán)泵

一級循環(huán)配備2臺循環(huán)泵。循環(huán)水泵1臺備用，1臺運行，均選用耐磨防腐泵，將塔中的循環(huán)液泵入噴淋區(qū)進行噴淋。

    硫酸銨后處理系統(tǒng)

       二級循環(huán)配備2臺循環(huán)泵。循環(huán)水泵1臺備用，1臺運行，均選用耐磨防腐泵，將分離后的循環(huán)液送入濃縮區(qū)。

       硫酸銨后處理系統(tǒng)是為了將吸收SO2后的循環(huán)液進一步回收利用。這一系統(tǒng)包括了：硫酸銨排出泵、旋流器、離心機、干燥機等設備。旋流器與離心機將硫酸銨排出泵送入的含有硫酸銨的循環(huán)液濃縮，得到含水率4%的硫酸銨固體。離心分離后的液體可直接回至脫硫塔循環(huán)用，而硫酸銨固體再經(jīng)干燥機干燥后可得到含水率為1%的商品硫酸銨。

       如不建設有硫酸后處理系統(tǒng)，也可將得到的硫酸銨溶液外賣給生產(chǎn)硫酸銨化肥廠。

  5、經(jīng)濟及環(huán)境效益分析

    5.1脫硫脫硝環(huán)境效益及節(jié)約費用

    5.2脫硫脫硝運行費用

    5.3脫硫脫硝投資費用

    5.4設備清單

      5.4.1脫硫脫硝