100万吨焦炉烟气脱硫脱硝技术方案.docx

1、100万吨焦炉烟气脱硫脱硝技术方案100万吨焦化260 孔焦炉烟气脱硫脱硝工程技 术 方 案 第一章 总 论1.1项目简介河北某100万吨焦化260 孔5.5m捣固焦炉，年产能108万吨。由于烟气中 SO2、NOx 原始含量较高，焦炉烟气未经处理排放，不能达到大气污染物排放标准。现拟新建一套脱硫脱硝和余热回收装置（脱硫脱硝余热利用一体设计），使焦炉烟气实现达标排放。此脱硫脱硝工程采用总承包（EPC）方式，经处理后使 SO2 排放浓度小于 30mg/m3、颗粒物排放浓度小于 15mg/m3，NOx 排放浓度小于 150mg/m3（NOx 按此指标设计），基准氧含量按 9%计。项目竣工后，按照项目

2、所在地环保部门要求委托具有资质的监测机构对 SO2、NOx、颗粒物等指标进行检测，出具正式检测报告，作为验收的重要技术依据。1.2总则1.2.1工程范围河北焦化焦炉脱硫脱硝工程总承包（EPC）的全部工作，包括但不限于设计（包括脱硫脱硝初步设计、脱硫部分施工图设计）、供货、施工、调试、 试运行、竣工验收、人员培训直至最终交付使用及售后服务等方面的工作。工程所需的水源、气源、电源、汽源等公用工程由业主确定接口 ，我方负责接口施工。1.2.1采用的规范和标准GB50187工业企业总平面设计规范GB50160石油化工企业设计防火规范GB6222工业企业煤气安全规程GB12710焦化安全规程GB2893

3、安全色GB12710化工企业安全卫生设计规定GB12710焦化安全规程GB14554恶臭污染物排放标准GB4272设备及管道保温技术通则GB50184工业金属管道工程质量检验评定标准GB50185工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准DLGJ158火力发电厂钢制平台扶梯设计技术规定YB9070压力容器技术管理规定GBl50钢制压力容器GBZ2作业环境空气中有害物职业接触标准GB8978污水综合排放标准GB12348工业企业厂界噪声标准GBJ87工业企业噪声控制设计规范DL5027电力设备典型消防规程GB50016建筑设计防火规范GB50116火灾自动报警系统设计规范GB50034工业企业照明设

4、计标准GB9089.4户外严酷条件下电气装置装置要求GB7450电子设备雷击保护导则GB50057建筑物防雷设计规范GB12158防止静电事故通用导则GB50052供配电系统设计规范GB50054低压配电设计规范GB50055通用用电设备配电设计规范GB50056电热设备电力装置设计规范GB50058爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范DL/T620交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T5137电测量及电能计量装置设计技术规程GBJ63电力装置的电测量仪表装置设计规范GB50217电力工程电缆设计规范CECS31钢制电缆桥架工程设计规范DL/T621交流电气装置的接地GB997电机结构及安装

5、型式代号GB4942.1电机外壳分级GB1032三相异步电机试验方法GBJ42工业企业通讯技术规定GB50260电力设施抗震设计规范GB50011建筑抗震设计规范GBJ68建筑结构设计统一标准GB50017钢结构设计规范GB50040动力机器基础设计规范JGJ107钢筋机械连接通用技术规程YB3301焊接H型钢YB4001压焊钢格栅板GB50219水喷雾灭火系统设计规范GB50140建筑灭火器配置设计规范1.3设计基础参数（业主提供）1.3.1基础数据表1 焦炉及烟道气原始参数项目名称单位数值备注焦炉型号JT55-550D顶装/捣固焦炉捣固焦炉座数座2焦炭年产量/座焦炉万t/a.座54万焦炉炭

