焦化厂烟气脱硝脱硫一体化解决专项方案.doc

110万吨/年焦炉烟气脱硝脱硫一体化技术方案

110万吨/年焦炉烟道气与脱硝脱硫一体化

设

计

方

案

廊坊市晋盛节能技术服务有限公司

目录
1. 项目概述 2
1.1. 项目概况 2
2. 设计根据 2
2.1. 设计原则 2
2.2. 设计原则 3
2.3. 设计原始参数 3
2.3.1 烟气参数 3
2.3.2 气候条件 4
2.4. 设计规定 4
2.5. 工程范畴 4
3. 烟气脱硫脱硝一体化工艺 5
3.1. 总工艺流程 5
3.2. 脱硝工艺 5
3.3. 脱硫工艺 7
4. 烟气脱硫脱硝一体化技术阐明 8
4.1. 脱硝技术 8
4.1.1脱硝系统构成 8
4.1.2脱硝系统重要设备 9
4.2. 脱硫技术 11
4.2.1脱硫工艺描述 11
4.2.2脱硫重要设备 11
5. 经济及环境效益分析 13
5.1脱硫脱硝环境效益及节约费用 13
5.2脱硫脱硝运营费用 14
5.3脱硫脱硝投资费用 14
5.4设备清单 14

1. 项目概述
1.1. 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、回收专业工厂。焦炉烟囱排放大气污染物为焦炉煤气燃烧后产生废气，重要有SO2、NOx及烟尘等，污染物呈有组织高架点源持续性排放，是污染最为严重行业之一。
6月，环保部及国家质量监督检查检疫局联合发布了《炼焦化学工业污染物排放原则》，明确规定了焦化工业大气污染物排放原则。
    廊坊市晋盛节能技术服务有限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，形成一套集成创新装置，这套装置既能除尘、脱硫、脱硝，从而达到烟气资源化运用目。从此变化烟气治理只有投入，没有产出困境。

2. 设计根据
2.1. 设计原则
2.1.1脱硫脱硝
Ø 对尾气同步进行脱硝及脱硫治理。
Ø 采用高效、先进、运营稳定、管理以便治理工艺及技术，保证废气达标排放；
Ø 烟气净化治理不影响焦化厂生产工艺正常运营。
Ø 精心布设系统流程，减少运营过程物耗及能耗，减少运营成本；
Ø 依照工程实际状况尽量减少脱硝装置建设投资。
Ø 改造工程将充分运用既有设备和场地，力求工艺流程和设备布置合理。
Ø 所有设备制造和设计完全符合公司原则及安全可靠，持续有效运营规定，保证净化系统可以安全、稳定运营。

2.2. 设计原则
脱硫脱硝设计原则
《中华人民共和国环保法》
《中华人民共和国大气污染防治法》
《大气污染物综合排放原则》（GB16297-1996）；
《炼焦化学工业污染物排放原则》（GB16171-）；
《钢构造工程施工质量验收规范》（GB50205—）；
《火电厂烟气脱硝工程技术规范-选取性催化还原法》（HJ562-）；
《工业金属管道设计规范》（GB50316—）；
《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—）；
《电气装置安装工程电器设备交接实验规程》（GB50150—91）；
《火力发电厂设计技术规程》DL5000-；
《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-；
《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－；

2.3. 设计原始参数
2.3.1 烟气参数
某焦化厂焦化烟囱共有2座，每座烟囱烟气参数如表1-1所示。
表1-1 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. 设计规定
脱硫脱硝工程技术性能指标
序号
名称
初始浓度(mg/Nm³)
排放浓度(mg/Nm³)
脱除率（%）
备注
2
NOx
1800
≤500
≥72.2

3
SO2
450
≤50
≥77.78

4
氨逃逸

≤5ppm

2.5. 工程范畴
一、 项目内容
（1）烟气SCR脱硝系统、脱硫系统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、施工界线及有关条件
（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）控制柜与设备间仪表线由乙供，动力电缆及电源由甲方供货
（4）界区外汽水管线、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280℃-290℃烟气一方面进入SCR反映器进行脱硝，脱硝后烟气进入余热锅炉，余热回收后烟气温度大概在160℃，此时再进入脱硫塔进行脱硫，脱硫后烟气从脱硫塔除雾后排入大气。
工艺流程图如图3-2所示
脱
硫
塔
SCR反映器
氨水储罐罐
氧化风机
焦化厂烟囱
吹灰系统
废气
达标烟气
氧化风
吹扫风

