2003版本0-项目摘要

华电电厂2#机组活性焦干法烟气脱硫项目摘要 2017“东华科技-陕鼓杯”第十一届全国大学生化工设计大赛华电电厂2#机组活性焦干法烟气脱硫项目From：“北冥有鱼”设计团队许荣杰 李华诚 段一菲 陈昌梅 高诏诏设计摘要本项目是为灵武市华电电厂含硫工业废气设计一套深度脱硫并予以资源化利用的装置。以灵武市华电电厂的工业废气为原料，通过活性焦吸附使其中的SO2催化氧化为H2SO4，再对活性焦进行加热，释放出SO2。其中活性焦可再生利用，活性焦吸附和解析工艺均为干式，全过程不耗水。设计中原料的循环利用，减少原料需求量，降低能量损耗，减少系统对环境的不利影响，并对排出的污染物提出了合理的治理方案。1 工艺设计1.1 工艺流程本项目包括四个工段，各工段的工艺流程图及说明如下：（1） 脱硫工段来自机组的烟气，经过电除尘器除尘后，经过离心式鼓风机多级压缩，降温升压后，再经过板翅换热器降温，经处理后的烟气为120，10个大气压，分为两股等量进入两个移动床反应器，反应器内的活性焦对二氧化硫、氧气和水进行吸附处理，在吸附处理的过程中这些物质可以在活性焦表面上的活性点催化作用下从原来的二氧化硫气体直接被氧化成三氧化硫，之后，三氧化硫会和水蒸气发生反应生成硫酸，脱硫后的烟气从反应器上部去脱硝工段进行脱硝，吸附了二氧化硫的活性焦从反应器底部出来被传送去解吸塔，被加热，使其温度达到400，在加热一段时间后，活性焦的孔隙存在的硫酸，经过分解作用之后会重新释放出出二氧化硫气体，处理后的活性焦经冷却到120，使用专门的运送机械将其再一次输送到吸附脱硫反应器中脱硫，同时向反应器内补充一定量的活性焦，以便连续脱硫。解吸塔上部分出来的气体经旋风分离器分离后，气体去二氧化硫转化工段，经旋风分离器分离出来的活性焦机械磨损严重，活性较低，收集起来当做燃料使用。（2） 二氧化硫转化工段自脱硫工段来的温度较高的含二氧化硫混合气体，经过固定管板式换热器降温到40，此过程中水蒸气被冷凝下来，汽液混合物进入汽液分离器，分离器下部分分离出来的废水进入污水处理厂，上部分出来的气体经压缩后，进入干燥器，在干燥器内，用浓硫酸吸收气体里含有的少量水，吸收水后的浓硫酸去硫酸生产工段进行使用，干燥后的气体经过换热器升温到400，在固定床反应器，二氧化硫和混合器内的氧气在五氧化二钒催化作用下反应生成三氧化硫，生成的三氧化硫去硫酸生产工段。（3） 脱硝工段自脱硫工段来的气体，经换热器降温后，分两部分等量进入两个固定床反应器，来自液氨储罐的液氨经液氨蒸发器蒸发，经过气氨缓冲罐后，也分两部分等量进入两个固定床反应器，在五氧化二钒催化作用，氮氧化物和氨气，烟气中的氧气反应成氮气，反应后的气体经换热器降温后，经烟囱后排放。（4） 硫酸生产工段自二氧化硫转化工段来的含三氧化硫的混合气，经换热器降温；来自二氧化硫转化工段的吸收水的硫酸与新增加浓硫酸经泵注入吸收塔内，吸收混合气里的三氧化硫，吸收塔底部出来的浓硫酸经换热器降温后，一部分去二氧化硫转化工段吸收水，一部分在搅拌釜内用水稀释成98.3%的浓硫酸，塔顶出来的气体一部分排放，一部分经压缩后未反应的二氧化硫去二氧化硫转化工段进行转化。1.2 工艺创新1.2.1三氧化硫吸收塔的控制三氧化硫吸收塔设计为填料塔，以98.3%的浓硫酸吸收混合气中的三氧化硫气体。混合气经过前面工段的处理，到达吸收塔塔釜的流量和组成基本稳定，吸收剂硫酸的浓度是衡定的，则对于该吸收过程，吸收效果取决于吸收剂的用量以及温度和压力条件。