【導(dǎo)讀】燃煤鍋爐煙氣氨法脫硫工程。合肥寧垣工程技術(shù)有限責(zé)任公司。中原大化燃煤鍋爐氨法脫硫工程可行性研究報告

　　

【正文】 產(chǎn)品生產(chǎn)能力和質(zhì)量指標(biāo) 標(biāo)段 產(chǎn)品名稱 公稱能力 年產(chǎn)量 質(zhì)量指標(biāo) 第 17 頁 共 51 頁 I 標(biāo)段 硫酸銨 5440t/a 5440t/a 外 觀 ： 無 可 見 機械 雜質(zhì) 水分： ≤ 3. 0% 氯化銨： 少量 硝酸銨： 少量 灰塵： 少量 II 標(biāo)段 硫酸銨 8016t/a 8016t/a 外 觀 ： 無 可 見 機械 雜質(zhì) 水分： ≤ 3. 0% 氯化銨： 少量 硝酸銨： 少量 灰塵： 少量 亞硫酸銨 8480t/a 8480t/a 外 觀 ： 無 可 見 機械 雜質(zhì) 一水亞硫酸銨 %≥ 85. 0 亞 硫 酸 氫 銨 或 碳酸 氫銨 % ≤ 硫酸銨 %≤ 7. 0 （ 2）脫硫裝置設(shè)計保證值 本設(shè)計的脫硫工藝具有前瞻性，可以滿足未來 10～ 15 年日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。煙氣 SO2排放濃度 ≤50mg/Nm3；脫硫裝置在煤質(zhì)波動、負(fù)荷波動時，脫硫率不低于%；脫硫裝置入口 SO2濃度 ≤1600mg/Nm3時，整個裝置能夠連續(xù)穩(wěn)定運 行。 鍋爐 50%～ 100%工況，燃用煤種符合招標(biāo)文件要求，任意 5分鐘平均值的脫硫除塵效果均應(yīng)達(dá)到下述保證值。 表 33 裝置脫硫除塵效果保證值 標(biāo)段 I標(biāo)段 II標(biāo)段 煙氣 SO2排放濃度 ≤50mg/Nm3 ≤50mg/Nm3 煙塵排放濃度 ≤50mg/Nm3 ≤50mg/Nm3 脫硫裝置氨 /硫 (mol/mol) ≤： 1 ≤： 1 脫硫裝置出口煙氣溫度 ≥72℃ ≥72℃ 脫硫系統(tǒng)總壓降 ≤1180Pa ≤1180Pa 總功率 ≤190kW/h ≤210kW/h 耗水量 ≤16t/h ≤24t/h 脫硫劑 (名稱 )耗量 ≤≤設(shè)備噪聲 ≤80dBA ≤80dBA 脫硫裝置可用率 =100% =100% 脫硫裝置漏風(fēng)率 ≤1% ≤1% 引風(fēng)機入口處煙氣量 ≤550000Nm3/h ≤800000Nm3/h 第 18 頁 共 51 頁 第四章 工藝技術(shù)方案 脫硫裝置 工藝技術(shù)方案的選擇 工藝技術(shù)方案 確定的原則和依據(jù) 煤炭是中國的主要國產(chǎn)燃料源，并廣泛用于發(fā)電、工業(yè)用和民用，近年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源消耗在急劇增加，以煤或 石油為燃料的燃煤鍋爐或火力發(fā)電廠排放大量煙氣，這些煙氣含有大量的酸性氣體，特別是二氧化硫和氮氧化合物，這些氣體是造成酸雨、煙霧以及人體不適的主要原因。 目前普遍使用和具有代表性的脫硫脫氮技術(shù)有石灰石－石膏濕法（ FGD）、海水脫硫法、半干法和干法、 選擇性催化還原法（ SCR） 等多種煙氣脫硫、脫氮工藝技術(shù)。 但 上述方案普遍存在系統(tǒng)復(fù)雜、催化劑損耗高、設(shè)備成本高、投資大、 系統(tǒng)運行耗能高， 運行費用高等問題。在我國， 煙氣 氨法脫硫技術(shù)具有很好的發(fā)展 前景 ，因為 氨法脫硫 技術(shù) 具有高脫硫率、副產(chǎn)硫酸銨化肥、系統(tǒng)簡單、節(jié)省占地面積等 優(yōu)點。該技術(shù)用于脫除煙氣中的 二氧化硫 是有效的方法，具有廣泛的應(yīng)用價值。 中國是發(fā)展中國家，是人口眾多的農(nóng)業(yè)大國。氨的資源豐富，每年氨的產(chǎn)量達(dá)3600 多萬噸，世界第一。 