最新SDS干法脱硫+SCR低温脱硝技术方案Word文档格式.docx
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（21）GB3836.2爆炸性气体环境用电气设备
（22）GB4208外壳防治等级（IP代码）
（23）GB8978污水综合排放标准
（24）GB12268危险货物品名表
（25）GB12348工业企业厂界噪声标准
（26）GB12358作业环境气体检测报警仪通用技术要求
（27）GB12801生产过程安全卫生要求总则
（28）GB14554恶臭污染物排放标准
（29）GB18218重大危险源辩识
（30）GB50058爆炸和火灾危险环境电力装臵设计规范
（31）GB50160石油化工企业设计防火规范
（32）GB50222建筑内部装修设计防火规范
（33）GB50351储罐区防火堤设计规范
（34）GBZ1工业企业设计卫生标准
（35）GB/T16157固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法
（36）GB/T20801生产过程安全卫生要求总则
（37）GB/T21509燃煤烟气脱硝技术装备
（38）DL408电业安全工作规程
（39）GB9078工业炉窑大气污染物排放标准
（40）GB18599一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准
（41）GB50016建筑设计防火规范
（42）GB50040动力机器基础设计规范
（43）GB50212建筑防腐蚀工程施工及验收规范
（44）HG23012厂区设备内作业安全规程
（45）HJ/T75固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行）
2.2设计原则
1、烟气除尘脱硫脱硝工艺成熟、可靠。
烟气除尘脱硫脱硝及辅助设备和附件使用的材料，制造工艺及检验要求均不低于国家有关标准的规定。
2、保证烟气含尘量、二氧化硫及NOx浓度在一定范围内波动时，除尘脱硫脱硝率满足系统设计要求。
烟气量变动在40～110%时，系统工作正常。
3、采用成熟的除尘脱硫脱硝技术，可以保证处理效果满足系统设计的要求和标准。
4、工程场地布置能满足系统设备用地要求。
5、脱硫脱硝产物不会产生二次污染。
6、系统原料有稳定可靠的来源。
7、整个除尘脱硫脱硝系统中与有腐蚀性的介质接触的部件和设备有防腐措施。
8、采购的设备为国内、国际知名品牌。
9、催化剂满足烟气灰分要求，选择科学合理的技术参数。
10、工艺设计尽可能节约能源和水源，应设计节能技术及设备，尽可能降低系统的投资与运行费用。
11、装置区域环境噪声满足GB12348-1990《工业企业厂界噪声标准》Ⅱ类标准，设备运转噪声小于85分贝（离设备1米处测量）。
12、模块化的设计理念，满足不同时期的环保要求。
2.3设计范围
合金炉烟气采用“SDS干法脱硫+布袋除尘器+SCR脱硝装置”进行烟气处理，保证烟气达标排放。
2.4厂址自然条件
（1）气温：
年平均气温13.9℃
（2）多年极端最高气温40.4℃
（3）多年极端最低气温-16.7℃
（4）降雨量：
年平均降雨量627.3mm
2.5工程模式
实施设计、制造、安装、调试和上岗人员培训的工程服务模式。
第三章设计参数
3.1烟气主要参数
1）烟气处理规模
项目
烟气量
烟气温度
烟气NOx
烟气SO2
参数
80000Nm3∕h
180℃
836.5mg/m³
≤1800mg/m³
