焦化行业烟气脱硝--余热回收--脱硫工艺方案

-天津华能能源设备有限公司焦炉烟气脱硝—余热--脱硫技术方案焦炉烟道气脱硝---余热回收---脱硫设计方案天津华能能源设备有限公司天津华能能源设备有限公司焦炉烟气脱硝—余热--脱硫技术方案21.项目概述1.1.项目概况我国已是世界第一焦炭生产大国、消耗大国和出口大国。现有800多家焦化厂，2000多座焦炉，焦炭年产能高达4.5亿t/a。由于技术水平、能源价格、产业政策等多方面的原因，致使焦炉250—320℃高温烟气直接排放，浪费了大量的废热能源。近年来，国内已有部分大型焦化厂开始注重焦炉烟气余热利用，如太钢，采用了煤调湿装置，利用焦炉烟道部分废气，在流化床设备内将原料煤按要求进行粒度分级，同时利用焦炉烟道气热量脱出煤中部分水分，从而达到优化炼焦煤粒度、调整水分及预热的目的。但该项目一是投资费用较大，而且设备占地面大，二是只能利用部分废气的热量，还有较大的废气未被利用。2009年4月，天津华能能源设备有限公司开发的国内首套烟道气热管余热锅炉系统，在唐山达丰焦化有限公司成功运行，生产低压饱和蒸汽或过热蒸汽，生产蒸汽100Kg/吨焦，用于焦化生产，大大降低了生产成本。随后旭阳焦化集团、金牛天铁焦化公司、唐山九江钢铁、山西美锦能源、山东傅山焦化等40多家企业进行了改造，为几十家企业，带来了客观的经济收入。目前这一技术得到企业广泛认可，一些焦化企业正在着手这方面的工作，而有的企业因为市场原因还在观望。2012年8月2日，环保部下发了《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171-2012），标准规定于2012年10月1日起实施。新标准颁布以前，只对烟道气中SO2进行实时监测，而新标准的不仅对SO2的排放标准提高，而且对NOx的排放指标进行明确规定：新标准中规定，现有焦炉到2014年12月31日执行：SO2100mg/m3NOx800mg/m3新建焦炉、现有焦炉到2015年1月1日执行：SO250mg/m3NOx500mg/m3随着新标准的实施，以及近年来国家一系列节能、环保政策的密集出台，标志着焦化企业环境治理，已经到了一个新的阶段：烟道气的治理不能只局限于余热回收，而是节能环保综合治理，焦化企业必须面对这一严峻现实。烟道气治理的原则和指导思想1烟气治理应综合考虑节能、环保一体化，系统的设计在不影响焦炉正常运行的前提下，贯彻执行国家和地方对节能、环保、劳动、安全、计量、消防等方面的有关规定天津华能能源设备有限公司焦炉烟气脱硝—余热--脱硫技术方案3和标准，做到“三同时”。脱硝、脱硫率应满足国家和焦化行业的排放标准，同时最大限度地利用余热。2在生产可靠的前提下，采用的脱硝脱硫工艺应具有技术先进、成熟，设备可靠，自动化程度高，性能价格比高，尽量减少运行成本和人工成本。3考虑焦炉生产连续性、原料变化和负荷调节的不确定性，脱硝脱硫系统应对焦炉烟气的NO×、SO2排放浓度有较好的适应性，应能持续稳定与焦炉同步运行。4考虑资源综合利用，充分利用本公司的废弃资源。2.设计依据2.1.设计原则2.1.1脱硫脱硝及余热利用Ø对尾气同时进行脱硝脱硫及余热利用的综合治理。Ø采用高效、先进、运行稳定、管理方便的治理工艺及技术，保证废气的达标排放；Ø烟气净化治理不影响焦化厂生产工艺的正常运行。Ø精心布设系统的流程，减少运行过程的物耗及能耗，降低运行成本；Ø根据工程的实际情况尽量减少脱硝装置的建设投资。Ø改造工程将充分利用现有设备和场地，力求工艺流程和设备布置合理。Ø所有设备的制造和设计完全符合企业标准及安全可靠，连续有效运行的要求，确保净化系统能够安全、稳定的运行。2.2.设计标准脱硫脱硝设计标准《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》天津华能能源设备有限公司焦炉烟气脱硝—余热--脱硫技术方案4《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）；《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171-2012）；《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）；《火电厂烟气脱硝工程技术规范-选择性催化还原法》（HJ562-2010）；《工业金属管道设计规范》（GB50316—2000）；《电力工程电缆设计规范》(GB50217－94)；《火力发电厂与变电所设计防火规范》(GB50229－96)；《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—2002）；《电气装置安装工程电器设备交接试验规程》（GB50150—91）；《火力发电厂设计技术规程》DL5000-2000；《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/T8044-2004；《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/T5182－2004；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，每座烟囱的烟气参数如表1-1所示。表1-1烟气参数烟气参数备注序号名称单位数据1烟气流量Nm3/h165000天津华能能源设备有限公司焦炉烟气脱硝—余热--脱硫技术方案52.3.2气候条件2.4.设计要求脱硫脱硝工程技术性能指标2.5.工程范围一、项目内容（1）烟气SCR脱硝系统、脱硫系统的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、施工界线及相关条件（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）控制柜与设备间的仪表线由乙供，动力电缆及电源由甲方供货（4）界区外的汽水管线、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2烟气温度℃280-2903入口粉尘浓度mg/Nm3204入口NOx浓度mg/Nm318005入口SO2浓度mg/Nm3450序号名称初始浓度(mg/Nm³)排放浓度(mg/Nm³)脱除率（%）备注2NOx1800≤500≥72.23SO2450≤50≥77.784氨逃逸≤5ppm天津华能能源设备有限公司焦炉烟气脱硝—余热--脱硫技术方案63.