焦炉烟气脱硫脱硝及余热回收方案书Word格式文档下载.docx
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NOx浓度
≤1200
5
粉尘浓度
≤30
6
含O2量
%
7-11%
、设计原则及标准
《焦化安全规程》GB12710—2008
《炼焦化学工业污染物排放标准》GB16171-2012
《火电厂烟气脱硝工程技术规范-选择性催化还原法》HJ562-2010
《工艺金属管道设计规范》GB50316-2000
《工业企业厂界噪声标准Ⅲ类标准》GB12348-90
《工业企业设计卫生标准》GBZ1－2002
《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97
《自动化仪表施工及验收规范》GB50093-2002
《机械设备安装工程施工及验收规范》GB50231-98
《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》GB50275-98
《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》GBJ126－89
《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》HGJ229-91
《自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093—2002
《电气装置安装工程电器设备交接试验规程》GB50150—91
《继电保护和安全自动装置技术规程》DL400-91
《电力工程直流系统设计技术规程》DL/T8044-2004
《低压配电设计规范》DL/T50044-95
《袋式除尘器分类及规格性能表示方法》GB6719—86
《袋式除尘器用滤料及滤袋技术条件》GB12625—90
《脉冲袋式除尘器用滤袋框架技术条件》GB/T5917—91
《袋式除尘技术性能及测试方法》GB11653—89
《机电产品包装通用技术条件》GB/T13384—91
《气焊、电弧焊及气体保护焊缝的基本型式及尺寸》GB/T985-1988
《埋弧焊焊缝的基本型式及尺寸》GB/T986-1988
以上标准不限于此，如遇最新标准，按最新标准执行。
、项目设计指标
根据招标文件，以及GB16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》规定的大气污染物特别排放限值，实现以下排放指标：
（1）、烟囱排放温度：
≥130℃
（2）、NOx排放浓度：
≤150mg/Nm3
（3）、SO2排放浓度：
≤30mg/Nm3
（4）、粉尘排放浓度：
≤15mg/Nm3
（5）、氨逃逸：
≤10ppm
3、工艺技术方案
按照招标文件中焦炉烟气脱硫脱硝既定的工艺路线，采用“中低温SCR脱硝+余热回收+循环流化床（CFB）半干法脱硫+布袋除尘器”的技术，对焦炉烟气进行脱硫脱硝以及余热回收，具体工艺流程为：
（1）、将焦炉烟气从地下烟道挡板门以前引出，然后通过焦油吸附装置，去除烟气中大部分焦油，减少对后续工艺系统的影响。
（2）、经焦油吸附后的烟气进入中低温SCR脱硝反应器：
在催化剂的作用下，烟气中的NOx与喷入的NH3发生选择性还原反应，生成N2和H2O，以达到NOx脱除的目的，确保NOx浓度小于150mg/Nm3。
反应器采用分仓室结构，分成3个独立的通道，并在各个通道的进、出口设置阀门，实现各个通道内脱硝催化剂的在线检修和更换。
（2）、为了确保催化剂的活性，设置一套热风炉，通过升温，结合SCR反应器的分仓室结构，可定期进行催化剂在线热解析。