氨水溶液
硫酸铵/硫酸亚铵
氨水

3.2. 脱硝工艺
由某焦化厂给出数据来看，烟气中氮氧化物初始浓度为1800mg/m³，要达到排放原则规定500mg/m³，必要满足脱硝效率≥72.2%。
当前工业上广泛应用脱硝技术为SCR（选取性催化还原法）和SNCR（选取性非催化还原法）。但是SNCR脱硝效率低，普通不超过70%，所用还原剂消耗量较大，同步SNCR法是在炉膛内部喷射还原剂，会对生产工艺导致影响。炼焦炉生产工艺特点不容许在炼焦炉内部进行喷氨脱硝，因而SNCR法不合用本项目烟气脱硝。
SCR自20世纪80年代初开始逐渐应用于燃煤锅炉烟气脱硝。至今已被公以为烟气脱硝主流技术。
选取性催化还原(Selective Catalytic Reduction ，SCR)技术是一种成熟商业性NOx 控制解决技术。脱硝原理是在280-400℃下，将含氨还原剂喷入烟气中，在催化剂作用下，还原剂有选取性地把烟气中NOX还原为无毒无污染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SCR反映如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (3-1)
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O (3-2)
上面第一种反映是重要，由于烟气中几乎95%NOX以NO形式存在。
图3-1 烟气中NOx与喷射氨反映示意图
与其她脱硝办法比较，我公司采用SCR脱硝具备不可比拟优势：
①脱硝效率高高达96%，对NOx脱除效果十分明显。我公司拥有自行研发低温催化剂配方能高效满足初始NOx浓度高达-4700mg/m³烟气脱硝，不但节约成本，并且节约了反映器空间占地位置。
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，通过几十年理论研究和实际应用，SCR技术已经被公以为烟气脱硝主流技术；咱们在低温（250℃-280℃）烟气脱硝领域，已有运营二年多应用业绩。
③无二次污染物。反映最后产物为无害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脱硝技术在全球范畴内有数百台成功应用业绩和十几年运营经验，作为末端技术具备良好可保障性。
⑤工艺系统简朴，容易操作。
3.3. 脱硫工艺
当前湿法脱硫技术占脱硫总量80%以上。按照脱硫原料不同，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。
焦化厂尾气脱硫规定满足脱硫效率为77.78%，同步焦化厂有浓度为5%废氨水可以运用。因而，在满足工艺规定及脱硫效率基本上，咱们设计采用焦化厂循环氨水作为脱硫催化剂脱硫工艺。
氨法脱硫是运用碱性脱硫剂和酸性SO2之间化学反映来脱硫，氨吸取硫酸生产尾气中SO2，生产亚硫铵和硫铵。
第一步， SO2和NH3反映为基本吸取过程：
SO2＋H2O＋xNH3 = (NH4) xH2－XSO3 （1）
因而，采用氨法脱硫一方面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)
此过程是将吸取中间产物不稳定亚硫酸铵氧化成稳定硫酸铵，以制得农用硫铵化肥。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、磷酸铵等其他化工产品。
氨法脱硫特点：
Ø SO2资源化运用。
氨法脱硫技术能将废气中二氧化硫和焦化厂废氨水转化为化肥，不产生任何废水、废液和废渣，没有二次污染，是一项真正意义上将污染物所有资源化，符合循环经济规定脱硫技术。与钙法相比，氨法属于回收法，钙法为抛弃法，容易导致二次污染。
Ø 系统简朴、设备体积小，能耗低。
氨是一种良好碱性吸取剂，氨法脱硫属于气-液反映，反映速度快，反映完全，吸取剂运用率高，因而减少了设备体积和能耗。
Ø 脱硫塔不易结垢。
由于氨具备更高反映活性，且硫酸铵具备极易溶解化学特性，因而氨法脱硫系统不易产生结垢现象。
Ø 设备占地少。
氨回收法脱硫装置无需原料预解决工序，副产物生产过程也相对简朴，配备设备较少，设备占地无需太大。
Ø 脱硫副产物价值高
氨回收法脱硫装置运营过程即是硫酸铵生产过程，脱硫副产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，进一步减少能耗，成本低廉。
Ø 既脱硫又脱硝--适应环保更高规定
氨对NOX同样有吸取作用。此外脱硫过程中形成亚硫铵对NOX还具备还原作用，因此氨法脱硫同步也可实现一某些脱硝目。
几种脱硫办法比较

