焦炉烟道气脱硫脱硝一体化.docx
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焦炉烟道气脱硫脱硝一体化
焦炉烟气脱硫脱硝一体化
技术方案
2016年08月15日
第一部份设计概述
一、设计原则与依据:
本项目属于新建项目,将焦炉烟气中含有的二氧化硫、氮氧化物经脱硫、脱硝处置后,实现尾气达标排放。
一、烟气设计参数:
(1)烟气流量:
24×104Nm3/h;
(2)烟气温度:
~175℃;(余热锅炉出口温度)
(3)烟气组成:
水分:
未知,暂定13%(v%);
SO2浓度:
200mg/Nm³;
NOx浓度:
700mg/Nm³;
二、出口烟气处置目标:
(1)SO2浓度:
≤30mg/Nm3;
(2)NOx浓度:
≤100mg/Nm3;
二、工艺选择:
依照本项目实际设计参数及工艺条件,本着经济、合理、安全、靠得住的原则确信总工艺流程。
来自生产装置的焦炉烟气,经引风机升压后,进入脱硫脱硝系统,对烟气中的SO2及NOx采纳北京阳光欣禾科技有限公司研究开发的脱硫脱硝一体化成套技术脱除,净化达标后烟气自塔顶放空。
下面针对有关烟气脱硫、脱硝技术,和烟气脱硫脱硝一体化成套技术介绍如下:
1、烟气脱硫——湿式氨法脱硫技术:
目前,工业上应用的烟气脱硫技术可分为干法(含半干法)脱硫和湿法脱硫两大类。
干法脱硫是利用固体吸收剂、吸附剂或催化剂除去废气中的SO2,经常使用的方式有活性炭吸附法、分子筛吸附法、氧化法和金属氧化物吸收法等。
干法脱硫的最大优势是治理中无废水、废酸的排出,减少了二次污染;缺点是脱硫效率低,设备庞大。
湿法脱硫采纳液体吸收剂洗涤烟气以除去SO2,经常使用的方式有石灰/石膏法、钠碱吸收法(双碱法)、氨吸收法、铝法、催化氧化和催化还原法等。
湿法脱硫所用设备比较简单,操作容易,脱硫效率高。
在此重点介绍湿式氨法脱硫技术。
该技术是利用二氧化硫SO2与氨NH3在常温下反映,生成亚硫酸铵(NH4)2SO3,然后氧化生成硫酸铵(NH4)2SO4的原理,对烟气中的二氧化硫进行治理。
湿式氨法脱硫技术反映原理为:
a、吸收反映进程:
(1)(NH4)OH+SO2=(NH4)HSO3
(2)2(NH4)OH+SO2=(NH4)2SO3+H2O
(3)(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3
在通入氨量较少时,发生
(1)反映;在通入氨量较多时发生
(2)反映,而反映(3)表示的是湿式氨法脱硫反映进程中真正的吸收反映进程。
在吸收进程中,所产生的酸式盐(NH4)HSO3对二氧化硫SO2不具有吸收能力。
随着吸收进程的进行,吸收液中的SO2数量增多,吸收液的吸收能力下降,需要向吸收液中补充氨,使部份酸式盐(NH4)HSO3转变成(NH4)2SO3,以维持吸收液的吸收能力。
b、吸收液转换反映进程:
(NH4)HSO3+NH4OH=(NH4)2SO3+H2O
c、副产物氧化反映进程:
(NH4)2SO3+
O2=(NH4)2SO4
因此,湿式氨法脱硫技术是利用(NH4)2SO3-(NH4)HSO3溶液不断循环转换的进程来吸收烟气中的SO2,此进程中补充的绝大部份氨并不直接用来吸收SO2,只是维持吸收液中(NH4)2SO3的必然浓度比例。
湿式氨法脱硫技术优势是:
1)脱硫效率高,能够知足超低排放要求。
2)脱硫副产物硫酸铵(NH4)2SO4可作为氮肥销售,无废水、废渣的排放,无二次污染产生。
3)脱硫效率随着烟气含硫量增加而增加,即专门适用于高浓度SO2烟气处置。
4)脱硫效率高,反映速度快,运行阻力小、耗电较少。
5)反映机理简单,技术成熟,靠得住性高,对燃料转变的适应性强。
6)脱硫吸收剂氨水,资源丰硕,易于采购,储运安全、方便。
湿式氨法脱硫技术缺点是:
