氨法脫硫工藝技術(shù)研究與設(shè)計

1、封面目錄一、概述21.氨法煙氣脫硫22.氨法脫硫原理23.氨法脫硫方法及特點3二、確定工藝流程51.方框流程圖52.工藝流程說明6三、物料衡算和熱量衡算61、工藝參數(shù)62、技術(shù)指標63、物料衡算74、熱量衡算8四、設(shè)備選型101、脫硫塔102、循環(huán)泵和氧化風(fēng)機113、旋流器124、離心機125、干燥機126、包裝機13參考文獻13致謝13附圖14一、概述1.氨法煙氣脫硫煙氣脫硫（FGD）是指從煙道氣或其他工業(yè)廢氣中除去硫氧化物(SO2和SO3)。在FGD技術(shù)中,按脫硫劑的種類劃分,可分為以下五種方法：以CaCO3（石灰石）為基礎(chǔ)的鈣法，以MgO為基礎(chǔ)的鎂法，以Na2SO3為基礎(chǔ)的鈉法，以NH3

2、為基礎(chǔ)的氨法，以有機堿為基礎(chǔ)的有機堿法。這里，主要介紹氨法煙氣脫硫技術(shù)。氨法脫硫即是根據(jù)氨與SO2、水反應(yīng)成脫硫產(chǎn)物的基本機理而進行的，是控制SO2排放的技術(shù)。2.氨法脫硫原理任何FGD過程都包括兩個基本的化學(xué)反應(yīng)過程:吸收:SO2吸收生成為亞硫酸鹽；氧化:亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽。氨法脫硫以水溶液中SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)。脫硫塔是煙氣脫硫和產(chǎn)生硫酸氨鹽的中間裝置。煙氣中的SO2在脫硫塔中被除去，脫硫塔中是PH值控制為 5.05.9的飽和硫酸氨亞硫酸氨溶液，與SO2的反應(yīng)，按照下列反應(yīng)生成亞硫酸氫氨硫酸氫鹽： （1）SO2 H2O = H2SO3 （2）H2SO3 （NH4)2SO4 = NH

3、4HSO4 NH4HSO3 （3）H2SO3 （NH4)2SO3 = 2NH4HSO3在反應(yīng)（1）中，煙氣中的SO2溶于水中，生成亞硫酸。在反應(yīng)（2）和（3）中，亞硫酸與該溶液中溶解的硫酸氨亞硫酸鹽反應(yīng)。噴射到反應(yīng)池底部的氨水，按如下方式中和酸性物：（4）H2SO3 NH3 =（NH4)2SO3（5）NH4HSO3 NH3 =（NH4)2SO3 （6）NH4HSO4 NH3 =（NH4)2SO4 噴射到脫硫塔底部的氧化空氣，會按照如下方式將亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽： （7）（NH4)2SO3 + 1/2O2 = (NH4)2SO4 至此，脫硫塔中生成了大量的硫酸氨，硫酸氨溶液飽和后，使硫酸氨從溶液

4、中以結(jié)晶形式析出。3.氨法脫硫方法及特點工業(yè)上氨法脫硫的方法很多，目前應(yīng)用較廣泛的有濕式氨法、電子束氨法、脈沖電暈氨法、簡易氨法等。各種方法都有一些共同的特點，具體如下：（1）脫硫塔不易結(jié)垢由于氨具有更高的反應(yīng)活性,且硫酸銨具有極易溶解的化學(xué)特性,因此氨法脫硫系統(tǒng)不易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。（2）氨法對煤中硫含量適應(yīng)性廣氨法脫硫?qū)γ褐辛蚝康倪m應(yīng)性廣,低、中、高硫含量的煤種脫硫均能適應(yīng),特別適合于中高硫煤的脫硫。采用石灰石-石膏法時,煤的含硫量越高,石灰石用量就越大,費用也就越高;而采用氨法時,特別是采用廢氨水作為脫硫吸收劑時,由于脫硫副產(chǎn)物的價值較高,煤中含硫量越高,脫硫副產(chǎn)品硫酸銨的產(chǎn)量越大,也就越