6、化室高度m5.5炭化室数量孔602x60孔焦炉烟囱座2烟囱高度m90焦炉烟道气废气量Nm3/h130000温度285NOx(浓度)mg/Nm31000SO2(浓度)mg/Nm3350颗粒物mg/m320H2O%焦炉煤气加热核算值表2 烟道气净化后的排放指标项目名称单位数值备注NOx(浓度)mg/Nm3150目前是SO2(浓度)mg/Nm330目前是颗粒物mg/m315目前是运行时间h87601.3.2工程条件（1）工程地质及水文条件略。（1）气象条件 略（2）抗震设防 按现行的建筑抗震设计规范、构筑物抗震设计规范、建筑工程抗震设防分类标准等国家 及行业的规范、规程及标准进行设计。该厂区的地震烈

7、度为 7 度，地震加速度为 0.15g（3）工程位置 根据现场实际条件确定。（4）总平面布置平面设计在满足生产工艺的同时，充分考虑到运输、消防、安全、卫生、职业健康、节约土地等因素。按工艺的生产、功能特点、结合场地自然条件，进行总平面布置。充分利用现有空余场地，尽可能少占地，特别是不得影响焦炉的正常生产运行。（5）公用工程提供的原料：水、电、气、汽等。工程所需的水源、气源、电源、汽源等公用工程由业主确定接口位置，投标方负责接口施工。投标人在投标时提供相关公用工程负荷。1.4脱硫脱硝方案的选择1.4.1 脱硫脱硝工程建设要求和原则本工程的主要目的是：根据先进可靠的脱硫脱硝技术，结合焦化厂的实际情

8、况，确定合理的脱硫脱硝技术方案、选择最佳投资方案，以满足日益严格的环境保护要求。 同时，通过对拟建设项目的技术可行性、经济合理性和项目可实施性等进行论证，明确投资的总费用和运行成本，基本原则是：（1）脱硫脱硝系统的设计脱除率应能满足当前适用的国家排放标准和地方环保局的排放要求。（2）所采用的技术能够充分利用原有的资源，从而达到综合利用的目的；（3）采用的脱硫脱硝工艺应在技术上先进、成熟、可靠的，不影响焦炉的安全稳定运行，且污染物的脱除率、基建投资、占地面积和运行费用等综合性能最佳。（4）所采用的脱硫脱硝工艺不应造成新的污染，如噪声、粉尘、废水、恶臭等，工艺的污染防治措施应能满足有关的环保要求;

9、（5）根据工厂总平面布置的规划，整体布局紧凑、合理，系统顺畅，节省占地，节省投资。（6）对于容易损耗、磨损或故障时容易影响装置运行性能的所有设备和配件（例如吸收塔喷嘴、泵等），设计时充分考虑其更换和维修的方便。（7）烟道和箱罐等设备配备足够数量的人孔门，并考虑开/关方便，设计相应的维护平台。（8）所有设备和管道包括烟道的设计充分考虑最差运行条件（压力、温度、流量、污染物含量）下的防冻、保温、浆液管道的防堵塞防磨损及事故情况下的最大温度热应力、机械应力等的安全裕量。1.4.2 脱硫脱硝工艺的选择1）脱硫工艺选择烟气脱硫技术可以分为二类：湿法、干法。湿法烟气脱硫技术是当今脱硫市场的主流，约占脱硫总

10、量的80%以上。其中氨法、石灰石石膏法、双碱法是湿法脱硫中的主流技术。这三类方法各有其适用性，适合不同需求。各种工艺的优缺点归纳如下表：脱硫工艺经济技术指标(以90000Nm/h处理量为例)占地面积()投资预算万元系统阻力(Pa)液气比脱硫效率%系统电耗KW/h系统水耗m/h堵塞情况脱硫剂消耗kg/h脱硫产物脱硫产物处理方式氨法1505509002395356不堵塞14.4硫酸铵送硫铵装置镁法2004207002398566不堵塞13.8硫酸镁提取硫酸镁双碱法3006007002398706存在堵塞19.6硫酸钙固废抛弃石灰石膏法3005001200812951626存在堵塞19.6硫酸钙固废

