100万吨焦炉烟气脱硫脱硝技术方案设计设计.docx
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100万吨焦炉烟气脱硫脱硝技术方案设计设计
100万吨焦化2×60孔焦炉
烟气脱硫脱硝工程
技
术
方
案
第一章总论5
1.1项目简介5
1.2总则5
1.2.1工程范围5
1.2.1采用的规范和标准5
1.3设计基础参数（业主提供）7
1.3.1基础数据7
1.3.2工程条件8
1.4脱硫脱硝方案的选择9
1.4.1脱硫脱硝工程建设要求和原则9
1.4.2脱硫脱硝工艺的选择9
1.5脱硫脱硝和余热回收整体工艺说明1..1.
第二章脱硫工程技术方案1..2...
2.1氨法脱硫工艺简介1..2...
2.1.1氨法脱硫工艺特点1..2..
2.1.2氨法脱硫吸收原理1..2..
2.2本项目系统流程设计1..4...
2.2.1设计原则1..4....
2.2.3设计范围1..4....
2.2.4系统流程设计1..4...
2.3本项目工艺系统组成及分系统描述1..5.
2.3.1烟气系统1..5...
2.3.2SO2吸收系统1..5..
2.3.3脱硫剂制备及供应系统1..7..
2.3.4脱硫废液过滤1..7...
2.3.5公用系统1..7...
2.3.6电气控制系统1..7...
2.3.7仪表控制系统1..8...
第三章脱硝工程技术方案2..0...
3.1脱硝工艺简介2..0...
3.1.1SCR工艺原理2..0...
3.2SCR系统工艺设计2..1...
3.2.1设计范围2..1....
3.2.3设计原则2..1....
3.2.2设计基础参数2..1...
3.2.3还原剂选择2..2...
3.2.4SCR工艺计算2..2...
3.2.5SCR脱硝工艺流程描述2..4..
3.3分系统描述2..4....
3.3.1氨气接卸储存系统2..4..
3.3.2氨气供应及稀释系统2..4..
3.3.3烟气系统2..5....
3.3.4SCR反应器2..5...
3.3.5吹灰系统2..6....
3.3.6氨喷射系统2..6...
3.3.7压缩空气系统2..6...
3.3.8配电及计算机控制系统2..6..
第四章性能保证2..8....
4.1脱硫脱硝设计技术指标2..8..
4.3.1脱硫脱硝效率2..8...
4.3.2SCR及FGD装置出口净烟气温度保证2..9
4.3.3脱硫脱硝装置可用率保证2..9.
4.1.4催化剂寿命2..9...
4.1.5系统连续运行温度和温度降2..9.
4.1.6氨耗量3..0....
4.1.7脱硫脱硝装置氨逃逸3..0..
4.1.8脱硫脱硝装置压力损失保证3..0.
第五章相关质量要求及技术措施3..1..
5.1相关质量要求3..1...
5.1.1对管道、阀门的要求3..1..
5.1.2对平台、扶梯的要求3..1..
5.2防腐措施3..2....
5.3电气控制及自动化3..2...
5.3.1供配电系统3..2...
5.3.2控制、仪表系统3..3..
第六章经济效益分析及投资报价3..6..
6.1运行成本3..6....
6.1.1脱硝运行成本（年运行时间8760h）3..6
6.1.2脱硫运行成本（含增加风机及热备，年运行时间8760h）36
6.2建设投资成本3..7....
第七章设计、供货、施工范围3..8..
7.1乙方设计范围3..8...
7.2乙方施工范围3..8...
7.3乙方供货范围3..8...
附件1：
脱硝系统设备清单3..8...
附件2：
脱硫系统设备清单3..9...
附件3：
余热回收及热备系统的技术方案另附错误!