4. 烟气脱硫脱硝一体化技术阐明
4.1. 脱硝技术
4.1.1脱硝系统构成
(1) 催化剂；
(2) 反映器系统（反映器本体、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（钢构造、爬梯和平台、检修起吊设施、防腐、保温和油漆等）；
4.1.2脱硝系统重要设备
Ø 氨水输送
以浓度为25%氨水（因温度较低，建议用液氨）用来作为脱硝还原剂。由原有氨水储存区引出一条管道输送氨水，设立有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，用于氨水喷射。
Ø SCR反映器
本工程每座烟囱设立一台SCR反映器。
为节约场地，反映器采用立式构造，自上而下可布置3层催化剂，按“2+1”层设计。烟气进入反映器顶部，沿垂直方向向下流动通过反映器。
反映器为板箱式构造，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、承受其他荷载和抵抗热应力规定。板箱式反映器外设有加强型外壳并支撑在钢构造之上。考虑到银川属于北部寒冷地区，为了保证烟气温度在反映温度区间内，反映器外部整体进行保温，保证与外界隔热。
催化剂各模块中间和模块与箱壁间装设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映器内各层催化剂箱。人孔可用于定期检修、观测和停机时维护保养。
在SCR反映器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，并使喷入氨气均匀分布。
SCR反映器内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如下雾滴喷入到烟道中，微细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，通过混合器扰流，使烟气与氨气混合均匀。
在反映器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反映器内温度、压力变化，保证SCR高效稳定运营。
Ø 催化剂
催化剂是整个SCR系统核心，催化剂选用及反映时间是影响脱硝效率重要因素。
为保证项目成功实行，本项目采用咱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催化剂。选取催化剂活性强 、SO2/SO3转化率低、选取性强。在优良喷射系统、混合设备配合下，整个系统氮氧化物去除率高。
催化剂布置模式
①催化剂整体成型。
②催化剂层数采用“2＋1”布置模式，考虑预留加装催化剂空间，预留层可布置在顶层或底层；
③催化剂采用模块化布置，依照符合脱硝规定蜂窝型催化剂单元及模块体积，合理设计每层催化剂模块数量，优化模块设立，保证催化剂安装及更换更简便及快捷。
④催化剂模块采用钢构造框架，并便于运送、安装、起吊。
催化剂设计采用防冲蚀磨损、堵塞及中毒技术办法
①顶层催化剂顶端采用硬化加固办法。
②依照工程经验，选取合理蜂房构造、节距及间壁厚度，在保证脱硝效率前提下，减少流动阻力。
③烟气流速。由于焦炉烟气中粉尘具备高黏附性，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，催化反映不彻底。针对本工程飞灰特点，选取合理烟气流速。
④防护格栅。在每层催化剂上方安装金属格栅网，阻拦粒径小黏附性粉尘，防止粉尘进入催化剂微孔内，活性减少。
⑤设立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。
Ø 喷氨喷嘴
为了使氨在烟气中均匀分布，并且便于对反映器中第一层催化剂上方烟气NH3/NOx摩尔比调节，因此需在进口烟道上适当位置设立喷氨喷嘴。详细喷嘴数量按照反映器大小及气流状态而定。
喷嘴选用超细雾化喷嘴，力求喷嘴喷出氨水液滴粒径不大于20μm。可将整个烟道截面提成若干个大小不同控制区域，每个区域有相应数量喷射孔，且每个分区流量都能通过调节阀单独可调，以匹配烟气中NOx浓度分布。我公司通过多项脱硝项目实践调试经验，该项技术成熟稳定，完全可以满足SCR装置对浓度分布规定。