11、抛弃半干法15030030008015012存在堵塞25.1硫酸盐固废抛弃根据上述论述，氧化镁法、石灰石石膏法、双碱法和半干法等都面临二次固体废物的处理问题，也无法实现废水零排放的目标，同时还存在其它不同的问题。只有氨法脱硫巧妙地利用了厂内丰富的剩余氨水、蒸氨塔和硫铵工段等有利条件对脱硫剂和副产物分别进行循环处理，即剩余氨水经蒸氨塔净化处理后可作为焦炉烟气脱硫的清洁氨源，脱硫后产生的硫酸铵溶液可送至硫铵工段生产成品硫铵，不产生废固的二次污染，同时也实现了污水的零排放；另外，从投资、运行、占地面积、脱硫效率、功耗、脱硫剂的消耗等多方面综合评估，我公司认为采用氨作为吸收剂的氨法脱硫具有很好的综合性

12、能，故此，本项目推荐采用氨法脱硫工艺。2）脱硝工艺选择脱硝工艺目前有选择性催化还原技术SCR工艺、炉内脱硝的SNCR工艺、低温等离子脱硝工艺、臭氧脱硝工艺等。应用较普遍且较成熟可靠的是SCR和SNCR两种工艺，但由于伙炉是由大量立火道组成的燃烧室组成，SNCR根本不适合焦炉，因此只有SCR比较适合，但鉴于焦炉烟气温度偏低，只能选用低中温催化剂。使用SCR脱硝工艺，还原剂可就地取材，即选用焦化厂蒸氨系统自产的氨水即可，可以节省大量的原料运输成本和采购成本等；其次，使用本工艺，还可与氨法脱硫工艺更好的衔接起来，氨水供应系统可公用，节省基建投资。综上所述，烟气脱硝最可靠的工艺仍然是SCR工艺，我公司

13、推荐使用此工艺。1.5脱硫脱硝和余热回收整体工艺说明从焦炉总烟道引出的285的烟气，经分级过滤器过滤掉大部分焦油杂质后，先进行SCR脱硝，然后再进入换热器将脱硫后的烟气提温至130，同时烟气降温至215，然后再进行脱硫；提温后的脱硫烟气直接进入原有烟囱排放。另外，当增压风机停电或其它故障时，需打开进烟囱的旁路挡板将焦炉烟气排入烟囱时，如烟囱内如为常温，则不能在烟囱根部及时形成有效的吸力，而影响焦炉的安全生产。为此，本项目特设计了热备系统，即从脱硝后的热烟气送至烟气-空气再热器，在烟气-空气再热器中将冷空气（经烟囱根部吸力而吸入）升温至130左右，送入烟囱进行热备，这样使得烟囱始终具备拔烟功能，

14、从而确保焦炉的安全生产。工艺流程图如下图所示。215280285由于现场两座焦炉相距较远，采用一炉一套脱硫脱硝系统进行建设。第二章 脱硫工程技术方案2.1氨法脱硫工艺简介2.1.1氨法脱硫工艺特点氨水是氨溶于水得到的水溶液，呈碱性，氨离子能与很多酸根离子进行反应，生成相应的盐。氨水是一种良好的碱性吸收剂，其碱性强于钙基吸收剂，用氨吸收烟气中的SO2是气液或气汽反应，反应速率快，吸收剂利用率高，吸收设备体积可以大大减少。脱硫副产物(硫酸铵溶液)经过浓缩后，直接排至焦化硫酸铵制取系统。因此，氨法脱硫与氧化镁法、石灰石（石灰）石膏法、钠钙双碱法等其它湿法脱硫工艺相比，具有如下特点和优势：（1）氨的活

15、性高，氨法脱硫的脱硫效率比石灰（石）-石膏法更高；（2）脱硫、脱硝使用同一种吸收剂，部分设备如氨槽等可以共用，装置占地面积减小，一次投资成本低；（3）氨法脱硫的液气比很低，只有56。当烟气中的SO2气体浓度很低时，液气比可以降到更低；（4）吸收剂易得（厂内可直接提供吸收用氨水），焦化厂内应用综合运行成本低；（5）产生的硫酸铵溶液可直接经浓缩后排至厂内硫酸铵制取系统，无需新增副产物处理装置；（6）最终副产物硫酸铵作为常用氮肥，经济价值高。2.1.2氨法脱硫吸收原理氨法脱硫技术是以水溶液中的NH3和SO2反应为基础，在多功能烟气脱硫塔的吸收段氨将锅炉烟气中的SO2吸收，得到脱硫中间产品亚硫酸铵（简