2）烟气处理排放标准
序号
单位
出口设计值
备注
1
SO2浓度
mg/Nm3
≤35
2
NOx浓度
≤50
3
颗粒物浓度
≤10
第四章工艺方案设计
4.1工艺选择
合金炉烟气→SDS干法脱硫系统→布袋除尘器→燃烧炉（升温）→SCR低温脱硝系统→风机→烟囱排放
4.2钠基干法脱硫（SDS）系统
4.2.1钠基干法脱硫（SDS）脱硫工艺原理
钠基干法脱硫是利用脱硫剂超细粉与烟气充分混合、接触，在催化剂和促进剂的作用下，与烟气中SO2快速反应。
而且，在反应器、烟道及布袋除尘器内，脱硫剂超细粉一直与烟气中的SO2发生反应。
反应快速、充分，在2秒内即可生产副产物Na2SO4。
通过布袋回收副产物，作为化工产品利用。
这种反应脱硫效率高，按化学反应当量1：
1时，脱硫效率大于98.1%，而且是一次性喷入脱硫剂，不需要循环。
脱硫机理
以小苏打（NaHCO3）做脱硫剂，在高温烟气的作用下激活，表面形成微孔结构，犹如爆米花被爆开，烟道内烟气与激活的脱硫剂充分接触发生化学反应，烟气中的SO2及其他酸性介质被吸收净化，脱硫并干燥的Na2SO4副产物随气流进入布袋除尘器被捕集。
主要反应：
2NaHCO3（S）=Na2CO3（s）+H2O（g）+CO2（g）
（1）
SO2（g）+Na2CO3（s）+1/2O2=Na2SO4（s）+CO2（g）
（2）
副反应：
SO3（g）+Na2CO3（s）=Na2SO4（s）+CO2（g）
（3）
4.2.2钠基干法脱硫（SDS）脱硫工艺流程
SDS脱硫系统流程示意图
根据现场工况，制定的工艺技术路线如下：
（1）采用先脱硫后脱硝工艺减少烟气中SO2浓度对中低温SCR脱硝催化剂的寿命的影响，脱硫后烟气进入布袋除尘器，确保系统稳定运行。
（2）脱硫选用SDS干法脱硫工艺。
SDS干法脱硫温度降最低，能很好的保证烟气脱硝所需的温度区间及净烟气的排烟温度，从而保证了脱硝效率及烟囱长期处于良好的热备状态。
（3）在脱硫装置后加装布袋除尘器。
为满足系统的粉尘排放要求，同时保证催化剂的寿命和脱硝效果，需要在脱硫系统后加装布袋除尘器，以保证烟囱测点处的烟气含尘浓度在10mg/Nm3以下。
（4）工艺路线说明
还原（合金）炉烟气进入钠基（NaHCO3）干法脱硫（SDS）除尘一体化系统。
在SDS脱硫反应器内喷入碳酸氢钠超细粉，碳酸氢钠超细粉在高温烟气的作用下分解出高活性碳酸钠和二氧化碳，活性强的Na2CO3与烟道内烟气中的SO2及其他酸性介质充分接触发生化学反应，被吸收净化。
脱硫后粉状颗粒产物随气流进入布袋除尘器收集脱硫副产物。
4.3布袋除尘器
4.3.1布袋除尘器工作原理
布袋除尘器的工作机理是含尘烟气通过过滤材料时，尘粒被过滤下来，过滤材料捕集粗粒粉尘主要靠惯性碰撞作用，捕集细粒粉尘主要靠扩散和筛分作用。
除尘器由灰斗、箱体、花板、喷吹系统等部分组成。
工作时，烟气因引风机的作用被吸入和通过除尘器，含尘气体从中部的进风，粗尘粒经通过自然重力沉降分离后直接落入灰斗，细尘粒随气流转折向上进入箱体。
在负压的作用下烟气均匀而缓慢地穿过滤袋。
烟气在穿过滤袋时，固体尘粒被捕集在滤袋的外侧并积附在滤袋的外表面。
过滤后的洁净气体进入上箱体的净气区集合后，再经出气烟道排出。
随着过滤工况的进行，当滤袋表面尘粒积附达到一定量时，使用脉冲压缩空气将已捕集在滤袋上的灰尘从滤袋上剥落并使之落入底部的灰斗内，再通过输送设备把灰尘从灰斗内输送出。
滤袋净化与喷吹工作原理
4.3.2布袋除尘器主要特点
本项目选用脉冲长袋除尘器，主要特点是：
