燃煤鍋爐煙氣氨法脫硫工程可行性研究報告(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 械雜質(zhì)水分： ≤%氯化銨： 少量硝酸銨： 少量灰塵： 少量II標(biāo)段硫酸銨8016t/a8016t/a外觀：無可見機(jī)械雜質(zhì)水分： ≤%氯化銨： 少量硝酸銨： 少量灰塵： 少量亞硫酸銨8480t/a8480t/a外觀：無可見機(jī)械雜質(zhì)一水亞硫酸銨%≥亞硫酸氫銨或碳酸氫銨% ≤硫酸銨%≤（2）脫硫裝置設(shè)計保證值本設(shè)計的脫硫工藝具有前瞻性，可以滿足未來10～15 年日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。煙氣SO2排放濃度≤50mg/Nm3；脫硫裝置在煤質(zhì)波動、負(fù)荷波動時，%；脫硫裝置入口SO2濃度≤1600mg/Nm3時，整個裝置能夠連續(xù)穩(wěn)定運行。鍋爐50%～100%工況，燃用煤種符合招標(biāo)文件要求，任意5分鐘平均值的脫硫除塵效果均應(yīng)達(dá)到下述保證值。表33 裝置脫硫除塵效果保證值標(biāo)段I標(biāo)段II標(biāo)段煙氣SO2排放濃度≤50mg/Nm3≤50mg/Nm3煙塵排放濃度≤50mg/Nm3≤50mg/Nm3脫硫裝置氨/硫(mol/mol)≤：1≤：1脫硫裝置出口煙氣溫度≥72℃≥72℃脫硫系統(tǒng)總壓降≤1180Pa≤1180Pa總功率≤190kW/h≤210kW/h耗水量≤16t/h≤24t/h脫硫劑(名稱)耗量≤≤設(shè)備噪聲≤80dBA≤80dBA脫硫裝置可用率=100%=100%脫硫裝置漏風(fēng)率≤1%≤1%引風(fēng)機(jī)入口處煙氣量≤550000Nm3/h≤800000Nm3/h第四章 工藝技術(shù)方案 脫硫裝置 工藝技術(shù)方案的選擇 工藝技術(shù)方案確定的原則和依據(jù)煤炭是中國的主要國產(chǎn)燃料源，并廣泛用于發(fā)電、工業(yè)用和民用，近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源消耗在急劇增加，以煤或石油為燃料的燃煤鍋爐或火力發(fā)電廠排放大量煙氣，這些煙氣含有大量的酸性氣體，特別是二氧化硫和氮氧化合物，這些氣體是造成酸雨、煙霧以及人體不適的主要原因。目前普遍使用和具有代表性的脫硫脫氮技術(shù)有石灰石－石膏濕法（FGD）、海水脫硫法、半干法和干法、選擇性催化還原法（SCR）等多種煙氣脫硫、脫氮工藝技術(shù)。但上述方案普遍存在系統(tǒng)復(fù)雜、催化劑損耗高、設(shè)備成本高、投資大、系統(tǒng)運行耗能高，運行費用高等問題。在我國，煙氣氨法脫硫技術(shù)具有很好的發(fā)展前景，因為氨法脫硫技術(shù)具有高脫硫率、副產(chǎn)硫酸銨化肥、系統(tǒng)簡單、節(jié)省占地面積等優(yōu)點。該技術(shù)用于脫除煙氣中的二氧化硫是有效的方法，具有廣泛的應(yīng)用價值。中國是發(fā)展中國家，是人口眾多的農(nóng)業(yè)大國。氨的資源豐富，每年氨的產(chǎn)量達(dá)3600多萬噸，世界第一。中國目前有400多個生產(chǎn)氨的化肥廠，產(chǎn)地遍及全國各地。中國耕地經(jīng)調(diào)查大面積缺硫（在土壤里硫含量＜61010即為缺硫），聯(lián)合國糧油組織已確定除了氮（N）、磷（P）、鉀（K）外，硫（S）是植物第四營養(yǎng)元素，它能顯著使農(nóng)作物和蔬果增產(chǎn)。