氨法脱硫工艺技术研究与设计.doc

精选范本 供参考 封面封面 精选范本 供参考 目录目录 一 概述一 概述 2 1 氨法烟气脱硫 2 2 氨法脱硫原理 2 3 氨法脱硫方法及特点 3 二 确定工艺流程二 确定工艺流程 5 1 方框流程图 5 2 工艺流程说明 6 三 物料衡算和热量衡算三 物料衡算和热量衡算 6 1 工艺参数 6 2 技术指标 6 3 物料衡算 7 4 热量衡算 8 四 设备选型四 设备选型 10 1 脱硫塔 10 2 循环泵和氧化风机 11 3 旋流器 12 4 离心机 12 5 干燥机 12 6 包装机 13 参考文献参考文献 13 致谢致谢 13 附图附图 14 精选范本 供参考 一 概述一 概述 1 1 氨法烟气脱硫氨法烟气脱硫 烟气脱硫 FGD 是指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物 SO2和 SO3 在 FGD 技术中 按脱硫剂的种类划分 可分为以下五种方法 以 CaCO3 石灰石 为基础的钙法 以 MgO 为基础的镁法 以 Na2SO3为基础的钠法 以 NH3为基础 的氨法 以有机碱为基础的有机碱法 这里 主要介绍氨法烟气脱硫技术 氨 法脱硫即是根据氨与 SO2 水反应成脱硫产物的基本机理而进行的 是控制 SO2 排放的技术 2 2 氨法脱硫原理氨法脱硫原理 任何 FGD 过程都包括两个基本的化学反应过程 吸收 SO2吸收生成为亚硫 酸盐 氧化 亚硫酸盐氧化为硫酸盐 氨法脱硫以水溶液中 SO2和 NH3的反应 为基础 脱硫塔是烟气脱硫和产生硫酸氨盐的中间装置 烟气中的 SO2在脱硫 塔中被除去 脱硫塔中是 PH 值控制为 5 0 5 9 的饱和硫酸氨 亚硫酸氨溶液 与 SO2的反应 按照下列反应生成亚硫酸氢氨 硫酸氢盐 1 SO2 H2O H2SO3 2 H2SO3 NH4 2SO4 NH4HSO4 NH4HSO3 3 H2SO3 NH4 2SO3 2NH4HSO3 在反应 1 中 烟气中的 SO2溶于水中 生成亚硫酸 在反应 2 和 3 中 亚硫酸与该溶液中溶解的硫酸氨 亚硫酸盐反应 喷射到反应池底部 的氨水 按如下方式中和酸性物 4 H2SO3 NH3 NH4 2SO3 5 NH4HSO3 NH3 NH4 2SO3 6 NH4HSO4 NH3 NH4 2SO4 喷射到脱硫塔底部的氧化空气 会按照如下方式将亚硫酸盐氧化为硫酸盐 7 NH4 2SO3 1 2O2 NH4 2SO4 至此 脱硫塔中生成了大量的硫酸氨 硫酸氨溶液饱和后 使硫酸氨从溶 液中以结晶形式析出 精选范本 供参考 3 3 氨法脱硫方法及特点氨法脱硫方法及特点 工业上氨法脱硫的方法很多 目前应用较广泛的有湿式氨法 电子束氨法 脉冲电晕氨法 简易氨法等 各种方法都有一些共同的特点 具体如下 1 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 2 氨法对煤中硫含量适应性广 氨法脱硫对煤中硫含量的适应性广 低 中 高硫含量的煤种脱硫均能适应 特 别适合于中高硫煤的脱硫 采用石灰石 石膏法时 煤的含硫量越高 石灰石用量 就越大 费用也就越高 而采用氨法时 特别是采用废氨水作为脱硫吸收剂时 由 于脱硫副产物的价值较高 煤中含硫量越高 脱硫副产品硫酸铵的产量越大 也就 越经济 3 无二次污染 氨是生产化肥的原料 以氨为原料 实现烟气脱硫 生产化肥 不消耗新的自 然资源 不产生新的废弃物和污染物 变废为宝 化害为利 为绿色生产技术 将产 生明显的环境 经济和社会效益 因此 氨法与钙法具有明显的区别 氨法属于 回收法 钙法属于抛弃法 抛弃法的缺点是消耗新的自然资源 