14-文档word2003版本源文件3-设计源文件9-创新性说明

姚孟电厂300MW机组烟气脱硫及资源化利用项目 创新性说明目录一、原料方案及其体系创新41.1.消除含硫工业废气污染源创新41.1.1含硫烟气的选择41.1.2黄磷尾气的选用51.1.3污染源创新性51.2脱除硫资源化利用创新5二、清洁生产技术创新62.1三废资源化处理62.2电袋式除尘器的应用72.3碳排放的减少72.3.1二氧化碳的资源化利用72.3.2公用工程降耗减排8三、反应技术及分离技术创新93.1反应技术创新93.1.1硫化钠硫磺法93.1.2气体还原法93.3分离技术创新93.4反应分离集成技术10四、过程节能技术创新134.1蒸汽透平134.2低温省煤器技术144.3三效蒸发技术154.4热泵技术16五、新型过程设备应用技术创新185.1新型撞击流反应器185.2一种大通气量气液均布的新型塔盘195.3新型真空带式过滤机的应用215.4 MVR三效结晶系统225.5 新型防振动换热器235.6 新型水冷式水泵的应用255.7新型降噪风机26一、原料方案及其体系创新1.1.消除含硫工业废气污染源创新1.1.1含硫烟气的选择目前，工业含硫尾气主要是低浓度的二氧化硫烟气。其通常是指二氧化硫含量低于3%的烟气。在我国，低浓度二氧化硫烟气来源很广泛，包括火电厂锅炉烟气、钢铁冶炼烟气、有色冶炼烧结锅炉烟气和转炉烟气等。它们具有量大面广的特点，如果不加控制和治理，将会造成严重二氧化硫污染。各类型工厂排出的低浓度二氧化硫烟气如表1-1所示。表1-1 各种类型工厂排出的低浓度二氧化硫烟气厂名工厂规模烟气SO2排出量（吨/天）备注SO2浓度（%）烟气量（m3/min）温度（）燃煤火力发电厂82万千瓦0.30.54801409001400随使用煤的含硫量的多少而变化炼铁厂烧结车间8000吨/天0.060.1701102948随使用原料含硫量不同而变化硫酸厂500吨/天0.030.36.260808.510.6/有色金属冶炼厂600吨/天0.150.37330515本例为炼铜厂反射炉烟气在我国，排入大气中的二氧化硫，有97%来自煤和石油。2.5%来自矿石烧结，0.5%则来自硫酸尾气。三大项二氧化硫烟气源的控制，即火电厂、工业锅炉及窑炉等，是实现二氧化硫减排的关键。其中，火力发电厂需要用大量的煤和石油，其所排放的烟气量最大。我国经济的持续增长有赖于能源动力的持续供应，而我国“富煤少油缺气”的能源结构客观上决定了火电在较长时间内，仍为我国能源动力的主要来源。因此，对火电厂进行烟气脱硫处理刻不容缓。故本项目选择燃煤火电厂烟气进行脱硫处理。1.1.2黄磷尾气的选用本项目在硫化钠吸收剂再生阶段需要用还原性物质还原硫酸钠使之重新变为硫化钠。本项目摒弃硫化钠生产的主流工艺煤粉还原法，创新性地采用气体还原法，利用具有还原性质的气体作为硫酸钠的还原剂，具有还原性质的气体主要有CO、H2，由于H2不易储存且价格昂贵，故选用CO作为还原剂。考虑本项目为环保项目，所采用的原料应尽量选用污染源，而不耗费现有的化工产品。黄磷尾气中主要含量为CO且目前黄磷尾气的处理还存在很大的问题，使其CO资源没有得到充分利用，因此，本项目创新性地选择黄磷尾气作为还原剂。1.1.3污染源创新性本项目可同时处理两大污染源燃煤烟气、黄磷尾气，使两大污染源的处理过程实现很好地耦合，环保效益与经济效益极大。1.2脱除硫资源化利用创新本项目采用硫化钠硫磺法对平顶山姚孟电厂300MW机组的烟气进行脱硫处理，使烟气中的二氧化硫含量由4538.19mg/Nm3降至19.69 mg/Nm3。将烟气中的二氧化硫转化为硫磺产品，且实现了吸收剂的再生。