Ø 吹灰器
SCR采用吹灰器，可以保持催化剂持续清洁，清灰彻底，不留死角，实现最大限度、最佳运用催化剂对脱硝反映催化活性，延长催化剂寿命，减少SCR维护成本。每层催化剂设立2套声波吹灰器。
吹灰系统还涉及压缩空气系统，本工程设立一台压缩空气罐，由焦化厂空压机站引入压缩空气，用于吹灰器吹灰用途。
4.2. 脱硫工艺描述
4.2.1脱硫技术
烟道气脱硫系统涉及旋流板塔，喷淋装置，除雾装置及附属附件等。经余热锅炉余热运用过后，再进入脱硫塔。降温后烟气由下往上进入脱硫塔，在脱硫塔内与向下喷淋氨水溶液逆向接触，吸取脱硫脱硫后烟气经除雾装置除去大某些雾滴后经烟囱达标排放。
4.2.2重要设备
Ø 旋流板塔
本方案中采用脱硫装置为旋流板塔，是一种高效通用型传质设备，由于特殊内部构造设计，使其具备负荷高、压减少、不易堵、操作弹性宽等长处，在综合性能上优于其他设备，合用于迅速吸取过程。用于湿法烟气脱硫时，具备很高脱硫效率；同步，旋流板塔还具备良好除尘性能，可实现对烟气脱硫、除尘一体化解决。
填料塔为单筒立式构造，烟气入口在塔下部，氨水溶液喷淋在塔上部，碱液槽在塔底部，分布器及除雾器在塔顶部安装。循环泵不断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、吸取区、浓缩区、氧化区五个某些。
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，塔中部为吸取区域，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发生一系列反映，从而完毕了脱除SO2净化过程，气体中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，待循环液浓度至一定浓度时即可送入后续硫酸铵解决系统另作回收运用。
旋流板塔塔体采用不锈钢制作，分为3某些。旋流板 塔内件涉及喷头、旋流板、检修孔、支架、接管，这些物件均采用不锈钢材质，以保证整套装置使用寿命。
Ø 喷淋装置
喷淋装置功能是将大量脱硫液转化为能提供足够接触面积雾化小液滴，以有效脱除烟气中二氧化硫。
喷淋装置可设立3层。
所有喷淋装置设计和材料能避免迅速磨损、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她形式喷嘴。
Ø 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，分离夹带雾滴，吸取塔出口净烟携带水滴含量不大于75 mg/Nm³。
除雾装置采用不锈钢材料制作。
Ø 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，则不但使氨水溶液里氨含量减少，同步挥发出来氨气也污染环境。为了防止氨水挥发，碱液槽与吸取塔合为一体，设计在吸取塔下部区域。
Ø 氧化风机
SO2被吸取后生成亚硫酸盐，若要得到商品用硫酸铵产品，还必要在氧化区鼓入氧化用空气，因而本工程设立2台鼓风机，1备1用。
Ø 循环泵
一级循环配备2台循环泵。循环水泵1台备用，1台运营，均选用耐磨防腐泵，将塔中循环液泵入喷淋区进行喷淋。
Ø 硫酸铵后解决系统
二级循环配备2台循环泵。循环水泵1台备用，1台运营，均选用耐磨防腐泵，将分离后循环液送入浓缩区。
硫酸铵后解决系统是为了将吸取SO2后循环液进一步回收运用。这一系统涉及了：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具有硫酸铵循环液浓缩，得到含水率4%硫酸铵固体。离心分离后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%商品硫酸铵。
如不建设有硫酸后解决系统，也可将得到硫酸铵溶液外卖给生产硫酸铵化肥厂。

5. 经济及环境效益分析
5.1脱硫脱硝环境效益及节约费用
5.2脱硫脱硝运营费用
5.3脱硫脱硝投资费用
5.4设备清单
5.4.1脱硫脱硝