一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计说明书

密 级 公开 学 号 070414 毕 业 设 计( 论 文) 一种烟气脱硫脱硝 一体化系统设计 院 (系、部 )： 机械工程学院 姓 名： 郝辰伟 班 级： 环 072 专 业： 环境工程 指导教师： 初庆东 教师职称： 讲 师 2011 年 7 月 03 日 北京 一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 北京石油化工学院 学位论文授权使用协议 论文一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于北京石油化工学院学位论文全文数据库。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及全文部分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。 注：本协议书对于非公开学位论文在保密期限过后同样适用。 院系名称：机械工程学院 作者签名：郝辰伟 学 号：070414 2011 年 07 月 3 日 一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 北 京 石 油 化 工 学 院 毕 业 设 计 （论 文）任 务 书 学院（系） 机械工程学院 专业 环境工程 班级 环 07 学生姓名 郝辰伟 指导教师/职称 初庆东/讲师 文）题目：一 种烟气脱硫脱硝一体化系统的设计 2011年 2月 20日 至 2011年 6 月 19 日 文）的主要内容与要求 （含原始数据及应提交的成果） 题目介绍 目前，二氧化硫和氮氧化物是我国节能减排政策重点关注的污染物。然而市场上使用的一般都是分段脱除二氧化硫和氮氧化物技术，不仅投资和运行费用昂贵，而且由于右，还存在脱硫后烟气再热的问题。如果运行不当，以目前开发既廉价又高效可以同时脱硫脱硝的新技术、新设备是国内外烟气净化技术研究的总趋势。本题目拟针对所给设计参数，选择市场上几种热门的同时脱硫脱硝技术进行对比,选择适用的技术进行系统设计，由于此类工程案例较少，允许进行新技术的中试性的的设计尝试。在此过程中还起到培养学生工程设计能力，增强对新技术的理解，拓宽就业方向的作用。 设计参数 本设计是对某燃煤中型锅炉的尾气净化进行尾气脱硫脱硝净化系统的设计，进行尾气处理的锅炉烟气量大约为 156000h，其中含二氧化硫浓度约 1000氧化物 500mg/设计内容及工作量 阅 15 篇以上资料，通过查阅资料，了解燃煤锅炉尾气常用的脱硫脱硝一体化系统的工作原理和特点，主体设备的结构和设计方法等；翻译一篇不少于万字符的有关烟气脱硫脱硝一体化系统的英文资料；并写出文献综述。 1)针对所给参数，对各种烟气脱硫脱 硝一体化系统工艺进行对比论证，确定自己的设计方案；(2)分析污染物成分，进行物料衡算；(3)具体进行净化系统设计；(4)对附属系统和设备进行设计或选用。 预期培养目标 能综合应用所学知识去分析和解决工程实际问题，具备独立进行文献资料的检索、工程设计计算、技术文件编写和计算机应用等方面的能力；掌握烟气脱硫脱硝一体化系统的设计方法。 最终提交材料 一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 计算机绘制的纸 3 张，手绘纸 1 张，毕业设计论文 1 份，外文文献及翻译。 1、岑超平同时脱硫脱氮处理是我国烟气治理的发展方向J 环境保护,2001, :17 2、钟秦编著. 燃煤烟气脱硫脱氮技术及工程实例M. 北京: 化学工业出版社,2002:284343、单志峰, 黄友明 999,(4):40 45 周次) 1 接受题目，准备资料。 熟悉题目工程背景，查阅烟气脱硫脱硝一体化系统方面的文献和相关设计标准。 2 校外文献查阅，翻译与本题目有关英文资料 英文资料不少于 2 万字符（一篇论文）。