1)需要较高的烟气温度,利用该烟气热量蒸发结晶处置反映所得硫酸铵溶液,生成硫酸铵固体;不然就需要额外增设蒸发结晶装置,使投资及运行费用增加。
2)工艺进程中水不平稳,需要补充较大量的蒸发水。
3)由于氨的挥发性,容易在脱硫后的尾气中逃逸,与剩余二氧化硫及水蒸汽形成气溶胶(要紧为亚硫酸铵),不仅造成氨的损失,而且容易造成二次污染。
二、烟气脱硝之强制氧化——湿式尿素还原法烟气脱硝技术:
目前脱硝采纳的技术有选择性非催化还原脱硝(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)等。
SNCR脱硝技术是利用喷入系统的还原剂氨或尿素将烟气中的NOX还原为氮气和水蒸汽。
采纳SNCR工艺必需在最适宜的温度区(930~1090℃)内,以保证要紧反映。
当温度超过此范围时,氨容易直接被氧气氧化,致使被还原的NOX减少。
另一方面,当温度低于此温度时,则氨反映不完全,过量的氨溢出而形成硫酸铵,易造成空气预热器堵塞并有侵蚀危险。
SCR脱硝技术效率比较高,脱硝技术比较成熟。
该技术要紧以NH3作为还原剂,在必然温度和催化剂的作用下,NH3有选择地将废气中NO和NO2还原为氮气及水蒸气。
在SCR工艺中,依照所利用催化剂的催化反映温度,分为高温、中温和低温三种SCR催化剂。
一样高温300℃~400℃,中温200~300℃,低温150℃~200℃。
在SCR脱硝装置的运行中,除还原剂NH3作为操作进程中的消耗品外,催化剂的利用寿命是一个重要的阻碍因素。
催化剂的寿命取决于催化剂活性的衰减速度。
催化剂在运行一段时刻后,其表面活性都会有所下降,存在物理失活和化学失活。
催化剂物理失活主若是指高温烧结、磨损、固体颗粒沉积堵塞而引发的催化剂活性破坏;催化剂化学失活主若是碱金属和重金属引发的催化剂中毒。
实际应用中,燃料燃烧产生的炉渣飞灰还会造成催化剂微孔堵塞。
由于燃烧后灰分中氧化钙含量很高,氧化钙生成的硫酸钙吸附在催化剂表面,阻止了反映物向催化剂表面的扩散及扩散进入催化剂内部,从而致使催化剂活性的降低。
一样情形下,SCR工艺中所采纳的催化剂在2~3年左右就需要改换,因为催化剂本身利用量较大,且价钱较贵,因此催化剂的利用费用很高。
另外,SCR工艺中需要持续补充氨气,且存在氨气的逃逸问题,操作不妥会产生逃逸氨气而致使的二次污染问题。
为了克服以上技术存在的缺点,我公司研究开发了低温湿式烟气脱硝技术——强制氧化-湿式尿素还原法(FO-UR)烟气脱硝技术。
强制氧化-湿式尿素还原法(FO-UR)烟气脱硝技术第一利用臭氧将废气中含量较大的NO部份氧化,生成NO2,调剂NO2与NO的比例(又称之为氧化度),然后在脱硝塔中NO2、NO与尿素溶液发生还原反映,生成可排放的N2、CO2和H2O。
强制氧化-湿式尿素还原法(FO-UR)烟气脱硝技术反映原理如下:
第一,烟气中的NO和NO2在气相中生成N2O3和N2O4,具体的化学反映如下所示:
3NO+O3→3NO2
2NO+O2→2NO2
NO+NO2→N2O3
接下来,生成的产物通过度子扩散作用从两相界面由气相扩散到液相主体。
在液相中形成HNO2,并别离电离成H+、NO2-,生成的NO2-与(NH2)2CO(尿素)反映生成N2和CO2等。
具体化学反映如下所示:
N2O3+H2O→2HNO2
2HNO2+(NH2)2CO→2N2+CO2+3H2O
综上所述,以上进程简化为以下两部份:
强制氧化反映(部份NO)O3+NO=NO2+O2
氧化还原反映CO(NH2)2+NO2+NO=CO2+2N2+2H2O
强制氧化-湿式尿素还原法烟气脱硝技术优势是:
1)烟气脱硝进程中不利用催化剂,因此无催化剂的投资及利用进程中的改换本钱。
2)操作温度低,能够在40~70℃下稳固操作,幸免了一样烟气脱硝对高温的依托。