未定义书签。
第一章总论
1.1项目简介
河北某100万吨焦化2×60孔5.5m捣固焦炉，年产能108万吨。
由于烟气中SO2、NOx原始含量较高，焦炉烟气未经处理排放，不能达到大气污染物排放标准。
现拟新建一套脱硫脱硝和余热回收装置（脱硫脱硝余热利用一体设计），使焦炉烟气实现达标排放。
此脱硫脱硝工程采用总承包（EPC）方式，经处理后使SO2排放浓度小于30mg/m3、颗粒物排放浓度小于15mg/m3，NOx排放浓度小于150mg/m3（NOx按此指标设计），基准氧含量按9%计。
项目竣工后，按照项目所在地环保部门要求委托具有资质的监测机构对SO2、NOx、颗粒物等指标进行检测，出具正式检测报告，作为验收的重要技术依据。
1.2总则
1.2.1工程范围
河北焦化焦炉脱硫脱硝工程总承包（EPC）的全部工作，包括但不限于设计（包括脱硫脱硝初步设计、脱硫部分施工图设计）、供货、施工、调试、试运行、竣工验收、人员培训直至最终交付使用及售后服务等方面的工作。
工程所需的水源、气源、电源、汽源等公用工程由业主确定接口，我方负责接口施工
1.2.1采用的规范和标准
GB50187
《工业企业总平面设计规范》
GB50160
《石油化工企业设计防火规范》
GB6222
《工业企业煤气安全规程》
GB12710
《焦化安全规程》
GB2893
《安全色》
GB12710
《化工企业安全卫生设计规定》
GB12710
《焦化安全规程》
GB14554
《恶臭污染物排放标准》
GB4272
《设备及管道保温技术通则》
GB50184
《工业金属管道工程质量检验评定标准》
GB50185
《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》
DLGJ158
《火力发电厂钢制平台扶梯设计技术规定》
YB9070
《压力容器技术管理规定》
GBl50
《钢制压力容器》
GBZ2
《作业环境空气中有害物职业接触标准》
GB8978
《污水综合排放标准》
GB12348
《工业企业厂界噪声标准》
GBJ87
《工业企业噪声控制设计规范》
DL5027
《电力设备典型消防规程》
GB50016
《建筑设计防火规范》
GB50116
《火灾自动报警系统设计规范》
GB50034
《工业企业照明设计标准》
GB9089.4
《户外严酷条件下电气装置装置要求》
GB7450
《电子设备雷击保护导则》
GB50057
《建筑物防雷设计规范》
GB12158
《防止静电事故通用导则》
GB50052
《供配电系统设计规范》
GB50054
《低压配电设计规范》
GB50055
《通用用电设备配电设计规范》
GB50056
《电热设备电力装置设计规范》
GB50058
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》
DL/T620
《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》
DL/T5137
《电测量及电能计量装置设计技术规程》
GBJ63
《电力装置的电测量仪表装置设计规范》
GB50217
《电力工程电缆设计规范》
CECS31
《钢制电缆桥架工程设计规范》
DL/T621
《交流电气装置的接地》
GB997
《电机结构及安装型式代号》
GB4942.1
《电机外壳分级》
GB1032
《三相异步电机试验方法》
GBJ42
《工业企业通讯技术规定》
GB50260
《电力设施抗震设计规范》
GB50011
《建筑抗震设计规范》