二、清洁生产技术创新2.1三废资源化处理本项目过程中会产生烟气洗涤废水、硫磺洗涤废水和冷凝废水、CO2废气、粉尘废固，其中对于冷凝废水通入凉水塔冷却后再循环使用，CO2气体通入MDEA脱碳塔进行吸收处理，解吸后得到工业级二氧化碳。粉尘固体则可回收送至总厂粉煤灰开发中心，进行进一步利用，产生经济效益，其具体处理方式如下：表2-1 三废资源化利用情况序号三废名称有害物组成排放量m3/h排放点排放去向处理方法名称含量%1烟气洗涤废水H2O99.976洗涤塔T0101送至总厂下属的污水处理厂回收使用HSO3-552ppmH+7ppmSO32-20ppm2冷凝水H2O10030三效蒸发器E0206E0209送至凉水塔回收使用3硫磺洗涤废水H2O99.991.2真空带式过滤机M0201送至总厂下属的污水处理厂回收使用S少量4水洗塔废水NaOH0.11.8水洗塔T0303送至总厂下属的污水处理厂回收使用H2O99.95流化床出口气体CO276.45690硫酸钠还原反应器R0301送往MDEA脱碳塔资源化利用CO23.62.2电袋式除尘器的应用图2-1 电袋除尘器在烟气预处理工段，对于烟气进行除尘处理时，采用电袋式除尘器，电袋式除尘器相比电视除尘器所需要的能耗更小，相比传统的布袋除尘器，电袋式除尘器中的布袋具有更长的使用寿命，减少了布袋的消耗，综合分析，电袋式除尘器结合了两种传统除尘器的优点，规避了两者的不足，是一种新型的，环境友好，具有较大潜力的设备，选择电袋式除尘器更符合清洁生产技术。2.3碳排放的减少2.3.1二氧化碳的资源化利用本项目在脱硫剂再生的过程中由于选用黄磷尾气（主要成分为CO）进行还原，不可避免的会产生二氧化碳。但本项目选用MDEA法对反应器的出口气体（CO2、CO的混合物）进行脱碳处理，其中的二氧化碳通过MDEA的捕捉，解吸后可生成具有经济效益的工业级液体二氧化碳，而出MDEA吸收塔的气体主要含量为CO，重新通入硫酸钠还原反应器，实现还原气的循环利用。2.3.2公用工程降耗减排为了进一步节能降耗减排，本项目在采用废热利用、三效蒸发、蒸汽透平、省煤器等热集成技术对原工艺系统进行优化后，公用工程能耗显著降低，有效地减少了碳排放量，具体节能减排情况见表2-2。表2-2 优化后节能减排信息表项目热公用工程/(kJ/h)冷公用工程/(kJ/h)匹配前1.5361081.081109匹配后6.3491071.852108物流匹配节能百分率58.6%82.9%能量优化量9.86108kJ/h每年碳排放减少量26.93万吨标煤/年三、反应技术及分离技术创新3.1反应技术创新3.1.1硫化钠硫磺法本项目摒弃传统治废产废的脱硫工艺石灰石石膏法，采用新型清洁深度脱硫工艺硫化钠硫磺法，在实现烟气二氧化硫超低排放的同时，不会产生白雾，能实现硫资源的高效利用，而且能实现吸收剂的再生循环，降低能耗。3.1.2气体还原法本项目在脱硫剂再生的过程中摒弃传统工艺煤粉还原法，该方法在硫化钠的生产过程中存在产品纯度低、能耗高、污染严重等缺点，严重背离本项目的环保宗旨。因此本项目创新性地选用气体还原法，且还原气创新性地选用黄磷尾气，在实现硫酸钠还原的同时能处理同是大气污染源的黄磷尾气，实现两大污染源处理过程的耦合。该方法产品纯度高、能耗较低、生产过程清洁。3.3分离技术创新本项目采用MVR三效结晶系统，结构如图3-1，实现三效蒸发与热泵技术的耦合，很好地进行了硫酸钠的蒸发结晶过程，比起传统的结晶分离技术，能耗大大降低。