同时，当焦炉烟气温度低于原始设计温度时，可通过热风炉来稳定烟气温度，确保脱硝效率。
（2）、从SCR脱硝反应器出来的烟气进入余热锅炉，通过热交换，回收烟气中的显热，降低烟气温度，并产生一定量的饱和蒸汽，实现焦炉烟道气的余热回收。
（3）、从余热锅炉出来的烟气进入后部的循环流化床（CFB）脱硫塔：
利用循环流化床强烈的传热和传质特性，通过向塔内加入脱硫剂（Na2CO3），在高速气流的作用下，脱硫剂呈流化态并与烟气强烈混合并接触，与烟气中的酸性物质（主要为SO2、SO3等）发生中和反应，从而实现SO2的固化及脱除，确保出口SO2浓度小于30mg/Nm3。
（4）、从CFB脱硫塔中出来的含尘烟气进入布袋除尘器，经布袋的拦截、捕集后，布袋除尘器出口烟气中的粉尘浓度小于15mg/Nm3。
（5）、经脱硝、余热回收、脱硫、除尘后的洁净烟气经由系统引风机引出，然后返送回地下烟道挡板门后，经由原焦炉烟囱达标排放。
由于排放的烟气温度＞140℃，确保焦炉烟囱一直处于热备状态。
（6）、为了防止焦炉烟气量的变化对CFB脱硫系统的正常运行造成影响，在风机出口增加一路循环管路，返送至脱硫进口阀以前，并在该管道上设置电动调节阀门，以便调节脱硫进口的烟气量，防止脱硫塔发生塌床等事故。
此外，还需对原有焦炉地下烟道进行改造，具体改造工作如下：
（1）、以原有地下烟道挡板门进行改造，加强阀门的密封性，并将阀门与脱硫脱硫系统进行联锁，实现该阀门的快开快关，确保焦炉的安全生产。
（2）、在地下烟道挡板门入口端与出口端各引出一根烟气管道与脱硫脱硝系统对接，作为系统的进口和出口，并分别设置电动挡板门。
系统正常运行时，进、出口电动挡板门打开，地下烟道挡板门关闭，焦炉烟气经脱硫脱硝及余热回收后，从原焦炉烟囱达标排放。
当脱硫脱硝系统出现故障或系统引风机断电的情况下，地下烟道挡板门基于联锁控制程序，快速开启，烟气直接从地下烟道进入烟囱排放，确保焦炉的安全正常生产。
此外，地下烟道的气动挡板门还设置现场操作箱，可实现就地和远传两个操作模式。
系统主要组成如下：
备注
焦油吸附装置
共2层，1用1备
中温SCR脱硝系统
出口NOx≤150mg/Nm3
热风炉系统
1套
余热锅炉
热管式
CFB脱硫系统
出口SO2≤30mg/Nm3
布袋除尘器
出口粉尘≤15mg/Nm3
7
引风机
变频，450KW
8
烟气管网
9
控制系统
、焦油吸附装置
该装置采用焦炭（或活性炭）作为吸附剂，焦炭是一种多孔结构，可提供很大的表面积，并且具有很强的吸附能力，通过毛细管的吸附作用，从而去除烟气中绝大部分的焦油。
当吸附量接近饱和时（表征为吸附装置阻力变大），需要进行吸附剂的更换。
焦油吸附装置采用整体抽屉式快装模块化的设计，可以实现吸附剂的快速在线更换及检修。
具体配置为：
吸附层数：
2层（1用1备）
单层吸附层外形尺寸：
1000x7000
每层吸附模块数量：
7个（2层，共16个）
单个模块外形尺寸：
1000x1000
、中低温SCR脱硝系统
、催化剂的选型说明
本项目中，进入SCR脱硝反应器的烟气温度约170-230℃，如何选择催化剂以适应焦炉烟气特点是本项目的技术重点。
SCR法按催化剂使用温度区间主要分三种：
高温脱硝催化剂、中温脱硝催化剂、低温脱硝催化剂。
高温脱硝催化剂（300-400℃）近两年由于电力行业NOx排放要求的提高，产能迅速增加，世界范围电厂脱硝80%采用此中方法。
作为最成熟的脱硝工艺，其反应温度对于焦炉烟气偏高，不适用于焦炉烟气脱硝，即便使用也会面临大量烟气加热能耗费用，成本巨大。
中温脱硝催化剂（220-300℃）及低温脱硝催化剂（低于220℃）作为大型烟气脱硝处理装置应用较少，但在国内已有成功应用。