产生新的废弃物 和污染污 具有明显的二次环境问题 4 系统简单 设备体积小 能耗低 氨是一种良好的碱性吸收剂 从吸收化学机理上分析 SO2的吸收是酸碱中和 反应 吸收剂碱性越强 越利于吸收 氨的碱性强于钙基吸收剂 而且从吸收物理 机理上分析 钙基吸收剂吸收 SO2是一种气 固反应 反应速率慢 反应不完全 吸收剂利用率低 需要大量的设备和能耗进行磨细 雾化 循环等以提高吸收剂 利用率 往往设备庞大 系统复杂能耗高 而氨吸收烟气的 SO2是气 液反应 反 应速度快 反应完全 吸收剂利用率高 可以做到很高的脱硫效率 同时相对钙基 脱硫工艺来说系统简单 设备体积小 能耗低 5 氨法具有丰富的原料 氨法以氨为原料 其形式可以是液氨 氨水和碳铵 目前我国火电厂年排 精选范本 供参考 放二氧化硫约 1000 万吨 即使全部采用氨法脱硫 用氨量不超过 500 万吨 年 供应完全有保证 6 SO2的可资源化 可将污染物 SO2回收成为高附加值的商品化产品 其脱硫副产品硫酸铵是 一种农用肥料 在我国具有很好的市场前景 硫酸铵的销售收入能冲抵吸收剂的 成本 甚至是整个运行成本 特别是对于自身副产液氨或有废氨水的企业来说 可 以利用液氨或废氨水作为脱硫吸收剂 达到用废水治理废气的目的 副产品的销 售收入还可以给脱硫装置带来一定的经济效益 精选范本 供参考 二 确定工艺流程二 确定工艺流程 1 1 方框流程图方框流程图 2 2 工艺流程说明工艺流程说明 烟气进入脱硫塔与循环浆液逆流接触进行洗涤 降温和吸收 在此过程中 含氨吸收剂的循环液将烟气中的 SO2吸收 反应生成亚硫酸铵 含亚硫酸铵的 液体再与从脱硫塔底部鼓入的空气进行氧化反应 将亚硫酸铵氧化成硫酸铵 形成硫酸铵稀溶液 含硫酸铵的稀溶液流至循环槽 通过二级循环泵再送入脱硫塔 再进一步 浓缩 结晶后 得到一定含量的硫酸铵浆液 从而形成闭合循环 这样在循环 槽中使硫酸铵浓度达到规定值后 通过铵排出泵将生成的硫酸铵浆液送入硫铵 后处理系统 反应后的净烟气经除雾器进行净化达标后再经主烟囱直接排出 硫铵溶液通过硫酸铵排出泵送入旋流器进一步浓缩后 依靠重力进入离心 机 浆液经离心机分离后得到含水率 4 0 的固体硫酸铵 经重力送入干燥机 干燥后含水小于 1 0 干燥后的硫铵经包装后即可得到商品硫酸铵 离心分离 预洗塔脱硫塔 旋流器离心机干燥器包装机 原烟气 溢流 氨气 氧化空气 净烟气 溢流 分离液 底流 氨法脱硫方框流程图 流程图 精选范本 供参考 母液进入循环槽重复使用 三 物料衡算和热量衡算三 物料衡算和热量衡算 1 1 工艺参数 工艺参数 1 入口烟气量 6 5 105Nm3 h 2 SO2浓度 1000mg Nm3 3 烟气入口温度 T 126 常压 4 脱硫率 95 2 2 技术指标 技术指标 脱硫保证效率 95 出口 SO2排放浓度 200mg Nm3 出口烟尘排放浓度 50mg Nm3 NOX脱除效率 30 烟气排放温度 60 烟气通过脱硫系统的压降 1500Pa 脱硫系统耗电量 187kW h 脱硫系统耗水量 9t h 脱硫系统耗汽量 0 2t h 脱硫系统液氨耗量 280Kg h 脱硫系统设备的噪音不高于 85dB A 距离设备外 1m 操作平台 1 2m 处测试 脱硫除尘系统设备可用率不低于 95 脱硫除尘系统漏风率 3 除雾器除雾效率 98 脱硫塔等主体设备使用寿命 30 年 3 3 物料衡算物料衡算 前面已经详细地介绍了脱硫反应的机理 为了确保脱硫率 使氨气过量 由此可知反应的物料比例为 精选范本 供参考 SO2 NH3 H2O NH4 2SO4 O2 2 2 2 1 0 5 在标准状态下 单位时间内烟气中含有二氧化硫质量为 