3 撰写文献综述，通过科研和工程实例对比不同烟气脱硫脱硝一体化系统方法的适用范围和特点，论述自己选用某一方法的依据 文献综述原则上不少于 4000 字。 4 确定总体设计方案 写出方案草稿，画出流程草体。 5 编写物料衡算计算过程，进行计算 使用合适的计算机软件 6 进行主体设施或设备设计，包括选型和结构设计 符合设计手册标准 7 进行包括辅助系统在内的总体设计 开始画装配草图 8 讨论修改总体结构设计 要充分考虑各种组件的选配经济性问题、加工可行性问题 9 进行投资估算 符合国家标准 10 机绘工艺流程图、平面布置图 符合国家标准 11 机绘主体结构平面和立面图等 符合国家标准 12 机绘主体结构图等 符合国家标准 13 整理资料，撰写设计说明书（大论文），并输入计算机。 按学校规定格式 14 审定图纸、设计说明书，装订 完成全部毕业设计工作，上交检查！15 修改，撰写发言稿，制作 答辩。 16 答辩 17 整理装订资料，上交 完整、齐全 任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（部、系）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 年 月 日 学生（签字） 郝辰伟 一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 摘 要 着新的污染物排放标准的颁布，烟气脱硫脱硝技术面临着前所未有的压力和挑战。如何经济、有效地提高脱硫脱硝效率，降低为大气环境污染控制工作者研究的热点问题。 本文针对各种同时脱硫脱硝技术进行了分析对比，通过对比各种不同工艺的优缺点，最后确定采用 时脱硫脱硝技术。根据设计参数，对 硝反应器和脱硫反应器进行设计计算，又对氨储存罐，喷氨格栅等辅助设备进行了初步的设计选型。最后绘制了 时脱硫脱硝一体化技术的系统图，并进行造价估算。基本达到了设计要求。 关键词：烟气，脱硫脱硝，一体化 一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 is to of a a of by of to CR 录 第一章 前 言 . 1 题背景 . 1 究意义 . 1 硫脱硝概述 . 2 性炭吸收脱硫脱硝工艺 . 2 . 3 . 4 . 4 . 5 子束法 . 6 光放电等离子体同时脱硫脱硝 . 6 奇公司. 6 性焦吸附法(. 8 体干式. 9 硫脱硝工艺流程和系统选定 . 10 艺流程选择 . 10 艺介绍 . 10 章小结 . 11 第二章 脱硫脱硝系统设计计算 . 12 计参数 . 12 . 12 . 13 . 18 本设计参数 . 19 . 19 化剂的选型 . 25 . 26 区的设计 . 28 氨的存储与供应系统 . 31 氨的方式 . 32 素脱硫系统设计 . 33 设计参数 . 33 硫塔的设计计算 . 33 章小结 . 35 第三章 管道的设计及压损计算 . 36 易流程图 . 36 计原理 . 36 道设计及压损计算 . 37 章小结 . 44 第四章 其他设备设计计算及选型 . 45 囱的设计 . 45 氨储罐及供应系统 . 46 风机 . 47 氨泵 . 48 尘器选型 . 49 备表 . 50 章小结 . 52 第五章 经济分析与运行维护 . 53 济分析的意义 . 53 济评价的原理 . 53 硝还原剂的经济分析 . 53 程概算 . 55 制依据 . 55 资概算 . 55 行成本计算 . 56 试、运行及维护 . 57 区的安全规范 . 57 统调试 . 58 统维护 . 58 第六章 结论与展望 . 59 论 . 59 望 . 59 参考文献 . 60 致 谢 . 61 声明 . 62 一章 前 言 题背景 大气污染是二十一世纪人类社会生存和发展所面临的最严重的环境问题之一,其中燃煤烟气中二氧化硫和氮氧化物的污染控制是目前大气污染控制领域中最主要的任务。