3)脱硝反映后生成产物为N2、CO2和H2O,无二次污染物产生。
4)脱硝反映进程中脱硝利用化学品是尿素,为固体形态,相关于其它脱硝进程中要求的液氨等化学品,储运及利用进程中加倍安全、环保。
5)脱硝反映进程中反映条件温和,设备侵蚀小。
6)运行进程中可依照环保要求和废气中氮氧化物含量随时调整,操作简
便,安全靠得住,操作弹性大。
强制氧化-湿式尿素还原法烟气脱硝技术缺点是:
1)反映进程中,烟气中的其他成份,如少量粉尘、来自前续工段的少量盐类等会在尿素循环液中积存,最终有少量含杂质残液需要处置。
2)反映进程中生成水,造成脱硝系统水量不平稳——水多余,显现循环液不断增加的情形,需要处置此增加水量。
3)若是进入脱硝系统的烟气水含量为饱和态(如湿法脱硫后烟气),由于在脱硝进程中烟气温度略有降低,显现冷凝水,亦会造成水多余问题。
3、烟气脱硫脱硝一体化成套技术:
考虑到湿式氨法脱硫技术及强制氧化-湿式尿素还原法烟气脱硝技术本身各自存在的技术优势及缺点,我公司本着发挥各自优势,克服自身缺点,将二者工艺进程进行有机地组合及创新,提出了烟气脱硫脱硝一体化成套技术。
烟气脱硫脱硝一体化成套技术的大体反映原理是基于湿式氨法脱硫技术反映原理,和强制氧化-湿式尿素还原法烟气脱硝技术反映原理。
烟气脱硫脱硝一体化成套技术完全继承和进展了湿式氨法脱硫技术和强制氧化-湿式尿素还原法烟气脱硝技术的优势,解决了二者存在的技术缺点及问题。
关于烟气脱硫脱硝一体化成套技术解决的技术问题具体介绍如下:
1)湿式氨法脱硫易显现氨逃逸现象,进而引发二次污染问题,另外烟气中可能存在亚硫酸铵气溶胶问题。
由于后续接强制氧化-湿式尿素还原法烟气脱硝,氨及气溶胶被完全捕集,进入尿素循环液。
通过一段时刻的积存后随尿素残夜送至脱硫段。
2)强制氧化-湿式尿素还原法烟气脱硝存在的水不平稳——水增加问题,由于采纳脱硫脱硝一体化技术,该增加水量能够补充到湿式氨法脱硫段。
如此既减少了湿式氨法脱硫段外补水量,又解决了强制氧化-湿式尿素还原法烟气脱硝段多余水的处置及排放问题;既减少了设备投资,又降低了装置运行本钱。
3)强制氧化-湿式尿素还原法烟气脱硝段排至湿式氨法脱硫段的水中,除含有亚硫酸铵及粉尘等杂质外,还有部份尿素。
此液体(咱们称之为脱硝残液,或尿素残液)排至湿式氨法脱硫段不仅解决了脱硝段水不平稳问题,而且解决了残液中杂质处置及排放问题。
另外,残液中尿素的带入,使得湿式氨法脱硫段也能够同时具有部份脱硝功能,可谓一举多得。
三、工艺流程图
本项目工艺流程图见附件。
四、工艺流程简介:
1)升压:
来自生产装置的焦炉烟气,温度约175℃进入本装置。
经风机升压后,进入脱硫脱硝塔。
烟气在进入风机前与必然量的臭氧混合,将烟气中的NO强制氧化,调剂氮氧化物的氧化度,以保证脱硝成效。
2)脱硫:
脱硫是烟气脱硫和产生硫酸铵盐的装置。
烟气中的SO2在脱硫段中被吸收除去。
烟气中的二氧化硫与喷淋而下pH值为~的脱硫液铵逆流接触,气相中SO2进入液相与其中部份亚硫酸铵反映转化为亚硫酸氢铵,脱硫后烟气经升气冒进入脱硝段。
脱硫液继续向下流动的进程中与高温烟气相遇,脱硫液被急剧蒸发浓缩。
烟气被冷却至60℃左右,上升进入脱硫段,浓缩后的脱硫液在塔釜聚集。
浓缩后的脱硫液自塔釜溢流至亚铵氧化槽进程中,补入适量氨水,脱硫液中部份亚硫酸氢铵与氨反映,生成亚硫酸铵,使其维持吸收二氧化硫的能力。
在亚铵氧化槽中,液相中的亚硫酸铵被来自罗茨鼓风机的氧化空气中的氧气氧化为硫酸铵。
脱硫液经脱硫循环泵升压后循环利用,通过一段时刻的浓缩富集,当液相中硫酸铵浓度达到30%左右后,部份脱硫液送焦化厂原有硫铵造粒车间。
3)脱硝:
脱硝是烟气脱除氮氧化物的装置。
通过脱硫后的烟气再次与必然量的臭氧混合,强制氧化其中的部份NO,以调剂烟气中氮氧化物的氧化度,然后进入脱硝段。