反吹气流阻力低、脉冲清灰效果好，高架式，灰仓锥角大，不易积灰搭拱。
我公司的布袋除尘器采用了多项技术：
除尘器采用在线清灰，比离线清灰效果好，无二次吸附现象。
高可靠性低压大规格脉冲阀配置，反吹效果显著。
除尘器烟气进口处增加预沉降均温设计，避免烟气对滤袋直接冲刷，利用预沉降减少大颗粒烟尘对滤袋的负荷，减少烧糊滤袋现象，延长滤袋使用寿命；
专业化喷吹管、滤袋笼骨制造，保证长期运行可性；
优化滤袋排列，降低除尘器阻力损失；
设备的运转部分有安全防护措施和必要的防雨措施。
4.4SCR脱硝系统
4.4.1脱硝工艺原理
目前世界上流行的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种。
此两种法都是利用氨对NOX的还原功能，在催化剂的作用下将NOX（主要是NO）还原为对大气没有多少影响的N2和水。
还原剂为NH3，其不同点则是在尿素法SCR中，先利用一种设备将尿素转化为氨之后输送至SCR触媒反应器，它转换的方法为将尿素注入一分解室中，此分解室提供尿素分解所需之混合时间，驻留时间及温度，由此室分解出来之氨基产物即成为SCR的还原剂通过触媒实施化学反应后生成氨及水。
尿素分解室中分解成氨的方法有热解法和水解法，主要化学反应方程式为：
NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2
在整个工艺的设计中，通常是先使氨蒸发，然后和稀释空气或烟气混合，最后通过分配格栅喷入SCR反应器上游的烟气中。
典型的SCR反应原理示意图
在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：
4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
当烟气中有氧气时，反应第一式优先进行，因此，氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。
在锅炉的烟气中，NO2一般约占总的NOX浓度的5%，NO2参与的反应如下：
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
上面两个反应表明还原NO2比还原NO需要更多的氨。
在绝大多数锅炉烟气中，NO2仅占NOX总量的一小部分，因此NO2的影响并不显著。
SCR系统NOX脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOX反应。
有一小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。
一般来说，对于新的催化剂，氨逃逸量很低。
但是，随着催化剂失活或者表面被飞灰覆盖或堵塞，氨逃逸量就会增加，为了维持需要的NOX脱除率，就必须增加反应器中NH3/NOX摩尔比。
当不能保证预先设定的脱硝效率和（或）氨逃逸量的性能标准时，就必须在反应器内添加或更换新的催化剂以恢复催化剂的活性和反应器性能。
从新催化剂开始使用到被更换这段时间称为催化剂寿命。
对SCR系统的制约因素随运行环境和工艺过程而变化。
制约因素包括系统压降、烟道尺寸、空间、烟气微粒含量、逃逸氨浓度限制、SO2氧化率、温度和NOx浓度，都影响催化剂寿命和系统的设计。
除温度外，NOx、NH3浓度、过量氧和停留时间也对反应过程有一定影响。
SCR系统一般由氨或氨水的储存系统、（氨水转化为氨系统）、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、检测控制系统等组成。
