3、创新性说明书

40万Nm3/h燃煤烟气深度脱硫设计方案 创新性报告书-目录 创新型说明书目录一、方案创新11.1脱硫方案创新1二、设备创新22.1移动床反应器22.2热再生炉22.3氨水喷淋传送带3三、节能创新43.1MVR技术43.2半焦再生技术结合4四、分离技术创新64.1结晶相图图解法6五、清洁生产创新85.1绿色生产8六、原料来源与产品需求9140万Nm3/h燃煤烟气深度脱硫设计方案 创新性报告书-方案创新 一、方案创新1.1脱硫方案创新本项目采用活性半焦光催化脱硫脱硝一体化技术。目前国内外脱硫技术应用最广泛的是湿式石灰石石膏法，但该技术工程投资大、运行成本高，设备和管路系统易磨损和堵塞。目前为止，对烟气脱硫脱硝工艺能够进行整合和一体化脱除的工艺有干法烟气脱硫脱硝工艺。我国采取的烟气脱硫脱硝工艺有干法烟气脱硫脱硝工艺是在无液相介入的完全干燥状态下，应用粉状或粒状的吸收剂、吸附剂或催化剂来脱除烟气中的SO2、NOx。干法脱硫脱硝工艺过程简单，投资和操作费用低，能耗小，无二次污染，净化后烟气温度高，有利于烟囱排气的扩散。尽管脱硫脱硝效率稍低，但也足以满足环保要求，所以近几年来干法烟气脱硫脱硝的研究和开发受到国内外普遍重视。干法脱硫脱硝剂可大致分为两类：一类是以碱性氧化物为主要活性组分，该类脱硫脱硝剂一般使用温度较高（大于350），难以与现有的锅炉匹配，而且再生条件苛刻；另一类为具有丰富微孔结构与高比面积的炭基材料，用于烟气脱硫脱硝的炭基材料主要是活性炭和活性焦。炭法烟气脱硫脱硝具有的独特的优点如下：（1）脱硫脱硝温度（90150）与锅炉排烟温度120250相匹配；（2）借助于炭基材料的特性及烟气中微量氧气和水蒸气的存在的过程是催化氧化过程，效率高；（3）脱硫脱硝工艺和脱硫脱硝设备简单，几乎不需要外加动力，运行成本低；（4）作为吸附剂的活性炭材料再生容易，副反应少，不会产生二次污染。故本项目采用中国海洋大学李春虎教授提出的活性半焦光催化脱硫脱硝一体化技术，采用半焦作为原料（山西作为煤矿大省，有充足得半焦来源，价格便宜）进行脱硫脱硝。这种脱硫脱硝一体化技术为我国废气处理可以提供一种新的思路。1040万Nm3/h燃煤烟气深度脱硫设计方案 创新性报告书-设备创新 二、设备创新2.1移动床反应器针对烟气脱硫脱硝脱汞的需求，该移动床反应器结合活性半焦光催化剂进行烟气的处理。该反应器能够实现硫、硝、汞脱除一体化。且与湿法脱硫、SCR法脱硝相比具有投资少、硫氮污染元素全回收、能耗低、设备简单、维修方便、烟气无需再加热等优点，同时将烟气中的SO2、NOx等“有毒有害杂志”转化回收为硫铵、硝铵等多种硫氮化产品，多次再生活性降低的活性半焦脱硫、脱硝剂课在氧化/再生过程中自组装生产成废水处理剂、滤料和锅炉燃料等。在移动床反应器中，烟气与半焦催化剂进行错流吸附反应，进而可以看出其处理量大，压降低，温度分布均匀且氧化效果好。在反应器内增设气体孔道，使得进出烟气流速均匀，提高净化效率。在竖槽中增设移动导流板可以控制半焦催化剂向下移动速率，以减少半焦颗粒的碰撞和磨损。综合来说，此移动床反应器操作弹性稳定，投资性价比高，运行成本费用低，无二次污染等优点，可广泛应用于各种含硫尾气的处理。2.2热再生炉本半焦热再生炉具体地说是利用烟气和水蒸气加热再生活性活性半焦的热再生装置。众所周知，活性半焦在脱硫过程中，SO2和NOx在半焦光催化剂表面上吸附转化为硫酸和硝酸，但同时其储存于半焦的微/中控中，占据了活性吸附位，降低了半焦的吸附能力。而为了使半焦恢复其吸附能力，需要对半焦进行再生处理。目前半焦主要的的再生方法：水洗法、热再生法和氨水再生。针对水洗法的推动力小，再生时间长，得到的产品浓度低。利用价值不高。氨水再生推动力大，再生副产品价值相对较高，但再生不够彻底。热再生法再生彻底，但相应的能耗高，半焦的损失也比较大。综合三种热再生处理的优缺点，本再生装置将氨水再生后的半焦继续进行热再生，通过高温烟气和水蒸气将半焦表面吸附和反应声场的硫铵、硝铵进行冲洗，使得半焦催化剂的活性得到恢复。这样综合处理，使得催化剂的再生时间短，再生能耗低，再生彻底、还可以副产硫铵、硝铵母液。在该反应器中，高温烟气和水蒸气在列管中与半焦催化剂进行直接接触式换热。换热效果好，则再生温度相对于传统热再生较低，可以有效地减少半焦的损耗和提供的能耗。再者半焦与烟气在管内进行吹扫与反应，反应彻底；能够有效地避免半焦硫容的不均匀分布。2.3氨水喷淋传送带针对工艺流程需求，本次设计了一种结构简单、运行成本低廉且实现副产硫铵和硝铵的移动式喷淋再生装置。