在歐美硫和氮、磷、鉀一樣賣錢，它的需求量和磷一樣多。我們用氨法進(jìn)行燃煤煙氣脫硫得到副產(chǎn)品硫酸銨和亞硫酸銨肥料，氨是從肥料中來，又回到肥料中去，不影響氨的平衡使用。中國本身就有廣闊的市場，據(jù)農(nóng)業(yè)權(quán)威部門介紹，中國每年需要硫酸銨化肥約400萬噸，目前每年只生產(chǎn)60萬噸，需求平衡相差甚遠(yuǎn)。所以說，氨法煙氣脫硫完全適合中國能源、農(nóng)業(yè)的發(fā)展和環(huán)境綜合治理的國情。氨法煙氣脫硫是一種綜合利用和資源回收的方法。中國硫資源并不豐富，每年要從國外進(jìn)口200300萬噸硫磺，耗資十多億元人民幣。但中國每年從煙氣排走的硫就約有1000萬噸之多，而中國廣大耕地卻有30%因缺少硫元素而影響著糧食的增產(chǎn)。使用氨法煙氣脫硫既是綜合利用又回收了硫資源，輕松地解決了上述這個矛盾。從經(jīng)濟(jì)技術(shù)角度看：氨法煙氣脫硫的副產(chǎn)品是硫酸銨和亞硫酸銨，正是中國廣大耕地所需要的含氮含硫的肥料。它可以單獨使用，也可以和其他營養(yǎng)元素一起做復(fù)合肥料，有著廣闊的市場需求。不象鈣基脫硫副產(chǎn)品石膏或亞硫酸鈣，或因其市場飽和，或因其無法使用，拋棄后還占用寶貴的土地資源，形成“石頭搬家”現(xiàn)象。一噸氨可以生產(chǎn)四噸96%以上的硫酸銨化肥，按目前我們調(diào)研的行情，三噸硫酸銨化肥價值就可抵消一噸氨的費用，還能剩下一噸硫酸銨成為盈余。氨法煙氣脫硫的脫硫劑采用原廠尿素生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含氨量為15%的甲銨液，而且裝置用水采用工業(yè)水。從成本上節(jié)余了很多，再結(jié)合硫酸銨和亞硫酸銨收益，總體上可大大抵償脫硫運行成本并略有盈余。因此，此廠燃煤鍋爐煙氣采用氨法氨法脫硫是非常合理的選擇。 國內(nèi)外氨法脫硫工藝技術(shù)概況（1）國外氨法煙氣脫硫方法的分類濕法氨硫酸銨法脫硫工藝首先由德國的克盧伯公司 (Krupp Kroppers)開發(fā)成功，如圖1所示。該工藝布置在除塵器之后，原煙氣經(jīng)過換熱器降溫后從塔頂進(jìn)入塔中，與氨水順流而下，塔底的溶液由循環(huán)泵重新抽到噴淋層循環(huán)使用。隨后煙氣進(jìn)入下一級吸收塔脫除NOx，然后進(jìn)入高效快速洗滌塔，將殘存的鹽溶液洗滌干凈，最后經(jīng)熱交換器加熱后流入煙囪。該工藝的特點是：脫硫效率高、能適應(yīng)煙氣品質(zhì)的變化、副產(chǎn)物可作化肥使用；存在的問題是煙氣中氣溶膠去除不干凈，設(shè)備易腐蝕，并造成大氣二次污染。圖1 Walther工藝流程簡圖捷斯比曉夫公司購買了Walther工藝，并在上述工藝的基礎(chǔ)上改進(jìn)和完善了流程和設(shè)備，最后形成了AMASOX脫硫工藝。主要改進(jìn)是將Walther工藝的多塔流程改為結(jié)構(gòu)緊湊的單塔，并在塔內(nèi)安置濕式電除霧器去除煙氣中夾帶的氣溶膠。整個脫硫過程均在單塔內(nèi)進(jìn)行，有效降低了投資成本和運行費用；存在的問題是除霧裝置采用濕式電除霧器費用較高，另外設(shè)備易腐蝕且難以維修清洗。圖2 AMASOX工藝流程簡圖 20世紀(jì)90年代，美國GE公司開發(fā)了自己的氨硫酸銨法脫硫工藝。在威斯康辛州Kenosha電廠配套一座500MW機(jī)組的工業(yè)示范裝置。其工藝流程為：煙氣首先進(jìn)入預(yù)洗滌塔，用高壓噴淋水霧降溫、除塵，冷卻到接近飽和露點溫度時再進(jìn)入吸收塔。