烟气脱硫脱硝一工艺3.1.总工艺流程从焦化厂烟囱出来的280℃-290℃的烟气首先进入SCR反应器进行脱硝，脱硝后的烟气进入余热锅炉，余热回收后的烟气温度大约在160℃，此时再进入脱硫塔进行脱硫，脱硫后的烟气从脱硫塔除雾后排入大气。工艺流程图如图3-2所示3.2.脱硝工艺由某焦化厂给出的数据来看，烟气中的氮氧化物的初始浓度为1800mg/m³，要达到排放标准规定的500mg/m³，必须满足脱硝效率≥72.2%。现在工业上广泛应用的脱硝技术为SCR（选择性催化还原法）和SNCR（选择性非催化还原法）。但是SNCR脱硝效率低，一般不超过70%，所用还原剂消耗量较大，同时SNCR法是在炉膛内部喷射还原剂，会对生产工艺造成影响。炼焦炉的生产工艺的特点不允许在炼焦炉的内部进行喷氨脱硝，因此SNCR法不适用本项目烟气的脱硝。SCR自20世纪80年代初开始逐渐应用于燃煤锅炉烟气脱硝。至今已被公认为烟气脱硝的主流技术。选择性催化还原(SelectiveCatalyticReduction,SCR)技术是一种成熟的商业性NOx控制处理技术。脱硝原理是在280-400℃下，将含氨的还原剂喷入烟气中，在催化剂的作用下，还原剂有选择性地把烟气中的NOX还原为无毒无污染的N2和天津华能能源设备有限公司焦炉烟气脱硝—余热--脱硫技术方案7H2O，还原剂可以是液氨、氨水、尿素、碳氢化合物(如甲烷、丙烯等)等。以氨为还原剂的SCR反应如下：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(3-1)4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O(3-2)上面第一个反应是主要的，因为烟气中几乎95%的NOX以NO的形式存在。图3-1烟气中NOx与喷射氨的反应示意图与其他脱硝方法比较，我公司采用的SCR脱硝具有不可比拟的优势：①脱硝效率高，高达96%，对NOx的脱除效果十分显著。我公司拥有自行研发的低温催化剂配方能高效满足初始NOx浓度高达2000-4700mg/m³的烟气脱硝，不仅节约成本，而且节约了反应器空间占地位置。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，经过几十年的理论研究和实际应用，SCR技术已经被公认为烟气脱硝的主流技术；我们在低温（250℃-280℃）烟气脱硝领域，已有运行二年多的应用业绩。③无二次污染物。反应最终产物为无害的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脱硝技术在全球范围内有数百台的成功应用业绩和十几年的运行经验，作为末端技术具有良好的可保障性。⑤工艺系统简单，容易操作。3.3.脱硫工艺目前湿法脱硫技术占脱硫总量的80%以上。按照脱硫原料的不同，湿法脱硫分为：天津华能能源设备有限公司焦炉烟气脱硝—余热--脱硫技术方案8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。焦化厂尾气脱硫要求满足脱硫效率为77.78%，同时焦化厂有浓度为5%的废氨水可以利用。因此，在满足工艺要求及脱硫效率的基础上，我们设计采用焦化厂循环氨水作为脱硫催化剂的脱硫工艺。氨法脱硫是利用碱性脱硫剂和酸性SO2之间的化学反应来脱硫的，氨吸收硫酸生产尾气中的SO2,生产亚硫铵和硫铵。第一步，SO2和NH3的反应为基础的吸收过程：SO2＋H2O＋xNH3=(NH4)xH2－XSO3（1）因此，采用氨法脱硫首先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)此过程是将吸收中间产物不稳定的亚硫酸铵氧化成稳定的硫酸铵，以制得农用的硫铵化肥。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、磷酸铵等其它化工产品。氨法脱硫的特点：ØSO2资源化利用。氨法脱硫技术能将废气中的二氧化硫和焦化厂的废氨水转化为化肥，不产生任何废水、废液和废渣，没有二次污染，是一项真正意义上的将污染物全部资源化，符合循环经济要求的脱硫技术。与钙法相比，氨法属于回收法，钙法为抛弃法，容易造成二次污染。Ø系统简单、设备体积小，能耗低。氨是一种良好的碱性吸收剂，氨法脱硫属于气-液反应，反应速度快，反应完全，吸收剂利用率高，因此减少了设备的体积和能耗。Ø脱硫塔不易结垢。由于氨具有更高的反应活性，且硫酸铵具有极易溶解的化学特性，因此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处理工序，副产物的生产过程也相对简单，配置的设备较少，设备占地无需太大。天津华能能源设备有限公司焦炉烟气脱硝—余热--脱硫技术方案9Ø脱硫副产物价值高氨回收法脱硫装置的运行过程即是硫酸铵的生产过程，脱硫副产的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，进一步降低能耗，成本低廉。Ø既脱硫又脱硝--适应环保更高要求氨对NOX同样有吸收作用。另外脱硫过程中形成的亚硫铵对NOX还具有还原作用，所以氨法脱硫的同时也可实现一部分脱硝的目的。几种脱硫方法的比较4.烟气脱硫脱硝一体化技术说明4.1.脱硝技术4.1.1脱硝系统的构成(1)催化剂；(2)反应器系统（反应器本体、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（钢结构、爬梯和平台、检修起吊设施、防腐、保温和油漆等）；天津华能能源设备有限公司焦炉烟气脱硝—余热--脱硫技术方案104.1.2脱硝系统主要设备Ø氨水输送以浓度为25%的氨水（因温度较低，建议用液氨）用来作为脱硝的还原剂。由原有氨水的储存区引出一条管道输送氨水，设置有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