图3-1MVR三效结晶蒸发系统3.4反应分离集成技术 本项目采用流化床反应器进行硫酸钠还原反应，由于流化床操作气速可能存在不稳定性，会导致颗粒被带出，从而造成固体反应不完全、流化状态恶化的结果，为了克服这些缺点，本项目在反应器内部加装旋风分离器和挡网，如图3-2、3-3，使被带出的固体颗粒能及时返回流化床底部，重新进行反应，其流程如图3-4： 图3-2 水平挡网 图3-3旋风分离器图3-4流化床被带出固体颗粒反应分离流程硫酸钠颗粒主要在流化床的密相段进行反应，被带出时由于上部挡网的作用，随气流进入旋风分离器，在两级旋风分离器内，粗颗粒由一级料腿返回床层底部，细颗粒由二级料腿返回床层中部。在流化床内部既存在硫酸钠的还原反应，又存在对固体颗粒与反应器出口气体的分离，由此实现反应分离集成。四、过程节能技术创新4.1蒸汽透平烟气物流进口温度较高且含有大量能量，本项目采用急冷废锅回收大量高品位能量（产生300，8.7MPa的汽水混合物）。这部分能量若能合理利用，将会在一定程度降低生产装置的能耗与操作成本。从急冷废热锅炉得到的汽水混合物分流后，气液混合物在汽包内经由气液分离后，饱和水蒸汽经过热后推动透平产电，经直接代替原有的电能供能方式。工艺流程如图4-1。图4-1透平能量回收采用高压蒸汽推动透平带动压缩机运转即能够极大地回收高品味能量、大幅度降低电耗，又能节约大量的资金，降低每吨产品的能耗，具有切实可观的经济效益，其运营成本对比图如下：图4-2运营成本对比图4.2低温省煤器技术经过除尘处理后的烟气温度为180，温度较低，但由于烟气量巨大，烟气仍带有大量能量，直接采取冷公用工程降温不仅会增加冷公消耗，更浪费了能量，采用低温省煤器对能量进行进一步回收利用，其流程如下图4-3低温省煤器的能量回收流程通过低温省煤器的烟气温度大约能降低60，并与来自工厂的软水换热，升温后的水将进入总厂锅炉，增大换热区间从而减少煤炭燃烧能量的损失，其换热区间对比图如下：图4-4低温省煤器换热区间对比图4.3三效蒸发技术在硫酸钠溶液的蒸发浓缩过程中，采用三效蒸发技术，大大减少蒸汽用量，其装置如图4-5，蒸汽用量对比如图4-6：图4-5三效蒸发装置图4-6蒸汽用量对比图4.4热泵技术三效蒸发过后的硫酸钠浆料进入MVR结晶器，采用蒸发结晶进行硫酸钠的结晶。对其产生的蒸汽采用热泵技术（如图4-7）实现蒸汽的再利用，其节能效果对比图如图4-8：图4-7热泵技术流程图4-8热泵技术节能效果五、新型过程设备应用技术创新反应器结构创新5.1新型撞击流反应器硫代硫酸钠与亚硫酸氢钠的自氧化还原反应属于液相反应，对大多数液相反应过程而言，反应装置传质及混合效果对反应质量及效率影响重大。目前反应器中使用最多的是搅拌槽反应器（Stirred Tank Reactor，简称STR），但STR混合效果对于反应过程而言有时候并不理想，某些情况下（如产生死区和短路）甚至对反应质量及效率产生不利影响。为了克服这一缺点，本项目创新性地选择新型专利“一种用于液相反应的撞击流反应器”（专利号：CN200510045866.5）。该反应器是通过在导流筒内壁上设置螺旋式导流片，使导流筒内的流体流动伴随着强烈的旋转、湍流和螺旋流的相互作用，使湍动程度大大增加，紧接着在撞击区域上相互撞击，从而进一步强化撞击过程，获得更高的强化混合效果，并且旋转的流体能带动导流筒进、出口周围的流体相互混合，其卷吸能力、掺混作用比无旋流大，使混合流场范围扩大，同时导流筒内部由于螺旋式导流片的设置出现了流线弯曲及流动斜交，提高了流场的各向异性，使流场中速度分层明显，增大速度梯度，从而强化了撞击区之外的流场混合。其结构图如图5-1图5-1撞击流反应器结构图该反应器既保留了强烈的微观混合和液体连续循环流动，又强化了撞击过程和撞击区域之外的混合，使反应器内的流体达到均匀混合的时间缩短，大幅度提高生产效率，能获得良好的经济性能。