中國目前 有 400 多個生產(chǎn)氨的化肥廠，產(chǎn)地遍及全國各地。中國耕地經(jīng)調(diào)查大面積缺硫（在土壤里硫含量＜ 61010 即為缺硫），聯(lián)合國糧油組織已確定除了氮（ N）、磷（ P）、鉀（ K）外，硫（ S）是植物第四營養(yǎng)元素，它能顯著使農(nóng)作物和蔬果增產(chǎn)。在歐美硫和氮、磷、鉀一樣賣錢，它的需求量和磷一樣多。我們用氨法進行燃煤煙氣脫硫得到副產(chǎn)品硫酸銨 和亞硫酸銨 肥料，氨 是從肥料中來，又回到肥料中去，不影響氨的平衡使用。中國本身就有廣闊的市場，據(jù)農(nóng)業(yè)權(quán)威部門介紹，中國每年需要硫酸銨化肥約 400 萬噸，目前每年只生產(chǎn) 60 萬噸，需求平衡相差甚遠(yuǎn)。所以說，氨法煙氣脫硫完全適合中國能源、農(nóng)業(yè)的發(fā)展和環(huán)境綜合治理的國情。 氨法煙氣脫硫是一種綜合利用和資源回收的方法。中國硫資源并不豐富，每年要從國外進口 200300 萬噸硫磺，耗資十多億元人民幣。但中國每年從煙氣排走的硫就約有 1000 萬噸之多，而中國廣大耕地卻有 30%因缺少硫元素而影響著糧食的增產(chǎn)。使用氨法煙氣脫硫既是綜合利用又回收了硫資 源，輕松地解決了上述這個矛盾。 從經(jīng)濟技術(shù)角度看：氨法煙氣脫硫的副產(chǎn)品是硫酸銨 和亞硫酸銨 ，正是中國廣大耕地所需要的含氮含硫的肥料。它可以單獨使用，也可以和其他營養(yǎng)元素一起做復(fù)合肥料，有著廣闊的市場需求。不象鈣基脫硫副產(chǎn)品石膏或亞硫酸鈣，或因其市場飽和，或因其無法使用，拋棄后還占用寶貴的土地資源，形成 “石頭搬家 ”現(xiàn)象。一噸氨可以生產(chǎn)四噸 96%以上的硫酸銨化肥，按目前我們調(diào)研的行情，三噸硫酸銨 第 19 頁 共 51 頁 化肥價值就可抵消一噸氨的費用，還能剩下一噸硫酸銨成為盈余。 氨法煙氣脫硫 的 脫 硫劑采用原廠尿素生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的 含氨量為 15%的 甲銨液，而且裝置用水采 用 工業(yè)水 。從成本上 節(jié)余了 很多，再結(jié)合硫酸銨和亞硫酸銨收益，總體上可大大抵償脫硫運行成本并略有盈余。 因此，此廠燃煤鍋爐煙氣采用氨法氨法脫硫是非常合理的選擇。 國內(nèi)外 氨法脫硫 工藝技術(shù)概況 （ 1） 國外氨法煙氣脫硫方法的分類 Walther 工藝 濕法氨 硫酸銨法脫硫工藝首先由德國的克盧伯公司 (Krupp Kroppers)開發(fā)成功，如圖 1 所示。該工藝布置在除塵器之后，原煙氣經(jīng)過換熱器降溫后從塔頂進入塔中，與氨水順流而下，塔底的溶液由循環(huán)泵重新抽到噴淋層 循環(huán)使用。隨后煙氣進入下一級吸收塔脫除 NOx，然后進入高效快速洗滌塔，將殘存的鹽溶液洗滌干凈，最后經(jīng)熱交換器加熱后流入煙囪。該工藝的特點是：脫硫效率高、能適應(yīng)煙氣品質(zhì)的變化、副產(chǎn)物可作化肥使用；存在的問題是煙氣中氣溶膠去除不干凈，設(shè)備易腐蝕，并造成大氣二次污染。 圖 1 Walther 工藝流程簡圖 AMASOX 工藝 捷斯 比曉夫公司購買了 Walther 工藝，并在上述工藝的基礎(chǔ)上改進和完善了流程和設(shè)備，最后形成了 AMASOX 脫硫工藝。主要改進是將 Walther 工藝的多塔流程改為結(jié)構(gòu)緊湊的單 塔，并在塔內(nèi)安置濕式電除霧器去除煙氣中夾帶的氣溶膠。整個脫硫過程均在單塔內(nèi)進行，有效降低了投資成本和運行費用 ； 存在的問題是 除霧裝置采用 濕式電除霧器 費用較高，另外 設(shè)備易腐蝕 且難以維修清洗。 第 20 頁 共 51 頁 圖 2 AMASOX 工藝流程簡圖 GE 公司 Marsulex 工藝 20 世紀(jì) 90 年代，美國 GE 公司開發(fā)了自己的氨 硫酸銨法脫硫工藝。