GBJ68
《建筑结构设计统一标准》
GB50017
《钢结构设计规范》
GB50040
《动力机器基础设计规范》
JGJ107
《钢筋机械连接通用技术规程》
YB3301
《焊接H型钢》
YB4001
《压焊钢格栅板》
GB50219
《水喷雾灭火系统设计规范》
GB50140
《建筑灭火器配置设计规范》
1.3设计基础参数（业主提供）
1.3.1基础数据
表1焦炉及烟道气原始参数
项目名称
单位
数值
备注
焦炉型号
JT55-550D
顶装/捣固焦炉
捣固
焦炉座数
座
2
焦炭年产量/座焦炉
万t/a.座
54万
焦炉炭化室高度
m
5.5
炭化室数量
孔
60
2x60孔
焦炉烟囱
座
2
烟囱高度
m
90
焦炉烟道气废气量
Nm3/h
130000
温度
℃
285
NOx（浓度）
mg/Nm3
1000
SO2（浓度）
mg/Nm3
350
颗粒物
mg/m3
20
H2O
%
焦炉煤气加热核算值
表2烟道气净化后的排放指标
项目名称
单位
数值
备注
NOx（浓度）
mg/Nm3
≤150
目前是
SO2（浓度）
mg/Nm3
≤30
目前是
颗粒物
mg/m3
≤15
目前是
运行时间
h
8760
1.3.2工程条件
（1）工程地质及水文条件
略。
（1）气象条件
略
（2）抗震设防按现行的《建筑抗震设计规范》、《构筑物抗震设计规范》、《建筑工程抗震设防分类标准》等国家及行业的规范、规程及标准进行设计。
该厂区的地震烈度为7度，地震加速度为0.15g
（3）工程位置
根据现场实际条件确定。
（4）总平面布置平面设计在满足生产工艺的同时，充分考虑到运输、消防、安全、卫生、职业健康、节约土地等因素。
按工艺的生产、功能特点、结合场地自然条件，进行总平面布置。
充分利用现有空余场地，尽可能少占地，特别是不得影响焦炉的正常生产运行。
（5）公用工程
提供的原料：
水、电、气、汽等。
工程所需的水源、气源、电源、汽源等公用工程由业主确定接口位置，投标方负责接口施工。
投标人在投标时提供相关公用工程负荷。
1.4脱硫脱硝方案的选择
1.4.1脱硫脱硝工程建设要求和原则本工程的主要目的是：
根据先进可靠的脱硫脱硝技术，结合焦化厂的实际情况，确定合理的脱硫脱硝技术方案、选择最佳投资方案，以满足日益严格的环境保护要求。
同时，通过对拟建设项目的技术可行性、经济合理性和项目可实施性等进行论证，明确投资的总费用和运行成本，基本原则是：
（1）脱硫脱硝系统的设计脱除率应能满足当前适用的国家排放标准和地方环保局的排放要求。
（2）所采用的技术能够充分利用原有的资源，从而达到综合利用的目的；
（3）采用的脱硫脱硝工艺应在技术上先进、成熟、可靠的，不影响焦炉的安全稳定运行，且污染物的脱除率、基建投资、占地面积和运行费用等综合性能最佳。
（4）所采用的脱硫脱硝工艺不应造成新的污染，如噪声、粉尘、废水、恶臭等，工艺的污染防治措施应能满足有关的环保要求;
（5）根据工厂总平面布置的规划，整体布局紧凑、合理，系统顺畅，节省占地，节省投资。
（6）对于容易损耗、磨损或故障时容易影响装置运行性能的所有设备和配件（例如吸收塔喷嘴、泵等），设计时充分考虑其更换和维修的方便。
（7）烟道和箱罐等设备配备足够数量的人孔门，并考虑开/关方便，设计相应的维护平台。
（8）所有设备和管道包括烟道的设计充分考虑最差运行条件（压力、温度、流量、污染物含量）下的防冻、保温、浆液管道的防堵塞防磨损及事故情况下的最大温度热应力、机械应力等的安全裕量。
1.4.2脱硫脱硝工艺的选择
1）脱硫工艺选择
烟气脱硫技术可以分为二类：