5、經(jīng)濟。（3）無二次污染氨是生產(chǎn)化肥的原料。以氨為原料,實現(xiàn)煙氣脫硫,生產(chǎn)化肥,不消耗新的自然資源,不產(chǎn)生新的廢棄物和污染物,變廢為寶,化害為利,為綠色生產(chǎn)技術(shù),將產(chǎn)生明顯的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益。因此,氨法與鈣法具有明顯的區(qū)別。氨法屬于回收法,鈣法屬于拋棄法。拋棄法的缺點是消耗新的自然資源、產(chǎn)生新的廢棄物和污染污,具有明顯的二次環(huán)境問題。（4）系統(tǒng)簡單、設(shè)備體積小、能耗低氨是一種良好的堿性吸收劑,從吸收化學(xué)機理上分析,SO2的吸收是酸堿中和反應(yīng),吸收劑堿性越強,越利于吸收,氨的堿性強于鈣基吸收劑;而且從吸收物理機理上分析,鈣基吸收劑吸收SO2是一種氣-固反應(yīng),反應(yīng)速率慢、反應(yīng)不完全、吸收劑利用率

6、低,需要大量的設(shè)備和能耗進行磨細、霧化、循環(huán)等以提高吸收劑利用率,往往設(shè)備龐大、系統(tǒng)復(fù)雜能耗高;而氨吸收煙氣的SO2是氣-液反應(yīng),反應(yīng)速度快、反應(yīng)完全,吸收劑利用率高;可以做到很高的脫硫效率,同時相對鈣基脫硫工藝來說系統(tǒng)簡單、設(shè)備體積小、能耗低。（5）氨法具有豐富的原料氨法以氨為原料，其形式可以是液氨、氨水和碳銨。目前我國火電廠年排放二氧化硫約1000萬噸，即使全部采用氨法脫硫，用氨量不超過500萬噸/年，供應(yīng)完全有保證。（6）SO2的可資源化可將污染物SO2回收成為高附加值的商品化產(chǎn)品。其脫硫副產(chǎn)品硫酸銨是一種農(nóng)用肥料,在我國具有很好的市場前景，硫酸銨的銷售收入能沖抵吸收劑的成本,甚至是整個

7、運行成本,特別是對于自身副產(chǎn)液氨或有廢氨水的企業(yè)來說,可以利用液氨或廢氨水作為脫硫吸收劑,達到用廢水治理廢氣的目的,副產(chǎn)品的銷售收入還可以給脫硫裝置帶來一定的經(jīng)濟效益。二、確定工藝流程1.方框流程圖預(yù)洗塔脫硫塔旋流器離心機干燥器包裝機原煙氣溢流氨氣氧化空氣凈煙氣溢流分離液底流氨法脫硫方框流程圖流程圖2.工藝流程說明煙氣進入脫硫塔與循環(huán)漿液逆流接觸進行洗滌、降溫和吸收，在此過程中含氨吸收劑的循環(huán)液將煙氣中的SO2吸收，反應(yīng)生成亞硫酸銨；含亞硫酸銨的液體再與從脫硫塔底部鼓入的空氣進行氧化反應(yīng)，將亞硫酸銨氧化成硫酸銨，形成硫酸銨稀溶液；含硫酸銨的稀溶液流至循環(huán)槽，通過二級循環(huán)泵再送入脫硫塔，再進一步

8、濃縮、結(jié)晶后，得到一定含量的硫酸銨漿液，從而形成閉合循環(huán)，這樣在循環(huán)槽中使硫酸銨濃度達到規(guī)定值后，通過銨排出泵將生成的硫酸銨漿液送入硫銨后處理系統(tǒng)。反應(yīng)后的凈煙氣經(jīng)除霧器進行凈化達標后再經(jīng)主煙囪直接排出。硫銨溶液通過硫酸銨排出泵送入旋流器進一步濃縮后，依靠重力進入離心機，漿液經(jīng)離心機分離后得到含水率4.0%的固體硫酸銨，經(jīng)重力送入干燥機，干燥后含水小于1.0%，干燥后的硫銨經(jīng)包裝后即可得到商品硫酸銨；離心分離母液進入循環(huán)槽重復(fù)使用。三、物料衡算和熱量衡算1、工藝參數(shù)（1）入口煙氣量：6.5×105Nm3/h；（2）SO2濃度：1000mg/Nm3；（3）煙氣入口溫度：T=126、常壓