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,占世界煤产量的 25%,而在很长一段时间内,我国一次能源以煤炭为主的格局很难改变,因此燃煤是我国大气污染的主要来源。我国煤炭产量的 80%多用于直接燃烧,产生大量的煤烟型大气污染。煤燃烧产生有害气体,造成的酸雨、温室效应和臭氧层破坏等大气污染,严重影响了人类的生存环境。因此削减和控制燃煤产生的我国能源和环境保护部门面临的严峻挑战。 车辆、船舶、飞机的尾气主要成分是 氮 氧化物 、碳氧化物、碳氢化合物等多种化学成分，近几年来，我国汽车产业迅速发展，社会保有量在 1400 万辆以上，汽车主要集中在城市，成为城市的 大气污染 物的主要来源。一些城市地区出现的 光化学烟雾 ，重要原因就是汽车排放的碳氢化合物和氮氧化合物，通过阳光 紫外线 作用，形成有毒烟雾。其危害性不但大大影响了空气 环境质量 而且还刺激人体眼睛和 上呼吸道 粘膜，引起发炎，严重的引起哮喘，头疼、 肺气肿 等疾病。治理大气污染，治理 汽车尾气 也是重中之重。另外，居民的生活和取暖过程中对大气环境也造成了不少危害，民用燃煤向大气环境中排放的主要是二氧化硫，而二氧化硫又是形成酸雨的主要元凶之一。 众所周知，我国是以燃煤为主的能源结构的国家，煤产量已据世界第一位，年产量达到 12 亿吨以上， 2000 年将达 15 亿吨， 2010 年将达到 18 亿吨。煤炭占一次能源消费总量的 75%。燃煤造成的大气污染有粉尘、着煤炭消费的不断增长，燃煤排放的二氧化硫也不断增加，连续多年超过 2000 万吨，已居世界首位，致使我国酸雨和二氧化硫污染日趋严重。 究意义 燃煤烟气中的生态环境带来严重危害。随着工业化的快速发展，烟气脱硫脱硝一体化技术逐渐被提上日程，引起各国学者1一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 的广泛关注。目前世界上研究开发的脱硫脱硝技术大致可分为两类：一类是传统的分步脱除，即将单独的脱硫和脱硝装置进行简单的串联，这种方式不仅系统庞杂、占地多，而且投资运行费用高，不便于大面积推广应用。另一类就是目前较为热门的一体化技术(，该技术已逐步成为烟气净化应用的发展趋势。 硫脱硝概述 脱硫技术研究始于 20 世纪初，至今已有 90 多年的历史。目前， 世界各国开发、研制、使用的概括起来00 种。概况起来，主要有燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫( 烟气脱硫) 和煤的转化利用技术。烟气脱硫( 即燃烧后脱硫),烟气脱硫技术主要是利用吸收剂或吸附剂去除烟气中的使其转化为稳定的硫化物或硫。按其脱硫方式以及脱硫反应产物的形态可分为湿法、干法、半干法 3大类。而烟气脱氮法主要有电子束法、吸附法、液体吸收法、微生物法、选择性非催化法（和选择性催化法（ 性炭吸收脱硫脱硝工艺 活性炭吸收脱硫脱硝工艺是日本研究的一种干式固相吸收和再生工艺。该工艺主要由吸附、解吸和硫回收三部分组成。活性炭法脱除机理为：烟气中的被催化氧化为吸附态硫酸，随脱硫塔中活性炭一起被送入分离塔；脱去活性炭的催化作用下分离塔中吸附了50下热解可再生。该法反应温度为 100200， 0%， 0%。 研究表明：活性炭对硫效率大于 96%；活性炭对吸附则包括物理吸附和化学吸附，脱硝效率大于 75%。德国、美国最早于 20 世纪 50 年代开始活性炭脱硫脱硝研究，日本自 20 世纪 70 年代后大力发展了相关工艺。1987年，德国首先把活性炭同时脱硫脱硝的方法用于燃煤电厂。日本电力能源公司安装了活性炭工艺， 1995 年开始运行，其0%以上， 上。 活性炭法最大的缺点是炭的损耗，另外还存在吸附设备庞大的缺点。 工程案例：广州贝龙环保热力设备股份有限公司成立于 1995 年 9 月。贝龙环保公司专业从事烟气脱硫脱硝，特种垃圾处理等环保项目设计。 2一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 图 活性炭脱硫脱硝处理厂 时脱硫脱硝工艺 为活性组分，而其中主要以在 300温度范围内与烟气中的时 收饱和的再生过程一般用释放的原得到的金属铜或成的重新用于吸收还原过程。