氨水臭氧组合高效脱硫脱硝技术方案.docx

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氨水臭氧组合高效脱硫脱硝技术方案

一、45t/h锅炉烟气现场调查

1、燃煤质量状况

标识符号

指标名称

单位

实际指标

备注

R

燃煤发热量

大卡

4500

A

煤中灰分

%

25

S

燃煤全硫分

%

3.8

C

燃煤中碳含量

%

80

O

燃煤中氧含量

%

6

H

燃煤中氢含量

%

4

W

燃煤中水分

%

10

2、锅炉烟气排放现状

项目符号

调查项目名称

单位

实测指标

ω

锅炉蒸吨位

t/n

38

t1

接口处温度

℃

112

υ

接口烟气流速

m/s

8.4

D

接口断面长×宽

cm

198×198

Q

烟气流量

m3/h

118541

QN

标态干烟气流量

Nm3/h

84057

V0

空气理论需要量

Nm3/kg

9.926

QY

空气实际需要量

Nm3/kg

12.013

q

环评烟气验算量

m3/t

11746

3、锅炉烟气中污染物排放现状

序号

项目名称

初始生成量

最终排放量

年度减排量

要求系统脱除效率

Kg/h

mg/Nm3

Kg/h

mg/Nm3

（吨）

达到%

1

烟尘

668

6540

8.16

80

4754

97.55

2

SO2

569

5569

20.49

200

3951

95.4

3

NOx

45

444

15.35

150

217

65.4

4、锅炉烟气脱除效率难点分析

当地环保部门对本项目提出的最新要求

目前国内60t/h以下锅炉AC-GTsx的平均先进水平

达到本项目指标的难易程度

控制项目

脱除效率

（%）

排放标准（mg/Nm3）

（%）

烟尘

97.55

80

99

易

SO2

95.4

200

96

易

NOx

65.4

150

47

难

5、建议与商权

●《关于重点工业企业实施降氮脱硝工作的通告》穂府（2009）26号中规定：

“60t/h以下的锅炉实施降氮脱硝不低于40%”。

根据这一规定，本项目的最终排放指标可否定为不低于260mg/Nm3。

（应按广东省标准不高于200mg/Nm3）

二、烟气脱硫脱硝技术方案选择

1、业主的要求

该公司地处广州增城市沙埔镇，是一家纺织、皮革的企业，是经国家相关部门批准注册的企业。

该公司自备电厂的45t/h燃煤锅炉属于（穂府（2009）26号）《通告》第三条第三款所要求的实施降氮脱硝的整改范畴。

该锅炉建于2007年8月，属于为高倍循环流化床锅炉，锅炉出力为45蒸吨/时。

备用锅炉为低倍循环流化床锅炉，锅炉出力为25蒸吨/时，两台锅炉在空气预热器后都配备了静电除尘设备。

三年多来，设备运转良好。

有效地保证了企业对电力负荷的需求。

为了确保公司生产经营正常进行，业主提出了如下要求：

1在实施锅炉烟气降氮脱硝脱硫技改工程时不得影响锅炉的正常运转；

2建造脱硫脱硝设施应设立在引风机以下区段，确保原有锅炉系统不受腐蚀；

3建成的脱硫脱硝系统的运行效果必须达到环保局提出的所有控制要求。

2、我们选择脱硫脱硝技术方案的原则思考

●由于现代先进的脱硫脱硝技术都不可能对烟气中的氮和硫实施100%的脱除，所以经净化后的烟气中仍然还会残留微量的氮和硫，与水化合后形成酸性液，对后续管道和设备造成腐蚀。