9、。（4）脫硫率95%2、技術(shù)指標脫硫保證效率 95%出口SO2排放濃度 200mg/Nm3出口煙塵排放濃度 50mg/Nm3NOX脫除效率 30 %煙氣排放溫度 60煙氣通過脫硫系統(tǒng)的壓降 1500Pa脫硫系統(tǒng)耗電量 187kW·h脫硫系統(tǒng)耗水量 9t/h脫硫系統(tǒng)耗汽量 0.2t/h脫硫系統(tǒng)液氨耗量 280Kg/h脫硫系統(tǒng)設(shè)備的噪音不高于 85dB(A)（距離設(shè)備外1m， 操作平臺1.2m處測試）脫硫除塵系統(tǒng)設(shè)備可用率不低于 95 脫硫除塵系統(tǒng)漏風(fēng)率 3除霧器除霧效率 98% 脫硫塔等主體設(shè)備使用壽命 30年3、物料衡算前面已經(jīng)詳細地介紹了脫硫反應(yīng)的機理，為了確保脫硫率，使氨氣過量，

10、由此可知反應(yīng)的物料比例為：SO2 NH3 H2O (NH4)2SO4 O22 ： 2 ： 2 ： 1 ： 0.5在標準狀態(tài)下、單位時間內(nèi)煙氣中含有二氧化硫質(zhì)量為 對應(yīng)的NH3的質(zhì)量為650kg/h，工藝水的質(zhì)量為650kg/h。綜合以上計算結(jié)果，本部分給出的是一些近似的簡化物料平衡計算方法，物料點涵蓋了一些主流程。（1）吸收塔出口煙氣量G2 （2）氨氣的量 （3）工藝水的量（4）氧化空氣量假設(shè)空氣通過氧化風(fēng)機進入噴淋塔后，當中的氧氣完全用于氧化亞硫酸銨，即最終這部分空氣僅僅剩下氮氣、惰性氣體組分和水汽。理論上氧化1mol亞硫酸銨需要0.5mol的氧氣。其數(shù)值為而換算為壓縮空氣的流量為（5）吸收

11、塔的硫酸銨產(chǎn)量（干態(tài)） 4、熱量衡算從鍋爐來的熱煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機增壓后進入煙氣換熱器(GGH)降溫側(cè)，經(jīng)GGH冷卻后，煙氣進入吸收塔（煙氣溫度為100），向上流動穿過噴淋層，在此煙氣被冷卻到飽和溫度，煙氣中的SO2被石灰石漿液吸收。除去SO及其它污染物的煙氣經(jīng)GGH加熱至60以上，通過煙囪排放。設(shè)置一套密封系統(tǒng)保證GGH漏風(fēng)率小于1%。GGH是利用熱煙氣所帶的熱量加熱吸收塔出來的冷的凈煙氣。在設(shè)計條件下且沒有補充熱源時，GGH可將凈煙氣的溫度提高到60以上。在熱煙氣的進口與GGH相連的煙道出口安置一套可伸縮的清洗設(shè)備，用來進行常規(guī)吹灰和在線水沖洗。清洗裝置都有單獨的、可伸縮的矛狀管和帶有單獨的輔

12、助蒸汽和水噴嘴的驅(qū)動機械。GGH配一臺在線的沖洗水泵 ，該泵為在線清洗提供高壓沖洗水。自動吹灰系統(tǒng)可保證GGH的受熱面不受堵塞，保持凈煙氣的出口溫度。當GGH停機后，換熱元件可用一低壓水清洗裝置進行清洗。此低壓水清洗裝置每年使用兩次。每臺GGH上的兩個固定的水沖洗裝置用來進行離線沖洗。每一個固定的水清洗裝置配有帶噴嘴的直管，從有一定間隔的噴嘴中均勻地向換熱面噴沖洗水。煙道上設(shè)有擋板系統(tǒng)，以便于FGD系統(tǒng)正常運行和事故時旁路運行。FGD裝置的擋板系統(tǒng)包括一臺FGD進口原煙氣擋板，一臺FGD出口凈煙氣擋板和一臺旁路煙氣擋板，擋板為雙百葉式。在正常運行時，F(xiàn)GD進出口擋板開啟，旁路擋板關(guān)閉。在故障情