在威斯康辛州 Kenosha 電廠配套一座 500MW 機組的工業(yè)示范裝置。其工藝流程為：煙氣首先進入預(yù)洗滌塔，用高壓噴淋水霧降溫、除塵，冷卻到接近飽和露點溫度時再進入吸收塔。吸收塔內(nèi) 布置有兩層噴霧洗滌層，使氨液和煙氣充分接觸混合，提高反應(yīng)效率。脫硫后的煙氣經(jīng)塔頂?shù)臐袷诫姵F器除霧后，流 入 煙囪并排 入 大氣。 圖 3 Marsulex 工藝流程簡圖 NKK 工藝 日本鋼管公司開發(fā)了 NKK 氨法煙氣脫硫工藝。該工藝的吸收塔從下至上分為三段，下段是預(yù)洗滌除塵和冷凝降溫，此段不加入氨液；中段加入氨液，與煙氣逆流噴淋；上段是第二吸收段，不加氨液，只加工藝水。吸收后的煙氣經(jīng)加熱器升溫后有煙囪排放。亞硫酸銨溶液在單獨的氧化塔中用壓縮空氣氧化。 第 21 頁 共 51 頁 圖 4 NKK 工藝流程簡圖 （ 2） 國外氨法煙氣脫硫方法的 缺點 國外氨法煙氣脫硫方法 存在的問題是煙氣中氣溶膠 難以 去除，設(shè)備易腐蝕，并造成大氣二次污染 ， 且 上述 方法 多采用蒸汽加熱，耗資較大 。 另外， 本項目 為河南煤化中原大化公司 I標(biāo)段 2 75t/h+1 130t/h天然氣化工裝置 和 II標(biāo)段 3130t/h煤化工裝置燃煤鍋爐 燃煤鍋爐煙氣氨法脫硫工程 ， 上述 工藝較為復(fù)雜， 整套裝置設(shè)備、儀器多，占地面積 較 大，投資較高 ，且 需要大量蒸汽來加熱溶液，運行成本高 ，不適用于本項目的煙氣 氨法 脫硫工程。 寧垣 煙氣脫硫機理 寧垣采用的 氨法煙氣脫硫 技術(shù) 的 脫 硫劑采用 河南煤化中原大化公司 尿素生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的甲銨液，而且裝置用水采 用 工業(yè)水 。 因 河南煤化中原大化公司是以化肥為主導(dǎo)產(chǎn)品的化工企業(yè)，有化工生產(chǎn)管理經(jīng)驗，有廢氨水可供使用，否則廢氨水需低價外賣，這是節(jié)能減排，以廢治廢 ， 從成本上 節(jié)余了 很多 。 另外中原大化有復(fù)合肥裝置，副產(chǎn)品硫胺可作為復(fù)合肥原料使用，且對色度和含水率無過高的要求，這是循環(huán)經(jīng)濟 ， 結(jié)合硫酸銨和亞硫酸銨硫收益，總體上可大大抵償脫硫運行成本并略有盈余。 本裝置需要的脫硫劑甲銨液，經(jīng)槽車輸送至本裝置氨水罐中。 鍋爐煙道氣經(jīng)布袋除塵器 除塵后進入脫硫系統(tǒng)的濃縮塔內(nèi)。在塔內(nèi)，煙道氣與濃縮塔上部均勻噴下的 硫酸銨 溶液接觸， 硫酸銨 溶液被煙道氣加熱，成為 懸浮液 落入塔底。 離開濃縮塔的煙道氣與噴入 脫硫塔 的 亞硫酸銨 溶液進行反應(yīng)，生成亞硫酸氫銨等，與 未反應(yīng) 的亞硫酸銨 溶液一起進入脫硫塔底 。 煙道氣 向上 與脫硫塔 上部 噴下的亞硫酸銨溶液接觸，生成亞硫酸氫銨落入塔底 。 第 22 頁 共 51 頁 經(jīng)過脫硫與洗滌，綜合脫硫效率可以達(dá)到 %以上，煙道氣出口二氧化硫小于 50mg/Nm3；煙道氣出口粉塵小于 50mg/Nm3。 脫硫塔底生成的一定濃度的亞硫酸銨溶液， 主要用于生產(chǎn)副產(chǎn)品硫酸銨和亞硫酸 銨。 （ 1）副產(chǎn)硫酸銨的生產(chǎn)工藝 當(dāng)亞硫酸銨溶液達(dá)到 適當(dāng)濃度 時，經(jīng)過亞硫酸銨循環(huán)泵送到氧化槽內(nèi) ， 空氣和亞硫酸銨溶液充分混合，亞硫酸銨被快速氧化生成硫酸銨，其反應(yīng)方程式如下： 2（ NH4） 2SO3 + O2 = 2（ NH4） 2SO4 在 濃縮塔 內(nèi)，過飽和的硫酸銨溶液初步固液分離后，進入離心機，離心選出的硫酸銨結(jié)晶體送往復(fù)合肥生產(chǎn)車間做為生產(chǎn)原料。