湿法、干法。
湿法烟气脱硫技术是当今脱硫市场的主流，约占脱硫总
量的80%以上。
其中氨法、石灰石石膏法、双碱法是湿法脱硫中的主流技术。
这三类方法各有其适用性，适合不同需求。
各种工艺的优缺点归纳如下表：
脱硫
工艺
经济技术指标（以90000Nm3/h处理量为例）
占地面积（㎡）
投资预算万元
系统阻力（Pa）
液气比
脱硫效率
%
系统电耗KW/h
系统水耗m3/h
堵塞情况
脱硫剂消耗kg/h
脱硫
产物
脱硫产物处理方式
氨法
150
550
～900
2～3
≧95
～35
～6
不堵塞
14.4
硫酸铵
送硫铵装置
镁法
200
420
～700
2～3
≧98
～56
～6
不堵塞
13.8
硫酸镁
提取硫酸镁
双碱法
300
600
～700
2～3
≧98
～70
～6
存在堵塞
19.6
硫酸钙
固废抛弃
石灰石
膏法
300
500
1200
8～12
≧95
～162
～6
存在堵塞
19.6
硫酸钙
固废抛弃
半干法
150
300
3000
≧80
～150
1～2
存在堵塞
25.1
硫酸盐
固废抛弃
根据上述论述，氧化镁法、石灰石石膏法、双碱法和半干法等都面临二次固体废物的处理问题，也无法实现废水零排放的目标，同时还存在其它不同的问题。
只有氨法脱硫巧妙地利用了厂内丰富的剩余氨水、蒸氨塔和硫铵工段等有利条件对脱硫剂和副产物分别进行循环处理，即剩余氨水经蒸氨塔净化处理后可作为焦炉烟气脱硫的清洁氨源，脱硫后产生的硫酸铵溶液可送至硫铵工段生产成品硫铵，不产生废固的二次污染，同时也实现了污水的零排放；另外，从投资、运行、占地面积、脱硫效率、功耗、脱硫剂的消耗等多方面综合评估，我公司认为采用氨作为吸收剂的氨法脱硫具有很好的综合性能，故此，本项目推荐采用氨法脱硫工艺。
2）脱硝工艺选择
脱硝工艺目前有选择性催化还原技术SCR工艺、炉内脱硝的SNCR工艺、低温等离子
脱硝工艺、臭氧脱硝工艺等。
应用较普遍且较成熟可靠的是SCR和SNCR两种工艺，但由于伙炉是由大量立火道组成的燃烧室组成，SNCR根本不适合焦炉，因此只有SCR比较适合，但鉴于焦炉烟气温度偏低，只能选用低中温催化剂。
使用SCR脱硝工艺，还原剂可就地取材，即选用焦化厂蒸氨系统自产的氨水即可，可以节省大量的原料运输成本和采购成本等；其次，使用本工艺，还可与氨法脱硫工艺更好的衔接起来，氨水供应系统可公用，节省基建投资。
综上所述，烟气脱硝最可靠的工艺仍然是SCR工艺，我公司推荐使用此工艺。
1.5脱硫脱硝和余热回收整体工艺说明
从焦炉总烟道引出的285℃的烟气，经分级过滤器过滤掉大部分焦油杂质后，先进行SCR脱硝，然后再进入换热器将脱硫后的烟气提温至130℃，同时烟气降温至215，然后再进行脱硫；提温后的脱硫烟气直接进入原有烟囱排放。
另外，当增压风机停电或其它故障时，需打开进烟囱的旁路挡板将焦炉烟气排入烟囱时，如烟囱内如为常温，则不能在烟囱根部及时形成有效的吸力，而影响焦炉的安全生产。
为此，本项目特设计了热备系统，即从脱硝后的热烟气送至烟气-空气再热器，在烟气-空气再热器中将冷空气（经烟囱根部吸力而吸入）升温至130℃左右，送入烟囱进行热备，这样使得烟囱始终具备拔烟功能，从而确保焦炉的安全生产。
工艺流程图如下图所示。
由于现场两座焦炉相距较远，采用一炉一套脱硫脱硝系统进行建设
第二章脱硫工程技术方案
2.1氨法脱硫工艺简介
2.1.1氨法脱硫工艺特点
氨水是氨溶于水得到的水溶液，呈碱性，氨离子能与很多酸根离子进行反应，生成相应的盐。