13、況下，開啟煙氣旁路擋板門，關(guān)閉FGD進出口擋板，煙氣通過旁路煙道繞過FGD系統(tǒng)直接排到煙囪。所有擋板都配有密封系統(tǒng)，以保證“零”泄露。密封空氣設(shè)兩臺100%容量的密封空氣風(fēng)機（一臺備用）和二級電加熱器，加熱溫度不低于70。對于換熱器，進入換熱器的煙氣分成兩種，包括要進入脫硫塔（噴淋塔）的原煙氣（溫度為126）和經(jīng)過噴淋塔石灰石漿液淋洗后的凈化煙道氣（出口溫度50），兩股流體在換熱器內(nèi)傳熱。原煙氣的熱流量Qi= = 凈化煙氣的熱流量平均傳熱溫差 考慮換熱器的熱量損失,則換熱器的傳熱效率為 而換熱器的傳熱效率一般都大于該數(shù)值，因此傳熱效率滿足設(shè)計要求。四、設(shè)備選型1、脫硫塔脫硫塔是氨法脫硫的核心設(shè)

14、備，脫硫塔集氣液傳質(zhì)、化學(xué)吸收、氧化、結(jié)晶等多種化工單元功能于一體，具有較高操作彈性和較高的脫硫脫硝功能，氮氧化物脫除率在45，二氧化硫的脫除率可達95以上。標態(tài)： 塔內(nèi)流速： 方形 H=16m 文丘里塔壓力損失： （60值） 脫硫塔壓力損失： 脫硫塔 煙氣分配板 排煙囪 脫硫塔總壓力損失：1+15+4=20 新增加煙道阻力損失：總壓力損失（阻力損失）：+=28+20+20=68，即686.8Pa2、循環(huán)泵和氧化風(fēng)機脫硫塔一級、二級循環(huán)泵為離心泵，泵的殼體采全金屬，葉輪和入口軸套采用雙向鋼相當材料。每個塔共配置3臺一級循環(huán)泵，每臺泵可將硫銨溶液以足夠的壓力送到塔內(nèi)的吸收段。每個塔設(shè)置2臺二級循

15、環(huán)泵，一運一備，正常情況下將塔內(nèi)的硫銨溶液泵入塔內(nèi)濃縮段的噴淋層。 液氣比L/G= 4（循環(huán)液量與煙氣量的比值，單位：升/標準立方米） 煙氣中水氣含量設(shè)為8%，則 循環(huán)水泵流量：取每臺循環(huán)泵流量 750 揚程 2臺 一用一備 循環(huán)水泵電耗量： 選用90KW電機 集水池中PH值控制在5.8-6.2范圍內(nèi)。燃煤：18t/h 取煤的平均含硫量0.9% 計算條件： 煙氣量： 溫 度： 138 灰 塵： 出口 SO2： 出口 3、旋流器共設(shè)置3套旋流器。旋流器的材料選用PU或KM材料，內(nèi)表面光滑。旋流器的總?cè)萘堪丛O(shè)計煤種下4臺爐BMCR工況和硫回收工段尾氣脫硫產(chǎn)生的硫銨漿液量的100%選擇。每個旋流器的

16、處理量為80m3/h，共5個旋流子（備用1個）。4、離心機共配置3臺可連續(xù)也可斷續(xù)運行的離心脫水機，每臺離心脫水機出力為10t/h,脫水后硫銨固體含水率為4%。5、干燥機共設(shè)置干燥系統(tǒng)3 套，每臺干燥機的生產(chǎn)能力為10t/h。包括鼓風(fēng)機、干燥器以及旋風(fēng)分離器，引風(fēng)機等。6、包裝機共設(shè)置包裝系統(tǒng)3 套，每套生產(chǎn)能力為10 t/h。包括硫銨料倉和包裝機等。參考文獻 1 中國石化集團上海工程有限公司 化工工藝設(shè)計手冊 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009 2 蔣培華 化工工程設(shè)計概論 北京：中國石化出版社，2005 3 黃璐 化工設(shè)計 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001 4 張秋利 化工CAD應(yīng)用基礎(chǔ) 第二版 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012 5 柴誠敬 化工原理 第二版 下冊 北京：高等教育出版社，2006 6 柴誠敬 化工原理課程設(shè)計 天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1995致謝本次化工設(shè)計課程設(shè)計為期一個多月，但現(xiàn)在已經(jīng)圓滿結(jié)束。這次課程設(shè)