SCR脱硝反应器在锅炉尾部一般有三种不同的布置方式，高尘布置、低尘布置和尾部布置。
4.4.2SCR脱硝工艺流程
SCR脱硝工艺流程图
4.4.2还原剂的选择
目前常用的还原剂主要有以下3种：
液氨，氨水和尿素。
其特点如下表：
还原剂
类型
优点
缺点
建议
液氨
还原剂和蒸发成本最低；
体积小。
安全问题；
为防止污染，设备投资高。
运行成本低
在危险管理许可的条件下，可以使用。
氨水
如果溢出，蒸汽浓度较低。
相对无水氨，还原剂成本较高；
蒸发能量高；
较高的储存设备成本；
较大的注入管道。
考虑到无水氨危险性，可以使用。
尿素
没有溢出危险。
相对无水氨；
更高的蒸发能量；
更高的储存设备成本；
可以使用
本方案采用（25%）氨水作为脱硝还原剂。
1）SCR催化剂的选择
按催化剂原材料分为铂系列、钛系列、钒系列及混合型系列。
目前的SCR催化剂一般为使用TiO2载体的V2O5/WO3及MoO3等金属氧化物。
按催化剂结构分为板式、波纹式和蜂窝式，如下图所示。
蜂窝式波纹式板式
三种常用催化剂的特点
蜂窝式
板式
波纹式
成型
陶制挤压，成型均匀，整体均为活性成分
金属为载体，表面涂层为活性成分
波纹状纤维作载体，表面涂层为活性成分
1.比表面积大，活性高
2.所需催化剂体积小
3.高度自动化生产
4.催化活性物质比其他类型多50-70%
5.催化剂可以再生
1.烟气通过性好（不易产生堵塞）
2.高度自动化生产
1.比表面积比板式大
2.重量轻
1.烟气流动条件不好时，表面可能产生一定堵塞，可以通过流态模型来改善
2.主要用于高尘烟气
1.比表面积小，体积大
2.实际活性物质比蜂窝式少50%
3.上下子模块之间占据一定空间
4.再生时SO2/SO3转化率高
1.对烟气流动性很敏感，主要用于低尘
2.活性物质比蜂窝式少70%
3.模块结构与板式接近，有同样的问题
4.兼有蜂窝式、板式的特点
蜂窝式催化剂属于均质催化剂,以TiO2、V2O5、WO3为主要成分，催化剂本体全部是催化剂材料，因此其表面遭到灰分等的破坏磨损后，仍然能维持原有的催化性能，催化剂可以再生。
按催化剂工作温度分为中温型和低温型。
中温型催化剂以TiO2、V2O5为主要成分，适用工作温度为280～420℃。
低温型催化剂以TiO2、V2O5、MnO为主要成分，适用工作温度为＞180℃。
按催化剂用途分为燃煤型和燃油、燃气型。
燃煤和燃油、燃气型催化剂的主要区别。
蜂窝内孔尺寸，一般燃煤＞5mm，燃油、燃气＜4mm。
催化剂性能要求：
适应温度范围广，
NOx去除率高，
SO2抵抗力强，
SO2/SO3转化率低，
对灰分及热冲击力的抵抗力强，
压力损失（阻力）低。
本方案选用蜂窝式催化剂。
第五章钠基干法脱硫（SDS）工艺单元设计
钠基（NaHCO3）干法脱硫（SDS）工艺单元主要包括烟气系统、卸料及输送系统、脱硫反应系统。
5.1烟气系统
5.1.1烟道及其附件
烟道根据可能发生的最差运行条件（如温度、压力、流量、湿度等）进行设计。
烟道设计不低于中国《管道设计技术规程》的最新标准。
烟道是具有气密性的焊接结构，所有非法兰连接的接口都进行连续焊接，与挡板门的配对法兰连接处也实施密封焊。
烟气系统的设计保证灰尘在烟道的沉积不会对运行产生影响。
而对于烟道中粉尘的聚集，设计时考虑到附加的积灰荷重。
烟道设计考虑所有荷载，如：
内压荷载、自重、风荷载、积灰、地震、腐蚀、保温和外装。
所有烟道在适当的位置配有足够数量和大小的人孔门，以便于烟道（包括挡板门和补偿器）的维修检查和清除积灰。