16、称硫铵，下同）或亚硫酸氢铵的水溶液，见反应方程式（1）；在循环槽内鼓入压缩空气进行亚硫铵的氧化反应，将亚硫铵氧化成硫铵溶液，见反应方程式（2）。SO2+H2O+xNH3=（NH4）xH2-xSO3 (1）（NH4）xH2-xSO31/2O2+（2-x）NH3=（NH4）2SO4 (2） 在脱硫塔的浓缩段，利用高温烟气的热量将硫铵溶液浓缩，得到20%以上的硫酸铵溶液，再送至硫铵工段饱和器进行处理。具体如下：氨法吸收是将氨水通入吸收塔中，使其与含SO2 的烟气接触，发生如下反应：NH3H2OSO2 =NH4HSO3 （1）2NH3H2OSO2= (NH4)2SO3 （2）(NH4)2SO3SO2H

17、2O=2NH4HSO3 （3）在通入氨量较少时发生(1)反应，在通入氨量较多时发生(2)反应，而(3)式表示的才是氨法中的真正吸收反应。在吸收过程中所生成的酸式盐NH4HSO3对SO2不具有吸收能力。随着吸收过程的进行，吸收液中的NH4HSO3数量增多，吸收液吸收能力逐步下降，此时需向吸收液中补充氨，使NH4HSO3转变为(NH4)2SO3 ，以保持吸收液的能力。当加氨调配时：NH4HSO3 +NH3(NH4)2SO3 （4） 因此氨法吸收是利用(NH4)2SO3 NH4HSO3 不断循环的过程来吸收废气中的SO2的。补充的氨并不是直接用来吸收SO2，只是保持吸收液中(NH4)2SO3 的一定

18、浓度比例。NH4HSO3 浓度达到一定比例,吸收液要不断从洗涤系统中引出，然后用不同的方法对引出的吸收液进行处理。吸收塔内强制鼓入氧化空气后会发生如下氧化反应：2(NH4)2SO3 +O22(NH4)2SO4 （5） 2SO2 +O22SO3 （6） 由以上叙述可知，(NH4)2SO3NH4HSO3 水溶液中的(NH4)2SO3 与NH4HSO3 的组成状况对吸收影响很大，而控制吸收液组成的重要依据是吸收液上的SO2 和NH3 的分压。在实际的洗涤吸收系统中，由于氧的存在使部分(NH4)2SO3 氧化为(NH4)2SO4，氧化的结果，使氨的有效浓度变低，于吸收不利。实际烟气脱硫工业应用中，pH

19、 值是最易直接获得的数据，而pH 值又是(NH4)2SO3NH4HSO3 水溶液组成的单值函数。控制吸收液的pH 值，就可获得稳定的吸收组分，也就决定吸收液对SO2 的吸收效率以及相应的NH3 消耗。2.2本项目系统流程设计2.2.1设计原则（1）适应煤种变化，确保烟气（SO2、烟尘）达标排放并达到总量控制要求。（2）确保烟气治理系统和焦炉的安全、稳定运行。（3）SO2脱除效率达到环保要求，用户可根据实际生产负荷，通过调整脱硫剂的使用量，达到最佳的脱硫效果，并有持续发展的空间，适应SO2总量削减要求。（4）烟囱出口烟气温度及含湿量达到标准要求。（5）选用质量可靠、能耗低的机电设备及性能优异、价

20、格适宜的专用设备，尽可能降低系统的运行费用。（6）操作容易，管理简单，维修方便。（7）因地制宜，合理布局，系统阻力小，减少占地面积，节省投资。（8）脱硫塔出塔净烟气不进行升温，以节省能耗、降低运行成本。2.2.3设计范围本项目具体设计范围如下：脱硫塔系统： SO2吸收塔一座；脱硫剂系统：氨水加注系统、循环液体调配系统及相关的计量装置一套；脱硫剂雾化喷淋系统一套；DCS+上位机电气控制系统一套；为节约投资，将部分脱硝设备与脱硫设备进行有效整合。烟囱热备：鼓风机一台，换热器一台2.2.4系统流程设计本系统由引风机、吸收塔、脱硫液制备输送系统、脱硫废液处理系统组成。脱硝后的高温烟气进过换热器后，进入