氨水是一种良好的碱性吸收剂，其碱性强于钙基吸收剂，用氨吸收烟气中的SO2是气—液或气—汽反应，反应速率快，吸收剂利用率高，吸收设备体积可以大大减少。
脱硫副产物（硫酸铵溶液）经过浓缩后，直接排至焦化硫酸铵制取系统。
因此，氨法脱硫与氧化镁法、石灰石（石灰）石膏法、钠钙双碱法等其它湿法脱硫工艺相比，具有如下特点和优势：
（1）氨的活性高，氨法脱硫的脱硫效率比石灰（石）-石膏法更高；
（2）脱硫、脱硝使用同一种吸收剂，部分设备如氨槽等可以共用，装置占地面积减小，一次投资成本低；
（3）氨法脱硫的液气比很低，只有5～6。
当烟气中的SO2气体浓度很低时，液气比可以降到更低；
（4）吸收剂易得（厂内可直接提供吸收用氨水），焦化厂内应用综合运行成本低；
（5）产生的硫酸铵溶液可直接经浓缩后排至厂内硫酸铵制取系统，无需新增副产物处理装置；
（6）最终副产物硫酸铵作为常用氮肥，经济价值高。
2.1.2氨法脱硫吸收原理
氨法脱硫技术是以水溶液中的NH3和SO2反应为基础，在多功能烟气脱硫塔的吸收段
氨将锅炉烟气中的SO2吸收，得到脱硫中间产品亚硫酸铵（简称硫铵，下同）或亚硫酸氢
铵的水溶液，见反应方程式
（1）；在循环槽内鼓入压缩空气进行亚硫铵的氧化反应，将亚
硫铵氧化成硫铵溶液，见反应方程式
（2）。
（1）
SO2+H2O+xNH3=（NH4）xH2-xSO3
（NH4）xH2-xSO3＋1/2O2+（2-x）NH3=（NH4）2SO4
（2）
在脱硫塔的浓缩段，利用高温烟气的热量将硫铵溶液浓缩，得到20%以上的硫酸铵溶液，
再送至硫铵工段饱和器进行处理。
具体如下：
氨法吸收是将氨水通入吸收塔中，使其与含SO2的烟气接触，发生如下反应：
NH3＋H2O＋SO2《===
》NH4HSO3
（1）
2NH3＋H2O＋SO2《===
》（NH4）2SO3
（2）
（NH4）2SO3＋SO2＋H2O
《===》2NH4HSO3
（3）
在通入氨量较少时发生
（1）反应，在通入氨量较多时发生
（2）反应，而（3）式表示的才是氨法中的真正吸收反应。
在吸收过程中所生成的酸式盐NH4HSO3对SO2不具有吸收能力。
随着吸收过程的进行，吸收液中的NH4HSO3数量增多，吸收液吸收能力逐步下降，此时需向吸收液中补充氨，使NH4HSO3转变为（NH4）2SO3，以保持吸收液的能力。
当加氨调配时：
NH4HSO3+NH3→（NH4）2SO3（4）
因此氨法吸收是利用（NH4）2SO3——NH4HSO3不断循环的过程来吸收废气中的SO2的。
补充的氨并不是直接用来吸收SO2，只是保持吸收液中（NH4）2SO3的一定浓度比例。
NH4HSO3浓度达到一定比例,吸收液要不断从洗涤系统中引出，然后用不同的方法对引出的吸收液进行处理。
吸收塔内强制鼓入氧化空气后会发生如下氧化反应：
2（NH4）2SO3+O2→2（NH4）2SO4（5）
2SO2+O2→2SO3（6）
由以上叙述可知，（NH4）2SO3－NH4HSO3水溶液中的（NH4）2SO3与NH4HSO3的组成状况对吸收影响很大，而控制吸收液组成的重要依据是吸收液上的SO2和NH3的分压。
在实际的洗涤吸收系统中，由于氧的存在使部分（NH4）2SO3氧化为（NH4）2SO4，氧化的结果，使氨的有效浓度变低，于吸收不利。
实际烟气脱硫工业应用中，pH值是最易直接获得的数据，而pH值又是（NH4）2SO3－NH4HSO3水溶液组成的单值函数。
控制吸收液的pH值，就可获得稳定的吸收组分，也就决定吸收液对SO2的吸收效率以及相应的NH3消耗。
2.2本项目系统流程设计
2.2.1设计原则