hkghmghmgMSO 650 105 6 1000105 6 85 2 对应的 NH3的质量为 650kg h 工艺水的质量为 650kg h 综合以上计算结果 本部分给出的是一些近似的简化物料平衡计算方法 物料点涵盖了一些主流程 1 吸收塔出口烟气量 G2 hNmG 1045 4 000650 126273 273 35 2 2 氨气的量 hkgMM SONH 650 23 3 工艺水的量 hkgMM SOOH 650 22 4 氧化空气量 假设空气通过氧化风机进入喷淋塔后 当中的氧气完全用于氧化亚硫酸铵 即最终这部分空气仅仅剩下氮气 惰性气体组分和水汽 理论上氧化 1mol 亚硫 酸铵需要 0 5mol 的氧气 其数值为hkghkgMM SOO 5 162 65025 0 25 0 22 而换算为压缩空气的流量为kom h28kmol h 29 5 1625 5 2 空气 空气 M M n O 5 吸收塔的硫酸铵产量 干态 hkghkgMM SOSONH 325 6505 05 0 2424 4 4 热量衡算 热量衡算 从锅炉来的热烟气经增压风机增压后进入烟气换热器 GGH 降温侧 经 GGH 冷却后 烟气进入吸收塔 烟气温度为 100 向上流动穿过喷淋层 精选范本 供参考 在此烟气被冷却到饱和温度 烟气中的 SO2被石灰石浆液吸收 除去 SO 及其 2 它污染物的烟气经 GGH 加热至 60 以上 通过烟囱排放 设置一套密封系统 保证 GGH 漏风率小于 1 GGH 是利用热烟气所带的热量加热吸收塔出来的冷的净烟气 在设计条件 下且没有补充热源时 GGH 可将净烟气的温度提高到 60 以上 在热烟气的进口与 GGH 相连的烟道出口安置一套可伸缩的清洗设备 用 来进行常规吹灰和在线水冲洗 清洗装置都有单独的 可伸缩的矛状管和带有 单独的辅助蒸汽和水喷嘴的驱动机械 GGH 配一台在线的冲洗水泵 该泵为 在线清洗提供高压冲洗水 自动吹灰系统可保证 GGH 的受热面不受堵塞 保 持净烟气的出口温度 当 GGH 停机后 换热元件可用一低压水清洗装置进行清洗 此低压水清 洗装置每年使用两次 每台 GGH 上的两个固定的水冲洗装置用来进行离线冲 洗 每一个固定的水清洗装置配有带喷嘴的直管 从有一定间隔的喷嘴中均匀 地向换热面喷冲洗水 烟道上设有挡板系统 以便于 FGD 系统正常运行和事故时旁路运行 FGD 装置的挡板系统包括一台 FGD 进口原烟气挡板 一台 FGD 出口净烟气挡板和 一台旁路烟气挡板 挡板为双百叶式 在正常运行时 FGD 进出口挡板开启 旁路挡板关闭 在故障情况下 开启烟气旁路挡板门 关闭 FGD 进出口挡板 烟气通过旁路烟道绕过 FGD 系统直接排到烟囱 所有挡板都配有密封系统 以 保证 零 泄露 密封空气设两台 100 容量的密封空气风机 一台备用 和二 级电加热器 加热温度不低于 70 对于换热器 进入换热器的烟气分成两种 包括要进入脱硫塔 喷淋塔 的原烟气 温度为 126 和经过喷淋塔石灰石浆液淋洗后的净化烟道气 出 口温度 50 两股流体在换热器内传热 原烟气的热流量 Qi ipi iiipi i mc tvc t hkJhkJ 1065 1 100126 975 0 105 6 75 净化烟气的热流量 精选范本 供参考 hkJhkJtctcmQ pp 1034 6 5060 975 0 105 6 65 000000 00 平均传热温差 C t t tt tm 74 16 5060 100126 ln 5060 100126 ln 2 1 21 考虑换热器的热量损失 则换热器的传热效率为 4 38 100 1065 1 1034 6 100 7 6 0 i Q