另外，人孔门与烟道壁分开保温，便于开启。
在外削角急转弯头和变截面收缩急转弯头处，以及根据烟气流动模型研究结果要求的地方，设置导流板。
5.1.2膨胀节
膨胀节用于补偿烟道热膨胀引起的位移。
膨胀节在所有运行和事故条件下都能吸收全部连接设备和烟道的轴向和径向位移。
所有膨胀节的设计无泄漏，并且能承受系统最大设计正压/负压。
5.1.3挡板门
根据需要设置进烟气挡板、出烟气挡板门，在温度变化时可随时切换系统工艺路线。
5.1.4系统保温
所有烟道（包括旁路烟道）均需保温，以减少热量散失（温降10度以内），提高热利用效率及烟囱排烟温度。
烟道保温材料采用100mm厚硅酸铝+0.5mm彩钢板（彩钢板颜色与厂方一致）。
给水管道及热力管道等均进行外保温防冻防热处理，保温材料采用橡塑板。
所有的管道及钢结构外表面均涂装油漆进行防腐处理。
5.2储粉及输送系统
该系统是SDS干法脱硫系统的关键设备，系统设备主要包括卸料站、计量装置、螺旋输送机等。
袋装碳酸氢钠粉通过由人工送入卸料站，拆卸后的碳酸氢钠粉由卸料站仓底的星型卸灰阀送入螺旋输送系统，输送至SDS反应器进口。
碳酸氢钠粉粒径达到设计要求（D90≤20μm）
5.3脱硫反应系统
烟道及反应塔系统主要包括反应器、喷嘴及相关连接烟道。
小苏打粉被喷射到脱硫反应塔前的烟道中，在烟道中与SO2进行中和反应，从而实现SO2的初步脱除。
烟气通过烟道由脱硫反应塔侧部进入。
烟气进入反应塔后，首先流经烟气分布模块进行烟气流场重整，实现烟气与吸收剂的进一步有效混合，为SO2吸收反应准备条件。
然后，烟气流经塔内混合传质模块，增强传质效果，促进小苏打与烟气中SO2的中和反应，实现SO2的深度脱除，生成Na2SO4、Na2SO3等反应产物。
这些干态产物小部分从反应塔底排灰口排出，绝大部分随烟气进入布袋除尘器。
反应塔是一个复合塔结构，主要由进口段、烟气分布模块、烟气传质模块、塔内隔板、出口段组成，全部采用普通钢板焊接而成。
塔内完全没有任何运动部件和支撑杆件，也无需设防腐内衬。
采用钢支架进行支撑，并在下部设置平台。
反应塔：
形状：
圆柱+锥形，钢结构
材质：
Q345
支撑形式：
钢结构支架
介质温度：
150-300℃
温度损失：
<
10℃
压力损失：
500Pa
第六章布袋除尘系统单元设计
6.1布袋除尘系统
1、中箱体袋室结构：
袋室由厚度4mm冷轧钢板折弯板拼接成，折弯板具有良好的抗弯强度，同时折弯板外形刚毅，保证箱体符合耐压要求，确保箱体外观质量，并持久耐用。
中箱体设风槽，通过风槽隔板形成进风槽和出风槽，在风槽口部设有带法兰连接的进风口和出风口。
在风槽内部设置旁路，既节省空间又可减少材料。
2、上箱体为净气室，上箱体用4mm厚钢板做花板，采用分室结构，每室设一提升阀和喷吹管，提升阀放在风槽顶部上方，用于离线清灰；
喷吹管由喷头，脉冲阀接头组成，脉冲阀和提升阀分别由电磁铁控制开闭，由控制器控制电磁铁，实现脉冲阀开闭的自动控制；
箱体上部设检修门，检修门设密封槽，在密封槽内放密封胶防止漏气，保证整体漏风率小于2%。
检修门用于检查和更换布袋，所有入孔门周围设橡胶密封条，设压板均匀压紧。
3、本除尘器设有灰斗，灰斗下方设置有自动卸料功能星型卸料阀，卸料阀能有效防止漏风和水汽进入，当灰斗积灰达到一定量时，卸料阀周期性地把积灰泻出。
灰斗设有检修门，方便检修。
4、本除尘器配置自身保护功能，设有温度控制和处理突发情况的旁路装置，一旦控制系统探测到烟气温度过高或者其他突发情况，PLC控制仪器就会气动关闭除尘器进出风口碟阀并打开旁路碟阀，避免布袋受损，起到保护除尘器的作用。