（1）适应煤种变化，确保烟气（SO2、烟尘）达标排放并达到总量控制要求。
（2）确保烟气治理系统和焦炉的安全、稳定运行。
（3）SO2脱除效率达到环保要求，用户可根据实际生产负荷，通过调整脱硫剂的使用量，达到最佳的脱硫效果，并有持续发展的空间，适应SO2总量削减要求。
（4）烟囱出口烟气温度及含湿量达到标准要求。
（5）选用质量可靠、能耗低的机电设备及性能优异、价格适宜的专用设备，尽可能降低系统的运行费用。
（6）操作容易，管理简单，维修方便。
（7）因地制宜，合理布局，系统阻力小，减少占地面积，节省投资。
（8）脱硫塔出塔净烟气不进行升温，以节省能耗、降低运行成本。
2.2.3设计范围本项目具体设计范围如下：
脱硫塔系统：
SO2吸收塔一座；脱硫剂系统：
氨水加注系统、循环液体调配系统及相关的计量装置一套；脱硫剂雾化喷淋系统一套；
DCS+上位机电气控制系统一套；为节约投资，将部分脱硝设备与脱硫设备进行有效整合。
烟囱热备：
鼓风机一台，换热器一台
2.2.4系统流程设计本系统由引风机、吸收塔、脱硫液制备输送系统、脱硫废液处理系统组成。
脱硝后的高温烟气进过换热器后，进入余热锅炉，然后在经过引风机增压后进入脱硫塔，在吸收塔内脱硫，吸收塔内的浆液一部分循环喷淋，然后经过板框压滤机直接外排至焦化厂现有硫铵工段，进行脱硫废液的综合处理；脱硫后的烟气从脱硫塔顶部排出，进入换热器升温至130℃，然后再进入焦化厂原有烟囱排放。
吸收塔顶部采用2层屋脊一层管束除雾器。
2.3本项目工艺系统组成及分系统描述
脱硫工艺采用湿式氨法脱硫。
脱硫装置的烟气处理能力为130000Nm3/h（焦炉烟气），脱硫效率按大于90%设计。
FGD系统由以下子系统组成：
（1）烟气系统
（2）SO2吸收系统（浓缩冷却塔、吸收塔）
（3）脱硫剂制备及供应系统（包括氨水储存系统、供氨系统、混合脱硫剂制备系统）
（4）脱硫废液过滤及蒸发浓缩系统
（5）公用系统
2.3.1烟气系统
烟气系统的设计将考虑系统的正常运行及紧急情况的操作。
原烟气经过引风机加压后，从吸收塔底部进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，与循环浆液逆流接触。
烟气中的SO2被
浆液吸收。
除去SOX及其它污染物（含部分烟尘）。
设置烟道旁路，在脱硫塔入口烟道和旁路烟道设置气动挡板门，当发生停电事故时，旁路烟道和进口烟道自动切换，烟气进入原有烟囱排出。
设置热备烟道，向烟囱中鼓入热空气，使烟囱处于热备状态。
烟气系统设有人孔门和除灰孔。
人孔门和除灰孔直径不小于DN600。
烟气系统的膨胀节用于补偿烟道热膨胀引起的位移，膨胀节在所有运行和事故条件下都能吸收所有的位移。
非金属膨胀节蒙皮主材为耐腐蚀、厚2.0毫米及以上的聚四氟乙稀橡胶布。
接触湿烟气并位于水平烟道段的膨胀节通过膨胀节框架排水，排水孔最小为DN150，排水注意防冻设计，排水返回到FGD区域的排水坑。
在膨胀节每边提供1m的净空，包括平台扶梯和钢结构通道的距离。
2.3.2SO2吸收系统
吸收塔系统包括吸收塔（含喷淋系统、洗涤除雾系统、吸收液储存系统、吸收液排除系统）、循环泵、各类阀门。
（1）吸收塔
经过初步计算，设计吸收塔塔高26m（吸收塔本体高28米，其中底部储液区4米、烟气入口段及喷淋吸收区共14米、除雾及二次吸收区8米），塔体直径5m，烟气入口段在储液区上部1米出，入口处采用抗不锈钢内衬，抗热冲击及烟气冲刷。
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