吸收塔內(nèi)布置有兩層噴霧洗滌層，使氨液和煙氣充分接觸混合，提高反應(yīng)效率。脫硫后的煙氣經(jīng)塔頂?shù)臐袷诫姵F器除霧后，流入煙囪并排入大氣。圖3 Marsulex工藝流程簡圖 日本鋼管公司開發(fā)了NKK氨法煙氣脫硫工藝。該工藝的吸收塔從下至上分為三段，下段是預(yù)洗滌除塵和冷凝降溫，此段不加入氨液；中段加入氨液，與煙氣逆流噴淋；上段是第二吸收段，不加氨液，只加工藝水。吸收后的煙氣經(jīng)加熱器升溫后有煙囪排放。亞硫酸銨溶液在單獨的氧化塔中用壓縮空氣氧化。圖4 NKK工藝流程簡圖（2）國外氨法煙氣脫硫方法的缺點國外氨法煙氣脫硫方法存在的問題是煙氣中氣溶膠難以去除，設(shè)備易腐蝕，并造成大氣二次污染，且上述方法多采用蒸汽加熱，耗資較大。另外，本項目為河南煤化中原大化公司I標(biāo)段275t/h+1130t/h天然氣化工裝置和II標(biāo)段 3130t/h煤化工裝置燃煤鍋爐燃煤鍋爐煙氣氨法脫硫工程，上述工藝較為復(fù)雜，整套裝置設(shè)備、儀器多，占地面積較大，投資較高，且需要大量蒸汽來加熱溶液，運行成本高，不適用于本項目的煙氣氨法脫硫工程。 寧垣煙氣脫硫機(jī)理寧垣采用的氨法煙氣脫硫技術(shù)的脫硫劑采用河南煤化中原大化公司尿素生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的甲銨液，而且裝置用水采用工業(yè)水。因河南煤化中原大化公司是以化肥為主導(dǎo)產(chǎn)品的化工企業(yè)，有化工生產(chǎn)管理經(jīng)驗，有廢氨水可供使用，否則廢氨水需低價外賣，這是節(jié)能減排，以廢治廢，從成本上節(jié)余了很多。另外中原大化有復(fù)合肥裝置，副產(chǎn)品硫胺可作為復(fù)合肥原料使用，且對色度和含水率無過高的要求，這是循環(huán)經(jīng)濟(jì)，結(jié)合硫酸銨和亞硫酸銨硫收益，總體上可大大抵償脫硫運行成本并略有盈余。本裝置需要的脫硫劑甲銨液，經(jīng)槽車輸送至本裝置氨水罐中。鍋爐煙道氣經(jīng)布袋除塵器除塵后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的濃縮塔內(nèi)。在塔內(nèi)，煙道氣與濃縮塔上部均勻噴下的硫酸銨溶液接觸，硫酸銨溶液被煙道氣加熱，成為懸浮液落入塔底。離開濃縮塔的煙道氣與噴入脫硫塔的亞硫酸銨溶液進(jìn)行反應(yīng)，生成亞硫酸氫銨等，與未反應(yīng)的亞硫酸銨溶液一起進(jìn)入脫硫塔底。煙道氣向上與脫硫塔上部噴下的亞硫酸銨溶液接觸，生成亞硫酸氫銨落入塔底。經(jīng)過脫硫與洗滌，%以上，煙道氣出口二氧化硫小于50mg/Nm3；煙道氣出口粉塵小于50mg/Nm3。脫硫塔底生成的一定濃度的亞硫酸銨溶液，主要用于生產(chǎn)副產(chǎn)品硫酸銨和亞硫酸銨。（1）副產(chǎn)硫酸銨的生產(chǎn)工藝當(dāng)亞硫酸銨溶液達(dá)到適當(dāng)濃度時，經(jīng)過亞硫酸銨循環(huán)泵送到氧化槽內(nèi)，空氣和亞硫酸銨溶液充分混合，亞硫酸銨被快速氧化生成硫酸銨，其反應(yīng)方程式如下：2（NH4）2SO3 + O2 = 2（NH4）2SO4在濃縮塔內(nèi)，過飽和的硫酸銨溶液初步固液分離后，進(jìn)入離心機(jī)，離心選出的硫酸銨結(jié)晶體送往復(fù)合肥生產(chǎn)車間做為生產(chǎn)原料。離心后母液均回到母液罐，繼續(xù)由母液泵送到濃縮塔，至此回收過程完成。