Q 而换热器的传热效率一般都大于该数值 因此传热效率满足设计要求 精选范本 供参考 四 设备选型四 设备选型 1 1 脱硫塔 脱硫塔 脱硫塔是氨法脱硫的核心设备 脱硫塔集气液传质 化学吸收 氧化 结 晶等多种化工单元功能于一体 具有较高操作弹性和较高的脱硫脱硝功能 氮 氧化物脱除率在 45 二氧化硫的脱除率可达 95 以上 标态 hNmQ 1045 4 000650 126273 273 35 0 hNmQ 1046 5 000650 126273 62273 35 1 塔内流速 smv 3 m v Q rrvvsQ01 4 314 3 3600 1046 5 5 12 1 方形 H 16m 2 85 18mS 83 2 45 vmBL 文丘里塔压力损失 60 值 1 液气比L气体比重 3 85 0 mkgrg smvt 25 2 8 9smg OmmHOmmH g vrL P tg 22 2 2 2829 27 8 92 2585 0 18 025 0 2 8 025 0 脱硫塔压力损失 smvt 2 mL 脱硫塔OmmHOmmHP 22 2 1 16 0 8 92 285 0 48 025 0 烟气分配板 15 22 估OmmHP 排烟囱 4 22 估OmmHP 脱硫塔总压力损失 1 15 4 20OmmH2 精选范本 供参考 新增加烟道阻力损失 20 2 估OmmH 总压力损失 阻力损失 28 20 20 68 即 686 8PaOmmH2 2 2 循环泵 循环泵和氧化风机和氧化风机 脱硫塔一级 二级循环泵为离心泵 泵的壳体采全金属 叶轮和入口轴套 采用双向钢相当材料 每个塔共配置 3 台一级循环泵 每台泵可将硫铵溶液以 足够的压力送到塔内的吸收段 每个塔设置 2 台二级循环泵 一运一备 正常情况下将塔内的硫铵溶液泵 入塔内浓缩段的喷淋层 液气比 L G 4 循环液量与烟气量的比值 单位 升 标准立方米 烟 气中水气含量设为 8 则 循环水泵流量 hm ml HGQ G L Q 878 749 1000 08 0 1 29 777 2034 1000 3 3 取每台循环泵流量 750 扬程 2 台 一用一备 Qhm 3 OmHH 2 30 循环水泵电耗量 KW HQ N97 912 1 80 1635 0 30 60 750 2 1635 0 泵 选用 90KW 电机 76KW0 895 实际消耗功率 KW152762 总电耗量 集水池中 PH 值控制在 5 8 6 2 范围内 燃煤 18t h 取煤的平均含硫量 0 9 33 63 2 1300 1296 32 64 000 250 101018 9 0 mmgmmgSO 浓度锅炉入口 3 2 180mmgSO 浓度锅炉出口 精选范本 供参考 计算条件 烟气量 166058 000 250 33 hNmhm 温 度 138 灰 尘 出口 3 180mmg 3 72 50 3 Nmmg SO2 出口 3 1300mmg 85 195 3 Nmmg hrkgSO 25 27610 1951300 000 250 6 2 去除量 hrkg 5 3210 50180 000 250 6 灰尘去除量 3 3 旋流器 旋流器 共设置 3 套旋流器 旋流器的材料选用 PU 或 KM 材料 内表面光滑 旋流 器的总容量按设计煤种下 4 台炉 BMCR 工况和硫回收工段尾气脱硫产生的硫铵浆 液量的 100 选择 每个旋流器的处理量为 80m3 h 共 5 个旋流子 备用 1 个 4 4 离心机 离心机 共配置 3 台可连续也可断续运行的离心脱水机 每台离心脱水机出力为 10t h 脱水后硫铵固体含水率为 4 5 5 干燥机 干燥机 共设置干燥