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浙能兰溪发电厂深度脱硫脱碳及资源化利用项目 项目摘要项目摘要项目摘要 2 | 22目录一、项目简介1二、工艺设计22.1脱硫段22.2脱碳段4三、节能设计5四、设备设计6五、清洁生产10六、厂区选址与布置116.1厂区选址116.2总厂布置126.3三维布置图13七、安全环境分析15八、经济效益分析15九、软件使用17十、项目总结18 13 一、项目简介随着工业化的迅速发展，我国的大气环境污染日益严重。工业废气的任意排放是促使雾霾快速形成的主要原因之一，其中含硫的工业废气还终将导致酸雨的发生。这些都是严重影响人们正常生活并持续降低居民生活质量的重要因素。因此，治理工业废气，完成废气的脱硫、脱碳工作变得刻不容缓。本项目是浙江省兰溪市浙能兰溪发电厂深度脱硫脱碳及资源化项目，并有效结合煤碳发电至化肥行业，本项目深度脱硫效率达到99.5%，年产硫酸铵7.2万吨，浓硫酸5.3万吨、脱碳效率达到81.2%，大大减少二氧化碳的排放，具有良好的发展前景。经发展和社会可持续发展两者紧密结合，实现了双赢局面。本厂拟建于浙江省兰溪市浙能发电厂周边，地理位置优越。本团队在工艺设计中，兼顾经济效益和清洁生产，思路明确，亮点突出，其主要体现在如下几个方面：通过研究和讨论，我们选用NADS氨法法脱硫，这种方法符合我国“低碳环保”、“节能减排”与“循环经济”的发展方向。NADS氨-肥法是一种新的以氨为脱硫剂的烟气脱硫技术，属于回收法，可生产高浓度、硫铵、磷铵或硝铵和硫酸钾化肥。NADS的优势：资源全利用化，副产物价值高，装置可靠，设备占地小，环保要求更高。通过计算和模拟，我们的项目实现了高效脱硫，并年产7.2万吨的硫酸铵以及5.3万吨浓硫酸。本项目的可行性较高。图1 NADS氨肥法SmarArt分析从经济分析结果可以看到，本项目的盈利能力良好，在经济上具有很大的可行性，同时能耗相对国家行业标准较低，且项目应对市场供求变化的能力强，生存能力强。二、工艺设计2.1脱硫段氨肥法烟气脱硫吸收剂为液氨，与原料烟气中的SO2的反应是气/液两相反应，反应速率高，快速完全，对SO2的吸收能力比其他工艺高。对高硫煤质也能达到9799的脱硫效率。由于氨易溶于水，在液气比一定的情况下，很容易提高其对SO2的吸收能力，能够满足燃料含硫量波动时的脱硫要求。在石化行业采用氨法烟气脱硫工程具备的有利条件包括：有液氨或废氨水供应，有复合肥装置可供利用，有完善的氮肥销售体系，符合我国“低碳环保”、“节能减排”与“循环经济”的发展方向。氨法脱硫液气比小，系统阻力低，装置每小时电耗比湿式钙法低近40。副产物硫酸铵作为农用化肥，有一定的经济价值，能够显著降低装置的运行费用，无废水废渣，具有明显的经济效益和环保效益。如采用废氨水作为脱硫剂，又能变废为宝，符合节能减排、循环经济的要求。氨法脱硫母液介质及最终产物易溶于水，对设备的磨损及其引起的堵塞风险都明显低于其他工艺。流程简洁，易于实现长周期稳定运行。NADS技术使用一个多级吸收塔，相当于多个吸收塔串联,工业上一般为35级。与现有国外的石灰石石膏法的吸收塔不同，在氨肥法中吸收剂NH3是从塔的下部加入,而不是从上部加入。最上面加入水。与传统的氨法脱硫不同，氨肥法主要以液氨(纯度大于99%)为原料，而不是以氨水为原料。因此,在氨肥法中，氨和水是分别加入吸收塔的。吸收塔的特点是：从上往下，吸收液质量浓度不断递减。一般情况下，最下一级吸收液中亚硫铵质量浓度在30%50%,视烟气进口的SO2质量浓度而定。最上层吸收液中亚硫铵质量浓度很低,基本小于1%。其优点是在保证SO2吸收率大于95%的同时,出口尾气中的NH3含量可以控制得很低,小于10mg/L。因此，氨肥法可很好地避免亚硫铵“气溶胶”问题。