（2）副產(chǎn)亞硫酸銨的生產(chǎn)工藝脫硫塔底生成的一定濃度的亞硫酸銨/亞硫酸氫銨溶液，當(dāng)溶液達(dá)到適當(dāng)濃度時，經(jīng)過亞硫酸銨循環(huán)泵送到混合器內(nèi)。進(jìn)入混合段的氨氣和亞硫酸銨/亞硫酸氫銨溶液充分混合，亞硫酸氫銨與氨氣反應(yīng)生成亞硫酸銨，其反應(yīng)方程式如下：NH4HSO3 +NH3 =（NH4）2SO3 亞硫酸銨溶液流入濃縮塔內(nèi)；亞硫酸銨溶液初步固液分離后，進(jìn)入離心機(jī)，離心選出的亞硫酸銨結(jié)晶體包裝。離心后母液均回到均回到脫硫塔內(nèi)，繼續(xù)由亞硫酸銨泵送到脫硫塔，至此回收過程完成。 本工藝和國內(nèi)其它氨法脫硫工藝的比較表41 工藝比較表內(nèi)容本方案塔內(nèi)吸收+塔內(nèi)氧化法塔內(nèi)吸收+塔外氧化+三效蒸發(fā)塔內(nèi)吸收+塔外氧化+濃縮塔流程流程簡潔流程簡潔流程復(fù)雜流程簡潔能耗最低較高最高較低堵塞不堵塞容易堵塞較易堵塞較易堵塞運行成本最低較高高較低脫硫效率高較低高高除塵效果好較好較低較低操作性易操作較易操作操作困難較易操作 本工藝技術(shù)優(yōu)勢本工藝具有以下特點：（1）流程簡潔、容易操作，可保證系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行；（2）脫硫、除塵效率高，不易堵塞，操作彈性大；（3）系統(tǒng)節(jié)能：a. 脫硫塔液氣比小，循環(huán)量小；b. 運轉(zhuǎn)設(shè)備少，電耗低；c. 系統(tǒng)能耗在國內(nèi)現(xiàn)有的煙氣脫硫工藝中最低。（4）副產(chǎn)品可選，副產(chǎn)亞硫酸銨較生產(chǎn)硫酸銨流程更短，能耗更低。 裝置物料衡算方案裝置物料衡算表見附表1。 生產(chǎn)控制分析（1）本設(shè)計在裝置的進(jìn)、出口設(shè)有煙氣SO2連續(xù)在線分析監(jiān)測裝置，出口設(shè)有塵含量連續(xù)在線分析監(jiān)測裝置，全部進(jìn)入脫硫控制系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)視、計算及控制。（2）在脫硫塔的下部儲液段，分別安裝有液位計，在亞硫酸銨溶液的出口管上安裝有密度儀。各測量點的測量值通過計算機(jī)可計算出脫硫塔內(nèi)亞硫酸銨溶液的密度并顯示出來，這樣可以和密度儀測量的數(shù)值相互參考對比，從而對亞硫酸銨溶液的PH值控制調(diào)整，以保證較高的脫硫效率，并且控制亞硫酸銨溶液的濃度，避免脫硫塔內(nèi)結(jié)晶堵塞。 自控水平本設(shè)計從技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的角度出發(fā)，結(jié)合目前同類裝置控制系統(tǒng)的實際狀況，根據(jù)裝置檢測點、控制回路數(shù)量及工藝過程的要求，將脫硫控制系統(tǒng)設(shè)置成一套獨立的DCS 控制系統(tǒng)，完成對煙氣氨法脫硫系統(tǒng)的控制。所有直接或必要的聯(lián)鎖信號、狀態(tài)信號及測量數(shù)據(jù)通過硬接線接入DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)可以通過內(nèi)部運算和邏輯處理從而完成對脫硫裝置的正常啟、停的運行監(jiān)視、操作及故障處理。脫硫系統(tǒng)自動化水平達(dá)到能在DCS控制室內(nèi)通過LCD 操作站對脫硫裝置進(jìn)行集中監(jiān)控，完成對脫硫裝置的正常啟、停的運行監(jiān)視、操作及故障處理。