分离结构创新5.2一种大通气量气液均布的新型塔盘本项目T0302解吸塔选用天津奥星化工科技公司的椭圆浮阀新型塔板，专利号201621093937.9，该塔板操作弹性大，传质效率高，气流分布均匀，气液接触充分，独特的阀体结构使其具有独特的排布方式，气相被反复冲破，提高了传质效率，具体结构如下：图5-8 椭圆浮阀图5-9 塔板平面图图5-10 塔板侧面图浮阀凸部与凹部紧密配合，增加了流道的曲折程度，加长了流动路径和时间，特别利于电厂等大物流量的场合，经试验对比，此新型塔盘相比于F1型浮阀塔盘在相同条件下平均压降下降了24%，板效率提高了25%，雾沫夹带及漏液现象明显变小，操作上限提高15%，下限降低了8%，操作弹性大大提升。5.3新型真空带式过滤机的应用经V0203结晶釜输出的工质为硫与硫酸钠溶液的混悬液，要分离出高纯度的硫，需要经过过滤、洗涤处理，硫的含水量20-30为宜；硫属毒性物质，有特殊臭味，不应直接暴露于空气中，故采用密闭的真空带式过滤机进行过滤、洗涤一体化处理，洗涤杂质，得到滤饼。本项目选择专利ZL201620120611.4一种新型真空带式过滤机此新型带辊压滤机，改进托带辊克服了以往托带辊在使用中出现的密封效果差的问题，采用迷宫密封和螺旋密封相复合的结构。通过采用以上密封结构极大改善了导辊的密封效果和润滑效果，使导辊使用寿命得到极大提高，同时，托带辊辊筒上采用改性PE材料代替硫化橡胶层的工艺，其优点是降低表面摩系数，增强耐磨性，解决了托辊磨损快的缺陷，提高了过滤机使用寿命。1.轴2.辊筒3.PE管4.内密封圈5.轴承座6.轴承7.迷宫密封外圈8.迷宫密封内圈9.螺旋密封圈10.内挡圈11.凸环12.挡板13.轴用挡圈图5-2 新型带辊设计图图5-3旋流入料装置示意图新型入料装置：该真空过滤机具有旋流进料装置，其安装于带式过滤机的上方，浆料在进入过滤机之前经过旋流器，在腔体内流动，在离心力的作用下高浓度浆料集中在腔体的侧壁附近并从底部进入真空过滤机，而稀料集中在旋流器的轴线附近，并从上部回流管排出，这样就降低了浆料的含水量，保证了过滤机的吸滤效果，降低了真空泵的能耗，耗气量降低15%。5.4 MVR三效结晶系统在吸收剂的再生工段，要对硫酸钠溶液进行结晶，传统结晶方式耗能巨大，我们采用“三效降膜+强制循环蒸发结晶”的工艺方案，压缩机通气量明显降低，可有效降低系统运行费用。双效降膜蒸发段浓缩至总浓度28.3%，此是硫酸钠的饱和浓度，硫酸钠在强制循环蒸发结晶段开始析出，系统进料20t/h,设计总蒸发量15.7t/h，产硫酸钠2.75t/h,排出残液1.55t/h。图5-4 MVR蒸发结晶系统装置初次开车时需补充一次蒸汽将蒸发器内物料温度升高至90以上,之后无需再补充新鲜蒸汽。本系统不采用燃煤锅炉等传统能源，少量工业电源即可，属于清洁能源，没有CO2和SO2的排放，无任何污染，单位能量消耗低，运行成本低，蒸发一吨水的消耗只相当于传统蒸发器的四分之一到五分之一，节能效果十分显著，相当于多效蒸发器的三十效。换热器结构创新5.5 新型防振动换热器E0303换热器的作用是冷却水冷却一氧化碳等反应气，降低反应气温度，以便于下一步的操作。因气体压力较大使烟气走管程，使冷却水走壳程，但是EDR模拟出的冷却水用量过大，即使换用多台换热器并联仍然效果不明显。以下是EDR对换热器振动的模拟结果：图5-5 模拟结果我们模拟了流体为空气时，u=20m/s，漩涡脱落一个周期内的的速度云图，可看出各管运动形态和流场的演化过程如下：图5-6 t=2.207s时同一根换热管在隔板处所受应力较大，易发生应力集中。中间管排与外沿管排的管运动反向，加剧了流场的变