因此，新配置的脱硫脱硝设备应是一个相对独立的运行体系，我们计划采用压入式将烟气送进脱硫脱硝系统，烟气被净化后直接送入烟囱。

●不在静电除尘器以上的烟道中附加任何脱硝设施。

据武汉化工学院高凤教授介绍：

因脱硝产生的水蒸汽会与硫化气体结合。

在烟气温度逐渐下降至150℃时就会出现结露形成强酸，腐蚀后续设备和管道，同时生成的（NH4）2SO4和NH4HSO4也会腐蚀和堵塞后续设备。

●在整个脱硫脱硝系统制作安装过程中不影响锅炉的正常运行，确保飞华公司在施工期间获得效益最大化，施工损失最小化。

做到仅在最后脱硫脱硝系统进气管道与引风机排气口对接时影响1～2天锅炉运行。

●随着环保要求的日益严格，传统的烟气脱硫脱硝工艺将不能满足严格的减排要求。

因此，在选择飞华公司烟气脱硫脱硝技术方案时应考虑采用多种先进成熟技术的完美组合才能确保环保部门提出的严格控制要求和业主提出的殷切期望得以充分实现。

3、几种脱硫脱硝成熟技术比较

适用性及特点

优点与不足

脱硝率

投资

SCR

适合排气量大，连续排放源

二次污染小，净化效率高，技术成熟；设备投资高，关键技术难度较大，要求烟气温度高，不能脱硫，烟气易结露腐蚀后续设备和管道。

脱硝80%～90%

高

SNCR

适合排气量大，连续排放源

不用催化剂，设备和运行费用少；NH3用量大，二次污染，难以保证反应温度和停留时间，要求烟气温度高，不能脱硫，烟气易结露、腐蚀后续设备和管道。

脱硝30%～60%

运行费用高

LoTOx

处理烟气量中等的情况可取

臭氧氧化脱硝技术是美国的一项专利技术、脱硝工况稳定、效率高，易控制。

适宜在相对低温条件下进行化学反应。

但臭氧发生器价格昂贵。

脱硝80～95%

运行费用较高

LPC法

适合排气量大，连续排放源

投资省，运行费用低，无二次污染，系统独立，不腐蚀烟气净化系统以外的其它设备，回收部分氮资源，操作简单可靠、脱硝效率稳定。

用液氨做脱除剂不便储运

脱硝40%～50%脱硫95%以上

运行费用较低

4、关于锅炉烟气脱硫脱硝技术组合的思考

通过以上四种成熟技术比较，我们有如下思考：

●SCR、SNCR两项技术虽然有较高的脱硝效率，但没有脱硫功能，烟气温度下降到一定程度时会结露，对后续设备有一定的腐蚀作用，在本项目中不宜采用。

●LoTOx技术脱硝效率高，是目前国外已在工程上得到应用的低温氧化技术，只是由于臭氧设备造价高、臭氧发生费用高而不能被广泛使用。

但对本项目还是有一定的参考利用价值。

●LPC技术是一项烟气AC-GTsx一体化技术，通过催化氧化作用将烟气中的NO部分氧化为NO2，再结合氨法脱硫技术，实现烟气的同时AC-GTsx，对本项目有一定的参考利用价值。

三、烟气脱硫脱硝技术方案的确定

1、技术方案的组合形式

为了尽可能延长锅炉设备的使用寿命，使其不因实施脱硫脱硝技术而遭受腐蚀。

同时又使锅炉烟气脱硫脱硝全部达到当地的环保提出的严格要求，飞华公司锅炉烟气脱硫脱硝技术方案的组合形式是：

选用LPC技术中的《氨法脱硫技术》首先对烟气进行高效率脱硫和初步脱硝处理，之后采用LoTOx技术对NO进行氧化处理，之后再用喷淋技术将已氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高价态氮氧化物进行液相收集。

在喷淋液的作用下发生化学反应生成水和硝酸盐，还原氮气（在这里我们可以根据环保部门提出的脱硝要求和根据臭氧与一氧化氮的摩尔比确定的臭氧需要量来选择适当大小的臭氧发生设备）。

烟气经脱硝后进入除雾区，经除去烟气中的水雾后直接送进烟囱排入大气。

2、技术方案的名称与含义

本技术方案的名称叫做“氨水——臭氧组合高效脱硫脱硝技术方案”。

即AC—GTSX技术方案。

其基本含义是：

A——氨水、C——臭氧，GTSX——高效脱硫脱硝。

该技术的突出特点是采用目前已经十分成熟的而且具有很高脱除效率的“氨法脱硫技术”（A—GTS）首先解决飞华公司的高硫煤的烟气脱硫问题，同时把烟气中已经是高价态的氮氧化物脱除掉，之后采用“臭氧氧化技术”（C—GTX），利用臭氧的强氧化特性，将NO氧化成高价态的氮氧化物，再用氨水喷淋收集，并使其与氨水反应生成硝酸盐或与水反应还原氮气，达到脱氮的目的。

（这项技术目前也已经十分成熟，只是因为臭氧的发生费用较高，制约了它的实际应用）

四、AC—GTSX技术脱硫脱硝的基本原理

㈠、A—GTS高效脱硫、低倍脱硝原理

1、氨水吸收二氧化硫、三氧化硫

在气相反应完成后，剩余的氨溶于水中，利用循环泵经雾化喷嘴喷入烟气中,吸收烟气中SO2和SO3而形成铵盐,具体反应如下:

SO2+H2O-→H2SO31

H2SO3+NH3-→（NH4）2SO32

（NH4）2SO3+NOx-→（NH4）2SO4+N23SO2+H2O+2NH3+1/2O2-→（NH4）2SO44

2（NH4）2SO3+SO3+H2O-→（NH4）2SO4+2NH4HSO35

4NH3+2NO2+O2→6H2O+3N26

NH4HSO3+NH4OH→（NH4）2SO3+H2O7

2、脱硫、脱硝剂能在循环系统中反复再生。

（NH4）2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO38

2NO+4NH4HSO3→N2+2（NH4）2SO4+2H2SO39

H2SO3+NH3-→（NH4）2SO310

（NH4）2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO311

2NO+4NH4HSO3→N2+2（NH4）2SO4+2H2SO312

将这样的脱硝剂经高度雾化后喷入烟气中，又一次吸收烟气中的NOx、SO2，并将已经失去脱硝、脱硫能力的硫酸铵带入水中，使水中硫酸铵溶液的浓度不断升高。

3、A—GTS脱硫除尘一体化系统还具有脱碳功能

当废气中含有O2、CO时,还会发生如下反应;

NH4OH+CO2→NH4HCO313

2（NH4）2SO3+O2→2（NH4）2SO414

2NH4HSO3+O2→2NH4HSO415

4．对硫化氢的吸收

烟气中有H2S存在时,氨水吸收H2S,将其还原成单质S;反应如下:

NH4OH+H2S→NH4HS+H2O16

经催化氧化,氨水再生,并得单质硫。

2NH4H2S+O2→2NH4OH+2S17

5对氮氧化物的转化

氨水、NH4HSO3和烟气中的NOx发生反应生成氮气:

2NO+4NH4HSO3→N2+2（NH4）2SO4+2H2SO318

4NH3+4NO+O2→6H2O+4N219

4NH3+2NO2+O2→6H2O+3N220

㈡、C—GTX高效脱硝原理

1、臭氧的氧化特性

臭氧的氧化能力极强，从下表可知，臭氧的氧化还原电位仅次于氟，比过氧化氢、高锰酸钾等都高。

名称

项目

氟

臭氧

过氧化氢

高锰酸钾

二氧化氯

氯

氧

分子式

F2

O3

H2O2

KMnO4

ClO2

Cl2

O2

标准电极电位

（mv）

2.87

2.07

1.78

1.67

1.50

1.36

1.23

此外，臭氧的反应产物是氧气，所以它是一种高效清洁的强氧化剂。

臭氧脱硝的原理在于臭氧可以将难溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高价态氮氧化物。

2、臭氧的化学反应机理

臭氧的详细化学反应机理比较复杂。

在实际运用中，可根据低温条件下臭氧与NO的关键反应进行调试。

低温条件下，O3与NO之间的关键反应如下：

NO+O3→NO2+O2

（1）

NO2+O3→NO3+O2

（2）

NO3+NO2→N2O5（3）

NO+O+M→NO2+M（4）

NO2+O→NO3（5）

3臭氧同时脱硫脱硝研究概况

据浙江大学王智化等对采用臭氧氧化技术同时脱硫脱

硝进行的试验结果表明，在典型烟气温度下，臭氧对NO的氧化效率可达84%以上，结合尾部湿法洗涤，脱硫率近100%，脱硝效率也在O3/NO摩尔比为0.9时达到86.27%，NO和Hg0的脱除率与O3的注入量有关，当O3加入量为200ppm时，NO的脱除效率可达到85%，此工艺对NO和SO2的脱除率最高可分别达到97%和100%。

4臭氧同时脱硫脱硝的主要影响因素。

4.1摩尔比

摩尔比（O3/NO）是指O3与NO之间摩尔数的比值，它反映了臭氧量相对于一氧化氮量的高低。

NO的氧化率随O3/NO的升高直线上升。

目前已有的研究中，在0.9≤O3/NO＜1的情况下，脱硝率可达到85%以上，有的甚至几乎达到100%；在实际中，由于其他物质的干扰，可发生一系列其他反应，如式

（2）～（5），使得O3不能100%与NO进行反应。

4.2温度

由于臭氧的生存周期关系到脱硫脱硝效率的高低，所以考察臭氧对温度的敏感性具有重要意义。

所有试验都表明，臭氧所处的环境温度越高分解越快，温度越低分解越慢。

在150℃的低温条件下，臭氧的分解率相对较低。

在25℃时臭氧的分解率只有0.5%，臭氧的半衰期可达15秒。

4.3反应时间

臭氧在烟气中的停留时间只要能够保证氧化反应的完成即可，因为关键反应的反应平衡在很短时间内即可达到，不需要较长的臭氧停留时间。

反应时间1秒足矣。

据华北电力大学环境学院马双忱等人的技术文献证实：

在1～10000秒之间，对反应器出口的NO摩尔数没有什么影响，而且增加停留时间并不能增大NO的脱除率。

5、臭氧氧化技术的工程应用

C—GTX是一种低温氧化技术，将氧/臭氧混合气注入再生器烟道，将NOX氧化成高价态且易溶于水的NO2和N2O5，然后通过氨水洗涤并使其与氨水反应生成硝酸盐，或与水反应还原氮气。