實現(xiàn)以鍵盤和鼠標(biāo)作為監(jiān)視和控制中心，對整個脫硫系統(tǒng)的集中控制，不設(shè)置常規(guī)儀表盤。控制水平可達(dá)到如下程度： (1) 在DCS控制室內(nèi)完成對脫硫裝置的啟動、停止、正常運行的監(jiān)視和操作；(2) 在脫硫裝置啟動、停止、正常運行或異常工況出現(xiàn)的過程中，自動對各參數(shù)進(jìn)行巡檢、數(shù)據(jù)處理、定時制表、參數(shù)越限時的自動報警或打印；(3) 根據(jù)運行人員在LCD 操作站上發(fā)出的指令，自動完成各局部工藝系統(tǒng)的順序啟停；(4) 脫硫系統(tǒng)發(fā)生異常、故障或事故時，能通過聯(lián)鎖保護(hù)自動切除有關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)，同時對引起裝置事故的原因進(jìn)行事件順序記錄和故障首出，以便于運行人員及時分析故障。本工程脫硫界區(qū)設(shè)置獨立脫硫控制室，脫硫操作員站和脫硫工程師站布置于脫硫控制室，配置如下： (1) 操作員站： 1 臺2(2) 工程師站(兼操作員站)： 1 臺2(3) 打印機(jī)： 1 臺2 信號報警及聯(lián)鎖系統(tǒng)為確保各裝置的正常運行，確保人員、關(guān)鍵設(shè)備和機(jī)械的安全，在DCS內(nèi)設(shè)置了必要的過程參數(shù)越限報警和聯(lián)鎖系統(tǒng)，通過DCS操作站提醒、指導(dǎo)操作人員進(jìn)行必要的操作。所有的機(jī)泵安全、保護(hù)、故障報警和聯(lián)鎖，裝置的順序開/停車、緊急停車等均由DCS實現(xiàn)；并可通過操作站實現(xiàn)對各裝置的操作。安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制通過設(shè)置一套緊急停車系統(tǒng)來實現(xiàn)，設(shè)計本著安全可靠的原則，對重要聯(lián)鎖信號采用二取一或三取二表決原則。聯(lián)鎖接點采用直接型（如壓力開關(guān)、物位開關(guān)等）或間接型（變送器作用的開關(guān)）。聯(lián)鎖系統(tǒng)為故障安全型。所有聯(lián)鎖均設(shè)報警。一般報警信號在DCS中作報警顯示及打印；對重要的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的信號報警另設(shè)置硬報警，外接閃光報警器，以引起操作人員的注意。采用氨法脫硫工藝煙氣系統(tǒng)設(shè)置有旁路，當(dāng)脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)故障狀態(tài)時需退出氨法脫硫裝置，鍋爐煙氣旁路電動門立即打開，脫硫裝置煙氣出、入口電動門隨后關(guān)閉，鍋爐煙氣走旁路直接進(jìn)煙囪，不影響原廠鍋爐的正常運行。 現(xiàn)場儀表和控制設(shè)備的選型原則根據(jù)現(xiàn)有脫硫裝置現(xiàn)場儀表的實際情況，本著技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、維護(hù)方便和經(jīng)濟(jì)合理的原則，選用具有成熟經(jīng)驗、性能良好、質(zhì)量可靠的儀表和設(shè)備，重要信號的現(xiàn)場儀表和控制設(shè)備選用進(jìn)口產(chǎn)品。設(shè)備的選型考慮以下原則：(1) 變送器采用質(zhì)量可靠的進(jìn)口智能產(chǎn)