21、余热锅炉，然后在经过引风机增压后进入脱硫塔，在吸收塔内脱硫，吸收塔内的浆液一部分循环喷淋，然后经过板框压滤机直接外排至焦化厂现有硫铵工段，进行脱硫废液的综合处理；脱硫后的烟气从脱硫塔顶部排出，进入换热器升温至130，然后再进入焦化厂原有烟囱排放。吸收塔顶部采用2层屋脊一层管束除雾器。2.3 本项目工艺系统组成及分系统描述脱硫工艺采用湿式氨法脱硫。脱硫装置的烟气处理能力为130000Nm/h（焦炉烟气），脱硫效率按大于90%设计。FGD系统由以下子系统组成：（1）烟气系统（2）SO2吸收系统（浓缩冷却塔、吸收塔）（3）脱硫剂制备及供应系统（包括氨水储存系统、供氨系统、混合脱硫剂制备系统）（4）脱

22、硫废液过滤及蒸发浓缩系统（5）公用系统2.3.1 烟气系统烟气系统的设计将考虑系统的正常运行及紧急情况的操作。原烟气经过引风机加压后，从吸收塔底部进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，与循环浆液逆流接触。烟气中的SO2被浆液吸收。除去SOX及其它污染物（含部分烟尘）。设置烟道旁路，在脱硫塔入口烟道和旁路烟道设置气动挡板门，当发生停电事故时，旁路烟道和进口烟道自动切换，烟气进入原有烟囱排出。设置热备烟道，向烟囱中鼓入热空气，使烟囱处于热备状态。烟气系统设有人孔门和除灰孔。人孔门和除灰孔直径不小于DN600。烟气系统的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所有的位移。非

23、金属膨胀节蒙皮主材为耐腐蚀、厚2.0毫米及以上的聚四氟乙稀橡胶布。接触湿烟气并位于水平烟道段的膨胀节通过膨胀节框架排水，排水孔最小为DN150，排水注意防冻设计，排水返回到FGD区域的排水坑。在膨胀节每边提供1 m的净空，包括平台扶梯和钢结构通道的距离。2.3.2 SO2吸收系统吸收塔系统包括吸收塔（含喷淋系统、洗涤除雾系统、吸收液储存系统、吸收液排除系统）、循环泵、各类阀门。（1） 吸收塔经过初步计算，设计吸收塔塔高26m（吸收塔本体高28米，其中底部储液区4米、烟气入口段及喷淋吸收区共14米、除雾及二次吸收区8米），塔体直径5m，烟气入口段在储液区上部1米出，入口处采用抗不锈钢内衬，抗热冲

24、击及烟气冲刷。整个吸收塔设置3层喷淋，每层喷淋设置一台循环泵吸收塔顶部设置2层屋脊式除雾器+1层管束除雾器，每层除雾器下端设置一层工艺水喷淋系统，作为净烟气洗涤。整个吸收塔主要分三部分：储液区、吸收反应段（喷淋区）、洗涤除雾区。脱硫主要参数如下（仅供参考，详细设计时确定）：项目参数备注脱硫塔入口烟气量130000Nm3/h入口SO2浓度300mg/ Nm3浆液池直径5600入塔烟气温度180出口烟气温度55吸收段直径5000吸收塔材质碳钢防腐内衬玻璃鳞片厚度8-14mm吸收喷淋层数3层喷淋层喷嘴碳化硅吸收喷淋层管道材质玻璃钢除雾器2层屋脊+1层管束液气比5全塔压降1800Pa吸收塔脱硫效率90