主要的反应如下：

NO+O3→NO2+O2（6）

2NO2+O3→N2O5+O2（7）

N2O5+H2O→2HNO3（8）

4NH3+2NO2+O2→6H2O+3N2（9）

4NO2+4NH3•H2O+O2→4NH4NO3+2H2O（10）

五、AC-GTsx系统工艺流程

1、

洁净烟气排放

AC—GTSX系统工艺流程图

2、AC—GTSX工艺流程技术说明

（参阅《AC-GTsx系统工艺流程图》）本氨水-臭氧AC-GTsx系统设立在引风机出风口与烟囱进风口之间。

电除尘后的烟气经引风机被送入AC—GTSXAC-GTsx塔的进风口，烟气在AC-GTsx塔内由下而上首先进入氨水喷淋脱硫净化区，经氨水（脱硫剂）多层循环喷淋后，90%以上的硫化有毒气体和NO2气体在此净化区将被脱除。

同时还会有10%左右的NO气体也会被脱除掉，这主要是由于脱硫液在循环脱硫时会产生一部分NH4HSO3。

这种化合物能溶于水中，在循环喷淋过程中，虽然失去了对SO2的吸附能力，但对NO却有很强的吸附作用，它吸附NO后生成（NH4）2SO4和H2SO3，还原氮气。

在喷淋净化塔内烟气经过基本脱硫、脱尘和部分脱硝后继续向上进入脱硝净化区。

在这一区段内，烟气中的NO被O3快速氧化成易溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高价态氮氧化物。

受喷淋液的氨水作用发生化学反应生成NH4NO3和水；或受喷淋液中的水的作用生成水，还原氮气。

烟气经脱硝后进入除雾区，经除雾器除去烟气中大于μm的雾粒，使烟气中的水分含量达到%以下，经除雾脱水后的洁净烟气直接进入烟囱，排入大气。

因AC-GTsx生成的硫酸胺和硝酸胺会因密度大而沉于AC-GTsx塔的底部，为防止塔底结垢设置搅拌泵进行搅拌，当塔底的硫酸胺和硝酸胺溶液浓度达到一定数值时，自动控制系统将会启动硫酸胺溶液排出泵将硫酸胺和硝酸胺溶液及时排出，直到AC-GTsx塔底部循环液中的硫酸胺浓度接近或达到最小控制值时，自动控制系统就会及时将硫酸胺溶液排出泵停机。

自动控制系统还具有使工艺水箱中的水面、AC-GTsx塔中的循环液面始终保持一个相对稳定的高度，还能根据SO2、NO的在线检测信息自动调节循环液中的氨水浓度，始终保持AC-GTsx系统出口烟气的SO2、NO浓度低于环保部门提出的控制指标。