针对本项目焦炉烟气排放温度特点，进入SCR反应器的烟气温度在230-290℃左右，且烟气中SO2的浓度小于200mg/Nm3，为催化剂的选型提供了有利条件。
焦炉烟气脱硝催化剂选择受焦炉烟气特点影响较大，主要受制因素是烟气温度、含尘量、SO2浓度等。
本方案选择中温型蜂窝式催化剂。
催化剂选型依据：
（1）根据飞灰浓度确定催化剂孔最小截距，在保证不堵灰的情况下，尽量选用比表面积多的催化剂型号；
（2）根据烟气量、温度和脱硝性能，利用动力学方程确定催化剂基本体积；
（3）根据有毒元素含量和温度等因素估算失活速率，推算催化剂末期活性，对催化剂参数进行修正，最终确定催化剂体积用量。
、脱硝反应机理
选择性催化还原法（SCR）是在催化剂作用下，通过NH3将烟气中的NOx还原成N2和H2O，从而达到烟气脱硝的目的。
常见的SCR脱硝系统通常采用高温催化剂，最佳反应温度区间为360℃左右。
由于焦炉烟气温度在230-290℃之间，因此，本项目采用中温催化剂，反应温度区间在220-300℃左右。
发生的主要反应：
NO＋NH3＋O2→N2＋H2O
NO2+NH3→N2+H2O
NO＋NO2＋NH3→N2＋H2O
、系统构成
由于项目新建一套液氨站及氨蒸发系统，可以向系统直接提供合格的氨气，所以此项目SCR脱硝系统构成比较简单。
从氨气缓冲罐出来的氨气与空气在混合器内进行充分混合，然后通过喷氨格栅将其均匀喷入到SCR反应器上升烟道中；
NH3随烟气一起进入反应器的催化剂层，并与烟气中的NOx发生还原反应，实现NOx的脱除，确保反应器出口NOx的浓度小于。
（1）、液氨站
本项目采用液氨作为还原剂，我方在业主方指定的区域设计、建设一套液氨站。
液氨法是SCR系统最早采用的氨气制备工艺，以加热减压方式将高压液氨转换成气氨，物理生产过程不伴随化学反应。
工艺流程详见下图：
（a）、流程简述：
接卸：
液氨自汽车槽车运到本站，分别将其气液相管道与接卸台的金属接卸臂连接，经氨压缩机抽吸液氨贮罐中的气相，加压后经气相阀门组压入汽车槽车，迫使车内液氨卸入液氨贮罐，当液相卸完后关闭液相阀门，切换氨压缩机四通阀抽吸槽车内气相至贮罐，当汽车槽车内压力小于~时关闭氨压缩机即卸完。
利用液氨贮罐自身的压力或用氨压缩机加压，将液氨送至气化器气化，气化器采用蒸汽加热，气化后氨气送至车间用气装置。
气化：
利用液氨贮罐自身的压力或用氨压缩机加压，将液氨送至气化器气化，气化器采用蒸汽水浴式加热，气化后氨气经氨气缓冲罐减压后送至车间用气装置。
废气及废水处理：
液氨站设置氨气泄放总管，储罐、气化器、氨压缩机、氨气缓冲罐等手动泄放及安全阀自动泄放的氨气均通过泄放总管接入系统二级水喷淋吸收塔，经水吸收后放空。
吸收的氨水进入站区内废水池，收集废水经由废水泵送去厂区指定区域。
（b）、建设项目配套及辅助工程概况
本项目配套及辅助工程涉及供配电、给排水、消防、供气和供热。
供配电：
本项目供电为380/220V供电回路。
氨区区设置一段MCC为就地负荷供电，MCC采用单母线接线方式，由附近PC段引来两路电源，两路进线互为备用，自动切换。
本工程生产装置用电负荷等级为二级，双回路供电。
给排水：
本项目涉及生活给水系统、生产给水系统、消防给水系统，均利用原有基础设施，能够满足要求，不需要新建设施。
供气：
仪表空气由脱硫脱硝系统的空压站提供。
氨站内设置1个压缩空气缓冲罐。
氮气：
液氨站使用氮气系统进行装置的吹扫、保养等，该部分由业主提供。
消防设施、器材及分布：
新建液氨站的消防管接自厂区原有消防管网，消防水量满足厂区新建液氨站的消防要求；
室内消防布置灭火器。
自控：