本设计包括用于传输催化反应后吸附饱和的半焦光催化剂的传输带，在其下方至少有一个用于收集储存再生后生成的硫铵/硝铵的母液储槽，在传输带上方的氨水喷淋装置，所述喷淋装置依次包括氨水储槽、加压泵和多个氨水喷头，半焦光催化剂平铺在传输带上，氨水经加压泵加压后由喷头喷淋并与半焦光催化剂充分接触，再生过程中生成的硫铵和硝铵流至下方的硫铵/硝铵母液储槽，半焦光催化剂在被输送至卸料端的过程中完成半焦光催化剂吸附的硫酸和硝酸反应再生过程。整个喷淋再生装置在一个封闭的系统内进行，以降低喷淋过程中氨水的挥发泄漏。所述喷淋装置还可以在氨水储槽和加压泵之间设置烟气-氨水换热器，利用与烟气换热将氨水加热，降低原烟气温度的同时，使半焦光催化剂再生效果更好。所述硫铵/硝铵的母液储槽优选为3个，依次分布在传输带的下方。所述硫铵/硝铵的母液储槽还设置有至氨水喷头的循环泵，可以通过循环泵将上层的氨水清液和硫铵/硝铵母液送至氨水喷头进行多级喷淋。所述氨水喷头为平行排布的多排超声喷头。本设计在完成半焦再生的同时，可对其中的硫氮实现资源回收；另外，移动式多级喷淋再生扩散动力大，再生时间短且比较彻底，具有广泛的推广价值。2-1氨水喷淋设备示意图40万Nm3/h燃煤烟气深度脱硫设计方案 创新性报告书-节能创新 三、节能创新3.1MVR技术本项目有结晶分离，需要消耗大量蒸汽，故采用MVR技术，将水蒸气通过压缩机压缩提高温位，再反过来加热结晶母液。表3-1传统技术同MVR技术比较传统公用工程加热MVR技术加热蒸汽消耗 t/h30.02（补充蒸汽）耗电量 kW/h5090时运行成本 元/h307.571.5年运行成本 万元/h（以7800小时计）239.8555.77每年节省费用 万元184.08注：低压蒸汽200元/t 电0.75元/千瓦时虽然增加了设备投入费用，但是操作费大大降低。3.2半焦再生技术结合本项目催化剂再生采用氨水再生和蒸汽热再生相结合的方式。热再生法是通过高温气体吹扫或者从外部提供热量使吸附所生成的H2SO4 与碳反应，生成富集SO2而脱附出来，主要反应为：2H2SO4 + C = 2SO2 + CO2 + 2H2O (1)H2SO4 + C = SO2 + CO + H2O (2)热再生中用到的吹扫气体有水蒸气、N2和其他惰性气体等。其实质就是用流动的惰性气体将生成的SO2吹扫出来，得到富集的SO2气体，可用来生产浓硫酸等价值较高的硫产品。氨水再生法。首先，氨水再生扩散动力较水洗再生法的大、再生时间短，氨水用量少；氨水可与硫酸/硝酸直接反应生成硫酸铵/硝酸铵，用于纸浆或化肥；氨水再生后，活性半焦呈碱性，脱硫活性更高，使用寿命更长。氨水同存储于半焦微/中孔中的硫酸和硝酸反应，带走产物，空出活化位： 2NH3H2O+H2SO4(NH4)2SO4+2H2O (3) NH3H2O+HNO3NH4NO3+H2O (4)本项目采用氨水再生和部分热再生结合的方法，在得到有较高价值的硫酸铵和硝酸铵产品的同时，也能提高催化剂使用寿命，同时能耗也较完全热再生的低。 40万Nm3/h燃煤烟气深度脱硫设计方案 创新性报告书-分离技术创新 四、分离技术创新4.1结晶相图图解法本项目涉及的三元双盐体系很难找到对应的热力学参数，相图从常规的文献中难以得到。所以，本团队决定使用Aspen plus中的数据通过一定的单元设备控制得到最终的相图。根据Aspen中得到的数据，作出下图。图4-1 不同温度下硫铵-硝铵-水体系下的相图由上图可以了解随着温度的降低，硫铵硝铵的共结晶点向着右下方移动这对于硫铵和硝铵的分离提供了方便。 图4-2 40和85下结晶图解本项目通过相图图解法指导结晶分离操作，简单快捷，为结晶分离方法提供了一种新的思路。五、清洁生产创新5.1绿色生产本项目的废气主要是热再生炉中的烟道气，经过冷凝后送入移动床反应器排出，由于本次设计是烟气脱硫，而烟道气的量相对于锅炉废气可以忽略不计，故本项目可以视为无废气排放。本项目的液体主要为烟道气冷凝液（含硫铵、硝铵），和MVR技术冷凝液（含一定氨）。前者送入结晶器，后者可以配置氨水。除了定期需要排放一定废水以维持物料平衡，本项目可以视为没有废水排放。本项目固体废弃物只要是半焦碎小，可以送回活化工段重新挤压成条，故本项目可以视为没有废固排放。综上，本项目基本没有三废排放，实现了“绿色生产。” 40万Nm3/h燃煤烟气深度脱硫设计方案 创新性报告书-原产品料来源与产品需求六、原料来源与产品需求本脱硫工艺采用半焦作为光催化剂和吸附剂，在半焦的来源途径来说:本厂位于山西省原平市，众所周知的山西省作为产煤大省每年废弃的焦炭量相当大。所以我们项目所需要的活性半焦来源十分便宜，这就极大程度上促进了含硫烟气的处理。这不仅对于山西这产煤燃煤大省经济的发展有着很大的促进作用，且从环境保护方面来说，原料