图2 总工艺流程图图3 Aspen模拟的工艺全流程图工艺流程：NADS的工艺流程如图3所示。由电除尘器来的SO2烟气（温度140160）经过再热器回收热量后，温度降低至100120，再经过水喷淋冷却小于70，进入SO2吸收塔。吸收塔的吸收温度在5060，SO2吸收率大于95%，烟气出口NH3浓度小于10mg/m3。吸收后的烟气进入再热器，升温到大于80，进入烟囱排放，吸收塔为多级循环吸收，一般级数为35级。2.2脱碳段醇胺包括一级醇胺如：MEA、DGA；二级醇胺如：DEA、DIPA；三级醇胺如：TEA、MDEA；空间位阻胺如：AMP。以上各种醇胺结构式中至少具有一个羟基及一个胺基。羟基可增加醇胺的水溶性以降低其蒸汽压，而胺基则为提供水溶液的碱性，因此可吸收酸性气体。醇胺法脱碳开始应用的是一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA），后来又在克劳斯尾气装置上使用二异丙醇胺（DIPA）。80年代我国研制开发了新型选择性脱硫溶剂N-甲基二乙醇胺（MDEA），开始在天然气脱硫装置上应用；进入90年代，MDEA在炼厂气脱硫装置上也开始应用。吸收快慢次序为：一级醇胺二级醇胺三级醇胺。优点：1. 具有较高的载气容量，只需较少的溶剂循环，就有满意的分离效果。2. 分子量小，吸收酸性气体能力强，对捕集燃烧后烟气中低浓度的CO2最具优势。3. MDEA 在醇胺类吸收剂中碱性最强，吸收能力最强，反应速度快。4. MDEA 适合在CO2 分压较低的情况下应用，吸收率受操作压力影响不大，既可在高压下操作，也可在常压下操作。图4 脱碳工段Aspen模拟流程图三、节能设计双效蒸发多效蒸发是化学工业中较为常见的一种蒸发结晶措施，通过扩展工艺流程，来降低蒸发结晶操作能耗的一种途径。其基本原理是重复使用蒸发结晶塔的能量，以提高热力学效率。具体做法是以多塔代替单塔，即将一个分离任务分解为由若干操作压力不同的塔来完成，将前几塔顶蒸汽作为次级塔底再沸器的加热蒸汽，以此类推直至最后一个塔。其节能的关键是要选择适宜的各塔操作压力，其中应用最普遍的是双效蒸发。图5 普通变压蒸发与双效变压蒸发的能耗对比图夹点技术首先，运用夹点技术结合Aspen Energy Analyzer软件进行相关设计，取得了良好的结果。换热网络改造的主要依据，即夹点的设置原则如下：1.物流数目准则 夹点之上：NHNC，夹点之下：NHNC2.热容流率准则夹点之上：CPHCPC，夹点之下：CPHCPC3.最大换热负荷准则为保证最小数目的换热单元，每一次匹配应换完两股物流中的一股。优化之前总费用指数为1.456，优化之后总费用指数为1.114，相比不进行换热网络合成的工艺流程，总费用降低约30.7%。可以说能节约成本效果十分明显。流程能量循环与利用工艺流程涉及大量热交换，单纯用公用工程换热势必造成能量的不合理利用 以及能量的部分损失。因此通过必要手段实现能量有效利用、减少公用工程用量、 减少成本显得特别重要。本流程利用热集成分析了公用工程、工艺物流之间能量匹配，考虑厂区布置、工段耦合、工艺技术要求，实现了多股工艺物流换热，并用 HEATX 在全流程模拟。能量的循环提高了能量品位的利用效率，从而达到降低能耗的目的。图6 工艺物流换热示例四、设备设计1.氨法脱硫塔内衬防腐材料的创新(ZS-1042脱硫防腐涂料)目前脱硫塔防腐技术最好，施工最方便，材料最轻的防腐材料就是ZS-1042脱硫专用防腐涂料，根据脱硫塔、脱硫设备以及脱硫相关部件的腐蚀特点，北京志盛威华化工有限公司多年来对脱硫塔、脱硫设备以及脱硫相关部件的研究和摸索，研发出ZS-1042脱硫专用防腐涂料，针对脱硫防腐性研发涂层，该涂料针对脱硫的腐蚀，具有耐温高，耐温可以达到850，涂层耐酸碱浸泡摩擦腐蚀、涂层硬度高抗磨差力强，很好温差变化下的材料疲劳性损耗，抗弯曲性，粘结强度高，涂层致密度高，可以厚层施工涂层不龟裂脱层等特点。