液氨站采用集中监控方式，硬件配置纳入脱硫脱硝DCS控制系统中，控制室设置在脱硫脱硝集中控制室，完成数据采集、顺序控制、调节控制功能和组态编辑。
系统运行人员可通过机组DCS操作员站完成对氨区系统的监视和操作。
（c）、DCS自动控制系统设置情况：
液氨储罐设置高液位报警并与进料气动阀及氨卸料压缩机电机联锁切断；
气相及液相出料阀设置气动切断阀，当贮罐、管道附件等破裂、误操作或发生火灾事故时，可紧急关闭贮罐上的气液相阀门；
气化器上设置气化器出口温度低限、液氨液位高限、水位液位低限、水温低限与液氨进料阀的联锁装置；
氨卸料压缩机出口管道设置温度高限、压力高限与压缩机的电机联锁；
液氨储罐、气化器、氨气缓冲罐均设有安全阀;
废气排气管线经水氨稀释罐洗涤后排空；
设置有毒气体报警装置，并与接卸区、氨压缩机房内水喷淋系统联锁；
含氨废水经独立收集系统收集后去废水池。
（2）SCR脱硝系统
主要包括以下几个部分：
氨稀释系统、氨喷射系统、SCR反应器、热风炉系统。
具体流程见下图：
系统的主要工艺设备有：
稀释风机：
提供空气，作为NH3的载体，将NH3通过喷氨格栅喷入烟道中；
同时降低NH3的浓度，确保NH3处于爆炸浓度下限（%）以下。
喷氨格栅：
设置在SCR反应器上升烟道上，采用单元式控制，实现氨气与烟气的充分、均匀混合。
SCR反应器：
a、反应器本体：
采用分仓室结构，将反应器平均分成3个独立的通道，并在各通道的进、出口设置阀门，以便对催化剂进行分仓在线热解析和检修更换。
此外，每个通道入口均设置整流格栅、导流板，确保通道内的流场均匀性。
b、催化剂：
中温催化剂以V2O5为活性组分，TiO2为基材。
采用“2+1”布置形式，安装两层催化剂并预留一层。
c、声波吹灰系统：
布置在每层催化剂的上方，用于催化剂层的吹扫与清洁。
热风炉系统：
热风炉通过燃烧焦炉煤气，产生一定量的高温烟气，并与过量空气混合，将温度控制在350℃左右，然后送至需要热解析的SCR反应仓内。
热风炉主要由燃烧器、燃烧室、主供气系统、点火系统、前处理系统以及控制系统组成。
燃烧喷嘴采用CFD燃烧仿真技术进行模拟燃烧过程，确保燃烧器的高效、稳定燃烧；
燃烧器采用分体设计，助燃空气风机可单独配备，并安装在风机房内，减小环境噪音；
燃烧器设置有进风调节装置，通过控制系统控制伺服马达，来精确调节燃烧器进风。
此外，燃烧器具备燃气检漏、吹扫、点火、火焰监测、熄火保护、进气压力保护、风压保护、负荷调节功能，确保燃烧器长期安全稳定运行。
热风炉的基本参数见下表：
热风炉出口热风量
m3/h
90000（工况）
热风炉出口热风温度
350±
10
燃料类型
-
焦炉煤气
燃料热值
Kcal/Nm3
~4000
燃料消耗量
~1000
燃烧效率
>
99%
运行模式
虽然焦炉烟气中SO2的浓度低，但是由于长时间的运行，仍存在铵盐沉积并堵塞催化剂的可能性，此时就需要对催化剂进行在线分仓热解析（预计热解析周期在3-6个月左右）。
为实现催化剂的在线热解析及检修更换，本案将SCR反应器分成3个通道，并在各个通道的进、出口各设置阀门，通过开关阀门，可将各个通道从系统中隔离出来。
同时配置一套热风炉系统，为催化剂热解析提供升温热源。
通过以上措施的综合应用和调节可以实现正常运行、在线检修更换催化剂以及在线分仓热解析这三种工况：
正常运行工况：
设置在反应器各通道进、出口的阀门保持全开，烟气与通过喷氨格栅均匀喷入的NH3一起进入各个反应器通道内，依次通过催化剂床层，实现NOx的还原并去除。
在线检修更换催化剂工况：
将需要更换的通道进、出口挡板门关闭，将其从系统中离线出来；
然后打开设置在催化剂侧封板上的检修门，对催化剂进行更换。
在线分仓热解析工况：