在脱硝段内,含氮氧化物烟气与自塔顶逆流而下的尿素溶液接触反映吸收烟气中的氮氧化物,并反映成为氮气、二氧化碳和水,达到脱硝的目的,实现达标排放。
尿素溶液循环一段时刻后,可依照尿素消耗情形,在尿素溶解槽内溶解适量尿素,经尿素溶液泵送入脱硝段。
第二部份系统要紧设备及参数
1、脱硫脱硝塔:
设备形式:
填料/喷淋复合塔;
设备直径:
Φ9000mm;
设备高度:
~78m;
操作压力:
常压;
设计压力:
;
操作温度:
60℃;
设计温度:
100℃;
材质:
Q345R/玻璃鳞片防腐;
数量:
1台。
2、脱硫循环泵:
设备型式:
离心泵;
流量:
650m3/h;
扬程:
35m;
操作温度:
60℃;
材质:
双相钢;
电机功率:
110kW;
数量:
3台(开二备一)。
3、脱硝循环泵:
设备型式:
离心泵;
流量:
650m3/h;
扬程:
55m;
操作温度:
60℃;
材质:
双相钢;
电机功率:
160kW;
数量:
3台(开二备一)。
4、尿素溶液泵:
设备型式:
离心泵;
流量:
30m3/h;
扬程:
40m;
操作温度:
60℃;
材质:
双相钢;
电机功率:
11kW;
数量:
2台(开一备一)。
5、清水循环泵:
设备型式:
管道泵;
流量:
1000m3/h;
扬程:
5m;
操作温度:
45℃;
材质:
316L;
电机功率:
30kW;
数量:
2台(开一备一)。
6、氧化风机:
设备型式:
罗茨风机;
流量:
min;
升压:
75kpa;
材质:
CS;
电机功率:
;
数量:
2台(开一备一)。
7、尿素溶解槽:
设备型式:
地下槽(带搅拌器);
设备容积:
50m3;
操作压力:
常压;
操作温度:
60℃;
设计温度:
80℃;
材质:
混凝土防腐;
数量:
1台。
8、亚铵氧化槽:
设备型式:
地下槽;
设备容积:
180m3;
操作压力:
常压;
操作温度:
60℃;
设计温度:
80℃;
材质:
混凝土防腐;
数量:
1台。
9、臭氧机组:
设备形式:
空压机+VPSA+臭氧机组;
臭氧产量:
40kg/h;
气体压力:
>;
装机功率:
710kw;
数量:
1套。
10、引风机:
设备型式:
离心风机;
流量:
400000m3/h;
升压:
;
材质:
CS;
入口温度:
175℃;
电机功率:
355kW;
数量:
1台。
第三部份装置投资估算
对焦炉烟气脱硫、脱硝装置投资估算如下:
序号
项目
价格(万元)
备注
1
土建
/
2
设备
1800
3
管道、管件、阀门
260
4
电气、仪表及自控系统
300
包括进出口在线检测
5
系统安装费
240
6
专利技术费
90
7
工程设计费
80
8
技术服务费
30
合计(万元)
2800
投资估算补充说明:
一、本投资估算不包括烟气由锅炉到本装置的界区外管道。
二、本投资估算不包括公用工程(变电、循环水、紧缩风、仪表风等)、公用工程界区外管道(水、汽、风等)、界区外电缆外线及桥架、界区外管及管廊等。
3、本投资估算不包括前期场地预备费用(假设场地需要大量回填或平整等)。
4、本投资估算中仪表及操纵系统采纳PLC系统。
第四部份工艺系统物料消耗指标估算
序号
名称
消耗
单价(元)
运行费用(元/h)
1
电
950kWh
(臭氧产量为20kg/h计)
-760
2
20%氨水
300
-33
3
工艺水
17t
2
-34
4
尿素
1500
-210
5
仪表风
10Nm2
-1
6
循环水
50t
-5
8
回收硫酸铵
500
+40
运行费用合计
-1003
综上所述,本烟气脱硫脱硝一体化项目正常运行时消耗指标约为1003元/小时。
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