ZS-1042脱硫专用防腐涂料耐化学防腐、物理防腐和电化学腐蚀性极好，涂层线膨胀系数8106/,附着力可以达到10MPa以上。ZS-1042脱硫专用防腐涂料可以耐住脱硫塔底部的颗粒浆液强磨蚀性，耐脱硫浆液强酸碱腐蚀性，耐脱硫塔气固液多相性腐蚀，浆体高速喷淋摩擦、震动腐蚀、酸露点腐蚀、卤化物腐蚀等摩擦腐蚀。2.新型节能屏蔽泵常规屏蔽式电动机与同功率同极数普通电动机相比效率要低10个百分点，功率因数则更低。而该系列泵相比常规屏蔽泵而言其整体效率显著提高，其利用哈氏合金、钕铁硼永磁材料，使电机效率高、功率因数高及功率密度大、过载能力强、且温升低、噪声小、长期高温运行时可靠性高、无泄漏、防爆、耐腐蚀等特点，且可以在200下稳定运行。图8 节能泵与常规泵能耗对比表3列管式固定床反应器列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在2550 mm之间，其较适用于反应热效应较大的反应。图9 列管式固定床反应器4型管式静态混合器本反应采用专利号为ZL 200420055315.8的新型管式静态混合器作为预混合（反应）器。该设备能将反应物快速，很好的克服在碳酸丙烯酯合成过程中温度波动加大的弊病，使生产连续性加强，稳定可靠，使后续合成率大大提高，合成时间缩短，反应充分，安全性能高，物料反应平稳，提高了生产中的安全系数，调节直观简便，温度波动大大减小，自动控制变得较为容易。图10 型管式静态混合器5隔壁精馏分离技术本工艺中，第四工段（碳酸丙烯酯反应精制工段）经精馏出来的凝液中含有环氧丙烷、丙二醇和碳酸丙烯酯，利用分隔壁精馏塔替代传统两塔精馏系统，能够直接分离出三种组分的浓溶液，分离得到最终产品，与普通双塔流程相比，采用隔壁精馏技术，可节省冷耗 20.01%，节省热耗 18.94%，并省去其中一个塔的冷凝器与再沸器，具有明显的经济效益。隔壁精馏塔模拟流程图如下图所示：图11 隔壁精馏塔模拟流程图表1 隔壁塔负荷节能表双塔分离隔壁塔节能比率PG分离PC分离塔顶冷负荷MW9.219.523.419.8%塔底热负荷MW9.521.126.117.2%总负荷MW18.740.649.519.9%五、清洁生产NADS氨肥法不产生二次污染清洁生产水循环使用，能源二次利用使用重复利用吸收剂，节约成本废弃气体，液体，固体，进行分类处理图12清洁生产示意图采用NADS氨肥法路线，将国内无法依赖的S02原料资源利用，是煤电行业发展循环经济、实现节能减排、清洁生产、废弃物资源化利用和提高经济效益的重要途径。工艺路线过程实现了能量的循环，提高了能量品位的利用效率，从而达到降低能耗的目的，也减少了三废排放。本流程利用热集成分析了公用工程、工艺物流之间能量匹配，考虑厂区布置、 工段耦合、工艺技术要求，实现了多股工艺物流换热，并用HEATX在全流程模拟。六、厂区选址与布置6.1厂区选址图13 厂区卫星图本项目将厂址定在位于浙江省兰溪市浙能发电厂下部，靠近兰溪市浙能发电厂，兰溪市公共设施完善，企业集群使内部产业链优势明显；原料尾气直接来自发电厂，方便快捷；三废处理、公用工程均有配套产业供应；本项目是国家鼓励型项目，还得到了政府的政策扶助优惠和资金技术支持，注重产业的健康可持续发展。6.2总厂布置行政办公区生产区产品储运区公用工程区图14 厂区布置图浙能兰溪发电厂为本项目提供了丰富的原料，便利的交通运输设施能够保证在本项目发展期间，原料和产品能够顺利、快速、高效的运进运出。同时，稳定的电力保障，淡水供应园区绿化风景及排水设施、污水处理、工业气体、公共管廊、消防、通讯等的规划建设，可为入区企业提供全方位的安全、稳定、高效的服务。