当烟气温度恢复正常后，进出风口碟阀会气动打开,旁路碟阀会气动关闭，除尘系统恢复运行。
当烟气温度持续增高时，则需要风机停止工作，保护风机。
等值班人员检修正常后，从新启动运行。
另外，由于锅炉烟气温度很高，为了设备维护人员安全，非常有必要设置旁路以应对在生产无法停止的情况下的突发故障，确保生产顺利进行。
5、电控系统含脉冲喷吹控制，振打控制，温度控制和空压机控制等。
采用性能稳定的专用控制器，确保除尘器正常运转。
6、根据当地气候及锅炉烟尘的特点，除尘器系统设有保温层，以保持烟尘温度持续平稳，避免因结露而导致糊袋等现象发生，确保除尘器正常运转。
7、滤料采用性能好的PTFE,它具有优良的耐酸碱、耐高温性能，工作温度高达240℃，瞬间可达260℃，拒水防油且易于清灰。
8、袋笼采用直径3.0的优质线材制造，表面镀彩锌，能确保袋笼长期使用。
袋笼采用专用焊接设备一次焊接成型，骨架结构及焊接质量通过在焊接区域进行钢丝弯曲试验来测试，确保焊接牢固没有虚焊和裂缝。
所有焊缝和其它连接处检查毛刺等尖锐突起物。
做到无飞边无毛刺,有利于袋笼的安装、使用和拆卸。
6.2布袋除尘器设计参数
项目
单位
数值
进口烟气温度
℃
180
出口烟气温度
200
进口烟气流量
Nm3/h
80000
4
烟气过滤速度
m3/m2.min
0.7
5
漏风系数
1.01
6
压缩空气系数
1.02
7
出口烟气量
80800
8
设计系数
1.1
9
过滤面积
m2
2540
第七章SCR工艺单元设计
窑炉烟气经过布袋除尘后，粉尘浓度小于10mg/Nm3，170℃左右的烟气通过燃烧炉加热至200℃，然后进入低温SCR脱硝反应器，氨水通过氨水烟气加热蒸发出氨气，与烟气中的氮氧化物在反应器内通过催化剂催化反应生成氮气和水，脱硝后的烟气经过引风机由烟囱达标排放。
低温SCR脱硝工艺系统主要包括烟道系统、SCR反应器、氨蒸发系统、还原剂储存及制备系统，吹灰器，催化剂再生系统等。
7.1反应器本体设计
根据还原（合金）烟气特性及考虑到日后设备检修及时，为保障脱硝设备能连续稳定运行，数据达标排放，烟气分四仓室进行脱硝设计。
脱硝段采用单元模块化设计，在模块单元的烟气进、出口设有阀门，对催化剂更换、检修时可分单元逐步进行，也可以分单元对催化剂进行在线热解析，保证脱硝催化剂的高效脱硝效率并延长脱硝催化剂低温运行下的使用寿命。
实现离线维护、检修，而不会影响整个脱硝系统运行。
反应器为自立钢结构型式，烟气由上而下通过催化剂层。
SCR反应器本体依烟气流向可分为喷氨段、混合段、均流段、反应段。
SCR脱硝效率与以下因素有关：
1）催化剂体积：
空间速度（催化剂体积计算）是SCR的一个关键设计参数。
（它是尺度温度和压力下的湿烟气在催化剂容积内滞留时间的尺度。
决定反应的完全性，也就对SCR系统的效率有所影响。
）
2）反应温度：
反应温度在一定水平上决定着还原剂（氨）与烟气中NOx的反应速度，同时也影响催化剂的活性。
一般来说，反应温度越高，越有益于SCR系统的运行。
3）停留时间：
烟气流速（停留时间）是SCR的一个关键设计参数。
它是度量温度和压力下的湿烟气在催化剂容积内滞留时间的尺度，决定反应的完全性，也就对SCR系统的效率有所影响。
4）氨氮比：
在一定范围内，NO脱除率随NH3/NO摩尔比的增加而增加，NH3/NO摩尔比小于1
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