采用此工艺一般能达到 90%的580% 的美国伊利诺伊燃煤电厂 70得了预期的效果。具体工艺如图 示。 3一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 图 时脱硫脱硝工艺 该法系统中，烟气通过一个置于除尘器下游的流化床，在流化床内附剂是用碳酸钠泡制过的具有大表面积的球形粒状氧化铝，净化过的烟气再排入烟囱。1991 年，美国能源部匹兹堡能源中心(利用0究了工艺参数对收剂性能随使用时间的变化、再生气体种类对再生效果的影响等。结果表明，反应温度在 130时，0%和 70%。 硫脱硝的效率高；运行维护费用低；系统可靠性高；不产生二次污染。它的不足：耗大，耗电占电厂发电量的 4%左右；工艺流程较复杂；工艺系统占地面积大。 术工艺 一个高温的集尘室中。其原理是在省煤器后喷入钙基吸收剂脱除气体进布袋除尘器前喷入4一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 该工艺由于将三种污染物的清除集中在一个设备里，从而减少了占地面积，并且在脱氮之前已除去而减少了催化剂层的堵塞、磨损和中毒。其缺点是需要采用特制的耐高温陶瓷纤维编织的过滤袋，因而增加了成本，距离大规模工业应用还有一定的差距。目前，该工艺应用还不多。 理是烟气先经过 催化剂作用下后烟气进入改质器，降膜冷凝中凝结水合为硫酸，进一步浓缩为可销售的浓硫酸。该工艺是丹麦研究开发的，并于 1991 年首次应用在丹麦的300该技术工艺中可以从除 300煤中含硫量为 ）。丹麦示： 图 丹麦 一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 子束法 电子束法(是一种物理与化学原理相结合的脱硫脱硝技术。它是利用电子加速器产生强氧化性的自由基等活性物质,把烟气中的些高价的硫氧化物和氮氧化物与水蒸气反应生成雾状的硫酸和硝酸,并与加入的硫、脱硝同时完成,达到净化烟气的目的。 早在 1970 年,日本首先开始电子束脱硫技术的研究,并于 1977 年建成第一个工业示范基地。随后美国和德国也相继开展这方面的研究工作。 20 世纪 80 年代末期,日本茬原公司( 和原子能研究所(将该技术应用到烟气同时脱硫脱硝的研究中。目前,日本高崎的日本原子能研究所(、日本藤泽的茬原公司、波兰华沙的核化学与技术研究所和德国卡尔斯鲁厄的 验中心在该技术方面研究最为成熟,而且现在均在进行改革工艺和降低能耗方面的完善工作。 在我国,成都热电厂于 1997 年引进该技术,实际运行脱硫率 中国工程物理研究院环保工程研究中心自主开发的电子束氨法脱硫脱硝技术,目前已经完成了中试,并在中国和波兰都有工业装置的示范运行。 光放电等离子体同时脱硫脱硝 流光放电等离子体是一种新型的高频高压交直流叠加流光放电等离子体脱硫脱硝一体化技术。该法利用正极性发电,在相似的电极结构和电压水平条件下,利用流光头表面产生的高能电子,可以打开化学健,激发产生 O 等氧化性极强的自由基,继而实现脱硫脱硝、氧化亚硫酸盐等目的。该法由于采用电力电子半导体高频开关器件及高频开关电源技术,克服了原有电子束和脉冲电晕方法的电源无法工业化应用的弊端,具有良好应用前景。目前在荷兰、日本、韩国和中国都进行着10业性示范研究,然而要实现该技术的产业化,需要解决的 2 个核心技术问题是大容量的等离子体系统和优化的等离子体处理工艺。 奇公司 硫脱硝技术工艺 鲁奇公司物主要是0%的硝反应使用氨作为还原剂进行选择催化还原反应，需要支撑载体，运行温度在 385C。目前此技术已经进行了中试，中试建在一个电厂。烟气中二氧化硫浓度为（450630）10氧化物浓度为（170320）10一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 在 摩尔比为 ，能达到 97%的脱硫率；在，脱硝率达 88%。