（1）吸收剂用量控制：由于该吸收过程是双塔串联，由前一座塔吸收过后的混合气组成不稳定，会受到吸收效率的影响，若使用简单控制来控制吸收剂的用量，会导致当两座塔中的一座吸收过程出现波动便会影响到另一座塔的吸收，且第一座塔吸收后的吸收也液进入 第二座塔时也能使吸收效率产生影响。所以此次选用了比值控制来控制吸收的稳定性，以上一工段来的稳定的混合气通过一定的液气比产生比值信号去控制从另一座塔过来的吸收液，使每座塔的液气比稳定在最适宜的区间。（2）塔顶压力控制：由塔顶排出的气体经过填料塔里的传质传热，流向另一座吸收塔作为进料。吸收过程中压力和温度会对吸收效率产生非常大的影响，高压低温利用吸收，但浓硫酸吸收三氧化硫是放热过程，吸收效率越高放热越多，所以不利于通过温度控制吸收效果，所以选择通过压力变化来控制塔顶出料气体的流量，使吸收过程维持在高效的压力范围，同时作为另一座塔的进料，塔顶混合气的组成和流量也会影响到下一座塔的吸收效果，所以在利用压力控制塔顶气体流量的时候同时利用比值控制对下一座塔吸收剂的用量作出控制，使吸收维持稳定的液气比。（3）塔釜液位控制：在塔釜设置液位测量点，通过与塔釜流出液的流量形成串级控制，从而达到塔釜液位的安全以及吸收过程的稳定。 最终三氧化硫吸收塔的控制方案如下： 图2-1三氧化硫吸收塔的控制方案1.2.2 换热器的旁路控制换热器为使被加热或冷却物流达到规定温度需要通过各种控制方法来使换热器换热能力稳定。对于以公用工程为热或冷物料的换热器，通常只需控制公用工程的流量使另一物料达到规定温度，使用物料出口温度和公用工程的流量形成串级控制，使温度能更及时的控制。当物料是流股间换热时两种物料都是主要物料，限值其中一种的流量会导致其他设备中物料流量变化，所以在这里采用旁路控制的方法给其中一股物料设置旁路流通以及阀门从而改变进入换热器的物料流量，从而达到控制温度的目的。 图2-2 换热器的旁路控制1.2.3移动床脱硫反应器的控制 该脱硫反应器由于上端进固体物料没有很好的控制方案，必须对下端进气做出控制，烟气属于必须处理的物料所以无法通过限制进塔气体流量达到控制反应条件，所以将反应器设置为两段式绝热反应器，进塔气体分为两股物料，一股物料进入塔底，另一股物料进入塔中部。进入塔中部的物料为新鲜原料气，可以起到移走反应热的效果。所以通过进入反应器中部的物料流量可以达到控制反应温度的效果，而脱硫效率与压力没有很大的关系，与温度有直接的关系。通过控制中段进入气体的流量，达到控制温度的效果，使反应器的温度和中部进气流量形成串级控制。移动床脱硫反应器的控制结果如下： 图2-3 移动床脱硫反应器的控制2 节能设计通过用Aspen Energy Analyzer软件，然后根据夹点设计法，结合本厂设备布置的实际情况，在满足设计目标公用工程费用和设备费用最小的情况下，设计出最优换热网络。如下图所示为总费用最少换热网络方案。图2-1换热网络设计结果此外，对冷公用工程做出了合理的设计，由于工艺所需冷公用工程的流股多与热公用工程，故根据不同流股所需冷量的不同进行冷却水循环的设计，合理安排了冷却水上水和回水路径，使部分经过换热的冷却水回水在工艺条件容许的情况下接着对冷却水的温度要求不太高的流股进行换热，减少了冷却水的用量.手动设计的换热网络与软件自动设计并优化的换热网络对比结果如下： 图2-2换热网络设计结果对比3 设备设计本设计根据Aspen plus的模拟结果，我们对工艺流程中的脱硫反应器和SCR脱硝反应器进行了详细设计，包括基本的设备设计参数和特殊内构件的设计。利用Cup tower、SW6等软件对流程中的全部塔设备进行了工艺设计、基本参数设计和机械强度校核。此外还对换热器、泵、压缩机、储罐、气液分离器等设备进行了选型。