优惠的投资政策，成为吸引众多企业投资者的不二之选。对本项目的建设是一个较好的选择。6.3三维布置图图15三维布置图图16 三维厂区19七、安全环境分析本项目运用Risk System软件对厂区内的硫酸、硫酸铵、丙二醇、液氨等储罐区进行了重大危险源辨识并根据物质的物性进行了罐区物质的源相分析，继而根据源相分析的结果进行池火事故模型预测、沸腾液体扩展蒸汽爆炸预测、蒸汽云爆炸模型预测分析了事故的伤害范围；此外还运用了ALOHA软件对相关储罐进行了蒸汽云爆炸事故、池火事故、中毒事故的模拟；运用Noise System软件对厂区及其周边环境进行噪声评价；运用了EIAW水质评价预测等软件进行了环境影响方面的评价；还采用了HAZOP分析软件、道化学火灾、爆炸危险指数评价对重大危险源进行风险预评估后设置SIS、DCS和ESD相结合的控制系统，实现对设备和系统的稳定控制。八、经济效益分析本厂经济技术分析遵循相关经济指标与分析方法，在充分了解市场价格后，借助 Aspen Economic Analyzer进行辅助计算，对全厂投资、利润、现金流量等进行了详细估算与说明。计算可知，本厂总投资323586.0189万元，投资回收期2.73年。分析结果表明，本厂在经济上是可行，具有较高的经济效益。表2 经济效益分析序号项目名称单位数值一产品方案万吨/年1硫铵万吨/年7.289942硫酸万吨/年5.320323碳酸丙烯酯万吨/年185.331454丙二醇万吨/年16.64725二年操作时间小时8500三主要原材料，辅助材料用量1液氨188702环氧丙烷118483231.31754钒催化剂16.60685MCM-41分子筛负载ClAlPc27四公用动力消耗量1低压蒸汽万吨/年1562中压蒸汽万吨/年253循环冷却水万吨/年50004电亿度/年1.25仪表空气/年4940000五三废排放量1废气519.32废水1770.83废固43.6068六全厂定员人136七总占地面积亩300八单位产值能耗吨标煤/年九单位产品能耗吨标煤/硫铵和硫酸十工程项目总投资万元323586.01891固定资产万元208651.77912无形资产万元20886.43递延资产万元11013.09254预备费用万元29749.61445建设期利息万元127406流动资金万元40545.1329十一年销售收入万元1907923.498十二成本和费用1年均总成本费用万元195619.8652年均经营成本万元1182617.792十三年均净利润总额万元530766.2346十四年均销售税金万元87872.7687十五财务评价指标1投资利润率192.972投资利税率220.133资本金净利润率322.564投资回收期（静态）年2.315投资回收期（动态）年2.736全投资财务内部收益率（税后）11.037全投资财务净现值（税后，）万元2624338.619十六清偿能力指标1人民币借款偿还期（含建设期）年7盈利能力的三维面积图如图16所示图17 项目的盈利能力三维面积图通过三维图的显示，在建设期，我们会投入很多的成本，投产期我们投入的成本更多，一旦到达产期时，我们的销售产品的利润很高，项目的可行性很强。通过这张图片，就能很明显的发现，我们的利润空间很大。九、软件使用本次设计浙能兰溪发电厂深度脱硫脱碳及资源化利用项目所用到的软件主要：表3 软件使用一览表软件使用一览表流程模拟Aspen Plus V8.4换热网络优化和设计Aspen Energy Analyzer V8.4塔设备设计与校核Aspen Plus V8.4、Cup-Tower、Sulpak、KG-Tower、SW6-2011换热器设计与校核Aspen Plus V8.4、Aspen Exchanger Design and Rating V8.4、SW6-2011自动