4、AC-GTsx系统制造成本计划表

工程项目

工程内容

投资概算（万元）

一、AC-GTsx塔主体

22.99

1.塔体施工图设计

1.09

2.塔体制作

12.74

3.塔体内部防腐处理

3.74

5.塔体表明防腐、喷漆

1.77

6.塔体运输

1.82

7.塔体安装

1.82

二、AC-GTsx塔内部填料

30.07

1.烟气整流填料

6.01

2.臭氧脱硝填料

7.70

3.除雾填料

14.00

4.填料支撑座

1.16

5.人孔制作

1.21

三、塔体工作平台

3.31

1、平台踏板

0.57

2、平台支架

1.29

3、平台安全栏杆

0.48

4、人员上下梯子

0.78

5、施工图设计

0.19

四、进气管道

19.05

1、钢材消耗

12.25

2、管道内部防腐

1.26

3、管道表面喷漆

1.55

4、管道连接

0.05

5、施工图设计

0.91

6、进气管道运输

1.51

7、进气管道安装

1.51

五、排气管道

10.86

1、钢材消耗

8.16

2、管道内部防腐

2.45

3、管道表面喷漆

0.20

4、管道连接

0.05

5、施工图设计

0.65

6、进气管道运输

1.09

7、进气管道安装

1.09

六、脱硫脱硝液循环系统

1.03

1.循环水系统管路设计

0.03

2、￠80PPR管

0.04

3、￠60PPR管

0.37

4、￠50PPR管

0.12

5、￠40PPR管

0.05

6、￠300PPR管

0.19

3.喷射层管道制作

0.12

4.水系统管路配置安装

0.12

七、AC-GTsx塔自动控制系统

66.08

1.        工控机（系统卡件根据设备表配备）

18.90

2.        电气部分

4.20

3.        就地传感部分（不含就地显示表计）

42.98

八、辅助设备、配件采购

231.92

1.防腐水泵

30.97

2.喷嘴

0.80

3.球阀、蝶阀、电磁阀、浮球阀

6.75

4.水箱、氨罐

13.43

5.设备与配件

11.97

6、臭氧发生器

168.00

九、AC-GTsx塔支撑平台

40.35

施工设计

2.28

钢结构部分

23.41

土建部分

14.66

十、设备工况调试

1、脱硝脱硫剂

1.96

2、调试人员工资

0.67

合计

428.30

六、AC-GTsx系统自动控制

1、AC-GTsx系统自动控制原理图

2、AC-GTsx系统自动控制原理说明

1、取氨水流量计和NOx、脱硫脱硝剂碱度在线信息控制氨水输送泵电磁开关和氨水流量开关；

2、取臭氧流量计和NO在线监测信息控制臭氧发生器启动开关和臭氧流量开关；

3、取硫酸胺浓度在线监测信息控制硫酸胺溶液排出泵电磁开关；

4、取AC-GTsx塔底的脱硫液页面在线监测信息控制工艺水补充水泵电磁开关；

PLC系统采用西门子公司S7-300系统

低压电器元件采用正泰集团产品

电气柜采用湖南万英科技有限公司产品

变送器采用WT2000智能型变送器

排烟温度NOX检测采用在线式

3、自动控制系统主要设备和系统配置

自动控制系统主要设备和系统配置表

序号

名称

规格型号

单位

数量

厂家

价格

一

工控机（系统卡件根据设备表配备）

显示屏

21.5寸（彩色屏）

套

1

主机

符合一般水平

合计

套

1

1

S7300电源模块

电源模块24V5A

块

2

西门子

2

下位机

S7CPU模块6SE72

块

1

西门子

模拟量输入模块6SE72

块

2

西门子

开关量输入模块6SE72

块

2

西门子

开关量输出模块6SE72

块

2

西门子

3

导轨

530MM

块

1

西门子

4

通讯接口

块

2

西门子

5

通讯模块

块

1

西门子

6

PG/PC的PCI卡

4COM卡（PCI）

块

1

西门子

7

辅助材料

套

1

8　

PLC编程软件

MICROSTEP7FORWIN

1

西门子

组态编程

1

下位机组态编程

1

PLC机柜

套

1

颜色为国际灰

合计

套

1

　189000元

二

电气部分

1#循环泵控制（75KW）

工频（Y/△）控制

台

1

2#循环泵控制（75KW）

工频（Y/△）控制

台

1

1#搅拌泵控制（18.5KW）

工频直接启动控制

台

1

2#搅拌泵控制（18.5KW）

工频直接启动控制

台

1

排出泵控制（15KW）

工频直接启动控制

台

1

排出泵控制（15KW）

工频直接启动控制

台

1

除雾器冲洗水泵控制（30KW）

工频直接启动控制

台

2

排出泵控制（15KW）

工频直接启动控制

台

1

电磁阀控制

　开关控制

台

6

电动阀门控制

　开关控制，开关行程输出

台

2

控制台配电（6KW）

台

1

照明动力箱（10A）

台

1

外壳

　GGD

台

2

其它费用

其它辅助材料

批

1

合计

套

1

　42000元

三

就地传感部分（不含就地显示表计）

1

烟气含氧量氧化锆变送分析仪

ZOY-4

台

1

无锡兴洲

0-21％O2

氧化锆探头

ZOY-0403

台

1

无锡兴洲

2

排烟温度热电偶温度计

WRN-231K

支

1

和丰

分度号：

K

插深：

L/l=750/600

保护管材质：

1Cr18Ni9Ti

外径：

φ20

连接螺纹：

M33×2

3

引风机风量阿牛巴流量计

烟道管径1880×1880

台

1

泰兴

介质：

SO2（400mg/Nm3）、Nox（200mg/Nm3）、CO2、N2、O2、烟尘（80mg/Nm3）烟气

量程范围：

0～14.8万m3