離心后母液均回到母液罐，繼續(xù)由母液泵送到濃縮塔，至此回收過程完成。 （ 2）副產(chǎn)亞硫酸銨的生產(chǎn)工藝 脫硫塔底生成的一定濃度的亞硫酸銨 /亞硫酸氫銨溶 液， 當(dāng)溶液達(dá)到 適當(dāng)濃度時 ，經(jīng)過亞硫酸銨循環(huán)泵送到 混合 器內(nèi)。進入 混合段 的氨氣和亞硫酸銨 /亞硫酸氫銨溶液充分混合，亞硫酸氫銨與氨氣反應(yīng)生成亞硫酸銨，其反應(yīng)方程式如下： NH4HSO3 +NH3 =（ NH4） 2SO3 亞硫酸銨溶液流入 濃縮塔 內(nèi)； 亞硫酸銨溶液初步固液分離后，進入離心機，離心選出的亞硫酸銨結(jié)晶體包裝。離心后母液均回到 均回到 脫硫塔內(nèi) ，繼續(xù)由 亞硫酸銨 泵送到 脫硫 塔，至此回收過程完成 。 本工藝和國內(nèi)其它氨法脫硫工藝的比較 表 41 工藝比較表 內(nèi)容 本方案 塔內(nèi)吸收 +塔內(nèi)氧化法 塔內(nèi)吸收 +塔外氧化 +三效蒸發(fā) 塔內(nèi) 吸收 +塔外氧化 +濃縮塔 流程 流程簡潔 流程簡潔 流程復(fù)雜 流程簡潔 能耗 最低 較高 最高 較低 堵塞 不堵塞 容易堵塞 較易堵塞 較易堵塞 運行成本 最低 較高 高 較低 脫硫效率 高 較低 高 高 除塵效果 好 較好 較低 較低 操作性 易操作 較易操作 操作困難 較易操作 本工藝技術(shù)優(yōu)勢 本工藝具有以下特點： （ 1）流程簡潔、容易操作，可保證系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行； 第 23 頁 共 51 頁 （ 2）脫硫、除塵效率高，不易堵塞，操作彈性大； （ 3）系統(tǒng)節(jié)能： a. 脫硫塔液氣比小，循環(huán)量??； b. 運轉(zhuǎn)設(shè)備少，電耗低； c. 系統(tǒng)能耗在國內(nèi)現(xiàn)有的煙氣脫硫工藝中最低。 （ 4） 副產(chǎn)品可選，副產(chǎn)亞硫酸銨較生產(chǎn)硫酸銨流程更短，能耗更低。 裝置物料 衡算 方案 裝置物料 衡算 表 見 附表 1。 自控技術(shù)方案 生產(chǎn)控制分析 （ 1）本設(shè)計在裝置的進、出口設(shè)有煙氣 SO2 連續(xù)在線分析監(jiān)測裝置，出口設(shè)有塵含量連續(xù)在線分析監(jiān)測裝置，全部進入脫硫控制系統(tǒng)中進行監(jiān)視、計算及控制。 （ 2）在脫硫塔的下部儲液段，分別安裝有液位計，在亞硫酸 銨 溶液的出口管上安裝有密度儀。各測量點的測量值通過計算機可計算出脫硫塔內(nèi) 亞硫酸銨溶液的密度并顯示出來，這樣可以和密度儀測量的數(shù)值相互參考對比，從而對亞硫酸銨溶液的 PH 值控制調(diào)整，以保證較高的脫硫效率，并且控制亞硫酸銨溶液的濃度，避免脫硫塔內(nèi)結(jié)晶堵塞。 自控水平 本設(shè)計從技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟合理的角度出發(fā)，結(jié)合目前同類裝置控制系統(tǒng)的實際狀況，根據(jù)裝置檢測點、控制回路數(shù)量及工藝過程的要求，將脫硫控制系統(tǒng)設(shè)置成一套獨立的 DCS 控制系統(tǒng)，完成對煙氣氨法脫硫系統(tǒng)的控制。所有直接或必要的聯(lián)鎖信號、狀態(tài)信號及測量數(shù)據(jù)通過硬接線接入 DCS 系統(tǒng)， DCS 系統(tǒng)可以通過內(nèi)部運算和邏輯 處理從而完成對脫硫裝置的正常啟、停的運行監(jiān)視、操作及故障處理。 脫硫系統(tǒng)自動化水平達(dá)到能在 DCS 控制室內(nèi)通過 LCD 操作站對脫硫裝置進行集中監(jiān)控，完成對脫硫裝置的正常啟、停的運行監(jiān)視、操作及故障處理。實現(xiàn)以鍵盤和鼠標(biāo)作為