25、%设计工况下循环泵3台：Q=350m3/h，H=1620m，45KW氧化风机2台，流量：300Nm3/h，P=80KPa搅拌器3台耐腐蚀合金（3） 洗涤除雾系统除雾器安装在吸收塔上部，用以分离净烟气夹带的雾滴粉尘、氨盐。采用2级优质PP高分子材料屋脊式除雾器和1层管束除雾器，耐温为120度，总压力损失不大于600Pa。除雾器系统的设计特别注意到脱硫装置入口的飞灰浓度影响。该系统还包括去除雾器沉积物的冲洗系统，运行时根据给定或可变化的程序，既可自动冲洗，也可进行人工冲洗。根据以往工程经验在二级除雾器的上部可选择增加一层冲洗喷嘴，该层喷嘴可以提供在异常情况下或检修时对除雾器进行人工冲洗，不存在任何

26、冲洗不到的表面。除雾器冲洗水由单独设置的工艺水泵提供。2.3.3 脱硫剂制备及供应系统脱硫剂储存系统由稀释罐、脱硫剂输送泵、磁性翻板液位计等组成。来自焦化厂化产工段的废氨液送入稀释罐，在稀释罐内稀释成6%的氨水，然后定量送入脱硫塔进行脱硫。2.3.4脱硫废液过滤脱硫塔底部的脱硫液经过过滤后，去除其中的粉尘颗粒，然后送入焦化厂的硫铵工段，回收硫酸铵化肥。2.3.5 公用系统公用系统主要为脱硫塔工艺水系统，水源由业主提供，并输送到脱硫界区内，用于除雾器冲洗。根据业主提供管末端压力为0.5MPa，满足工艺水压力要求。可直接使用。2.3.6 电气控制系统（1）电源甲方提供一路380V，600KVA电源

27、至乙方配电柜，供脱硫脱硝。乙方提供脱硫脱硝UPS电源。（2）通信脱硫岛设置生产管理电话和生产调度电话， 脱硫岛设配线箱，甲方负责。新建脱硫系统及脱硝系统的调度电话以及通信全由甲方负责，并接入原厂调度系统。（3）电缆连接买方设备和卖方设备之间的电缆由买方供货，其分界点在卖方电气设备电缆端子处。连接卖方设备装置之间的电缆由卖方供货安装。该部分电缆的设计、安装敷设卖方与买方的分界点为脱硫岛区域外1米，脱硫岛区域外1米均为买方范围。连接卖方设备装置之间的电缆由卖方供货安装敷设。电缆的导体采用铜导体。0.4kV动力电缆最小截面不得小于2.5mm2。耐热电缆和移动电缆，其导体应由细的铜绞线组成。电缆敷设设

28、施如桥架、电缆沟、电缆防火设施、照明设施（道路照明）等与买方的分界点为脱硫岛区域外1米。（3） 照明交流正常照明系统采用380/220 V ，3相4线。各场所的照明电源由脱硫岛内就近或相邻的PC或MCC供电。各场所的检修电源由就近或相邻的PC或MCC供电。（4） 接地乙方负责将脱硫岛接地网，并连接至买方厂区接地网，甲方提供2处接地点。（5） 信号与测量脱硫岛控制室利用原有脱硫系统控制室；所有开关状态信号、电气事故信号及预告信号、电流、电压模拟量等均送入脱硫岛DCS。信号输入满足脱硫岛DCS系统需要。脱硫岛内电气开关柜的测量量和信号应（不限于）包括如下内容： 380V低压厂用电源3相电流、有功功率；380V低压厂用母线3线电压；220V直流母线电压；工艺控制联锁要求监视的55kW以下低压电动机电流；380V低压PC所有开关的合闸、跳闸状态、事故跳闸、控制电源消失；干式变压器温度报警；所有电动机的合闸、跳闸状态、事故跳闸、控制电源消失；电气量送入脱硫岛DCS实现数据自动采集、定期打印制表、实时调阅、显示电气主接线、厂用电接线，UPS/直流系统画面，事故自动记录及故障追忆等功能。2.3.7 仪表控制系统（1） DCS系统新建氨法脱硫系统和SCR脱硝系统共用一套DCS系统。DCS采用国内知名品牌。乙方负责与FGD_DCS系统供应商进行设计和接口配合，并进行详细设计，