该法脱硫脱硝属于燃烧中处理，脱硫采用循环流化床，脱硝采用低氮燃烧方式。 2001 年我国在四川白马电厂 300白马电厂仅用于脱硫，而未尝试同时脱硫脱硝。 图 四川白马电厂 近年来 国内的电厂已经达到一定的规模，如果结合新建电厂预留未来脱硝装置空间，未来在原有 硫的基础上加装同时脱硝装置，其前景非常地好。 循环流化床的优点：投资费用较低；脱硫装置不需要太大空间；固硫剂产物以固态排放。循环流化床的不足：燃烧采用低氮烧燃，脱硝效果不能保证；由于锅炉内喷射收剂进行脱硫,产生造成二次污染；控制排烟温度 70，需要有排烟加热装置。鲁奇千瓦的单位投资为 185 美元左右，运行成本为 10艺耗电一般总发电量的 但其占地面积较大，并且脱硫脱硝的副产物暂时还不能进行综合利用，耗水较多。 7一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 图 鲁奇 艺流程图 性焦吸附法(硝的技术。通过活性焦的微孔吸附作用,将通过热再生,产生高浓度的过转化装置形成高纯硫磺、浓硫酸等副产品； 入大气。 硝一体化,而且还能脱除烟气中粉尘、法难以除去) 、卤素化合物、有害重金属和有毒气体( 如二恶英等) 。另外,该法还具有占地面积小、运行费用低、节水效果明显、无污染以及遇碱或盐类时催化剂不致老化等优点。应指出的是:必须将活性炭改性为活性焦,普通活性炭的综合强度( 耐压、耐磨、耐冲击) 低,表面积大,若使用移动床,因吸附、再生损耗大,存在经济问题。另外,为解决该法存在的反应速度缓慢等缺点,近年来一些研究者提出利用微波诱导活性炭吸附,从而利用催化还原来脱硫、脱硝。该技术用活性炭作为氮氧化物载体,在向活性炭床施加微波能的条件下,使硫、脱8一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 硝效率均达 96%以上。 工程案例：国电南京自动化有限公司与中国煤炭科学研究院联合开发，具有自主知识产权。该装置采用以煤为原料生产的活性焦为脱硫剂，整个工艺分为吸附，再生，副产品合成，最终产品为浓硫酸，液体二氧化硫或结晶元素硫等，整个过程中不产生水和二次污染。 图 国电南京公司研发处理厂 体干式体干式余的燃料和空气在第二级送入，以完成燃烧。干式吸收剂则注入烟道中脱除二氧化硫。此技术在美国的站 100到 70%左右的氮氧化物的脱除率和 55%75% 的二氧化硫的脱除率。在工艺流程中燃烧器通过在缺氧的环境下喷入部分煤和部分燃烧空气来抑制余的燃料和空气在第二级送入，以完成整个燃烧的过程。过剩的空气的引入是为了完成燃烧的过程，以及进一步去除 0%的且在通入过剩空气后可达 70%以上。此外，两种干式吸附剂被喷入9一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 锅炉烟道中以减少被喷入空气预热器上游，或者把钠和钙喷入空气预热器的下游中。顺流加湿的干式吸附剂有助于提高低烟气温度和流量，以减少纤维袋式除尘器上的压降。无论整体干式是单个技术都可以应用于电厂或工业锅炉上，它仅需要适当的设备投资和停机时间即可，且所需空间较少，它们可应用于各种容量的机组，但主要适用于较老的中小机组。 整体干式对机组容量的适应性好；占地空间少；适合老机组的改造。 整体干式水量大；生成的石膏应用有限；脱硫脱硝率不高；烟气进入烟囱时需要加热。 硫脱硝工艺流程和系统选定 艺流程选择 本设计采用 尿素结合的方法的同时脱硫脱硝技术。此工艺具有硝和尿素脱硫的特点，又兼备了 硫脱硝的优点。 艺介绍 烟气中的2；当吸附剂吸收利用2等气体将其还原再生，得到较高浓度的磺和液体的u 能被烟气中的氧化铜吸附脱除 个步骤： 吸附过程包括： 32221+（142+（1342323)(3 +（1再生过程包括: +（110一种烟气脱硫脱硝一体化系统设计 +（1+（1 +（1氧化过程包括： +221（1氧化铜催化还原脱除的过程： +（1+（1+（1+（1+（1+（1吸附剂可以同时脱除电站锅炉烟气中的在 400附近有较高的脱硫脱硝效率和优良的可再生性能