4 控制方案本项目对换热器、精馏塔、反应器、储罐等设备进行了基本控制，以塔顶控制精馏塔为例：（1）精馏塔塔顶通过调节冷凝器冷流体进口阀的开度对塔顶压力进行控制。在精馏塔顶设温度、压力检测仪表，并设泄压阀，当压力过高时可泄压。（2）塔顶回流罐顶部设有放空安全阀，底部设有放净阀。回流罐安装就地液位显示仪表和液位控制报警器。通过由回流罐液位和塔顶采出量组成的简单控制方案，实现对回流罐液位的控制。5 总图运输5.1 厂址选择我们通过对宁夏宁东能源化工基地概况的了解，确定最终的选址为灵武市华电电厂旁，其具有优越的地理位置丰富的原料来源、便捷的交通运输和优惠的园区政策等优点。5.2 厂区布置总图布置遵循“节约用地，合理规划，安全为主，美观结合”的原则，对全厂进行了有序的布置。厂区布置划分为四个区域：生产区、生产辅助区、储罐区以及行政生活区。具体如图5-1所示。采用AutoCAD对厂区进行平面设计。使用SketchUp软件完成了工厂建模。图5-1厂区平面布置图6 环境与安全6.1 环保措施本项目的工艺废气均经高烟囱达标排放，预计不会对建设地区大气环境造成大的危害。本项目生产废水先进行预处理，然后送污水处理站集中进行生化处理，处理达标后排放。本项目工艺过程中产生的废渣送制造厂回收或进行深埋处理。噪声经隔声消音治理后，达到或低于工业企业噪声控制设计规范(GB/T50087-2013)，对厂界噪声值影响较小。6.2 安全措施本项目设计中贯彻“安全第一，预防为主”及劳动安全卫生设施“三同时”的方针。在涉及中尽量采取危害较少的工艺路线，使生产装置操作稳定，生产过程避免意外事故发生，达到安全本质。通过对原料、产物及生产过程中存在的潜在风险进行分析，制定了一系列安全防范措施。由于反应原料及产物大部分易燃易爆，存在一定的毒性，所以应在生产过程中防火、防爆、防泄漏、防中毒等。7 经济评价经过整个过程经济评估之后，得到以下主要经济指标表：表7-1 主要技术经济指标表项目合计/(万元)投产期达产期23456生产成本12695.1862539.0372539.0372539.0372539.0372539.037直接材料费2760.24552.048552.048552.048552.048552.048直接燃料及动力费6708.85341.765341.765341.765341.765341.76直接工资及福利费44889.689.689.689.689.6制造费用2245.386449.077449.077449.077449.077449.077折旧费782.083156.477156.477156.477156.477156.477修理费836.173167.235167.235167.235167.235167.235其他制造费627.130125.426125.426125.426125.426125.426管理费用1463.302292.660292.660292.660292.660292.660财务费用1762.8352.56352.56352.56352.56352.56利息支出2175.00435.00435.00435.00435.00435.00长期借款利息1928.43385.686385.686385.686385.686385.686流动资金借款利息246.57246.57短期借款利息0.00总成本费用合计37563.5287512.7017512.7017512.7017512.7017512.701其中:可变成本10001.8200.36200.36200.36200.36200.36固定成本8094.4881618.8981618.8981618.8981618.8981618.8