将某一个通道的进口阀门关闭，维持出口阀门在打开状态，开启热风炉，将温度在350℃左右的热风送入该通道内，通过该部分高温烟气对该通道内的催化剂进行在线热解析（解析时间根据情况而定）。
、SCR脱硝系统基本性能参数
催化剂类型
蜂窝式催化剂
催化剂体积
m3
43
烟气流量
120000
反应器入口
烟气参数
1200
烟尘浓度
g/Nm3
反应器出口NOx浓度
≤150
NH3/NOx
mol/mol
~
氨的逃逸率
ppm
≤10
SO2/SO3转化率
≤1
脱硝效率
≥%
、性能保证的相关措施
为保证正常工况下的SCR脱硝系统性能及装置的安全运行，我方主要采取以下措施：
（1）、通过成熟的催化剂选型软件，优化催化剂生产工艺，一方面，适当减小催化剂孔截距，以减少体积用量；
另一方面，对催化剂进口端硬化工艺和硬化长度进行优化、提高催化剂的机械性能。
（2）、通过CFD数值模拟，并按适当比例建立物理模型，优化烟道内导流板和整流罩结构布置，尽可能减小烟气进入第一层催化剂时与垂直方向的夹角，减轻飞灰对催化剂的冲刷，确保SCR脱硝性能。
（3）、根据积灰特性，对声波吹灰器严格选型和布置，优化控制逻辑，减轻催化剂堵塞和腐蚀。
、流场模拟及物理模型
脱硝系统的关键是流场的分布，世界上各个厂家对此都花费了大量的精力致力于这方面的研究，目前随着计算机手段的提高，采用数值分析软件来模拟流场分布状况已成为一个重要的辅助设计手段。
数值模拟可以有效减少实验次数，对工程设计进行科学指导，我们将利用超算中心的计算平台对脱硝系统的流场情况进行数值模拟，根据我公司自身以及技术支持方的经验，为本项目的设计提供强大的技术支持。
下图为常规SCR烟气脱硝项目流场模拟结果。
喷氨装置以上2000mm截面
第一层催化剂入口界面速度分布（单位：
m/s）
在本项目中，由于SCR反应器采用分仓式结构，不同于常规的SCR反应器，烟气流场发生了较大的变化。
因此，采用流场摸拟能够为结构设计提供强而有力的数据支撑，降低风险，确保烟气流场的均匀性，达到最佳设计效果。
、催化剂床层阻力
根据从往的运行经验，在系统设计合理，吹灰系统运行正常的前提下，脱硝系统阻力变化随时间变化不大，为了保证上述要求，设计过程中必须慎重考虑下列因素：
高含尘情况下，催化剂应当采用垂直布置方式，气流由上向下流动，这样烟气可以自动清理催化剂表面，使得催化剂表面积灰不会过厚，孔内径变化不大，总体阻力变化不大，对于粘性较高的灰，可以适当提高烟气流速；
催化剂的孔径选择必须合理，防止大颗粒灰搭桥，堵塞催化剂孔，在选择催化剂孔径时，应当考虑灰尘含量，灰的粒径分布等诸多因素；
对于高含尘布置方案，烟气中含尘量较高的情况下，必须装设吹灰装置。
烟道流速分布必须合理，应当考虑机组的平均负荷率，烟道布置应当避免积灰死角的形成，在无法避免死角的位置应当装设必要的清灰装置。
如果上述要求都能够满足，SCR系统阻力随运行时间的延长虽然略有增加，但不会发生明显的变化。
、SO2/SO3转换率的控制
SO2/SO3的转换率与反应器进口的烟气温度、SO2浓度以及烟气流速都有很大的关系。
（1）、烟气温度
SO2+O2
SO3
该反应是一个放热反应，并且可逆。
当烟气温度升高时，反应平衡向左移，SO3的生成量会减少，所以SO2/SO3转换率会降低。
（2）、入口SO2浓度
SO2/SO3的转换率随催化剂入口SO2浓度的函数曲线
当烟气中SO2和SO3处理一个反应平衡状态时，此时若增加SO2的浓度，O2的浓度保持不变，根据勒夏特列原理，反应平衡会向阻碍SO2浓度增加的方向移动，即反应平衡向右移。
此时，SO2的转换率降低，O2的转换率增加，SO3的浓度会上升。
因此，当入口SO2浓度增加时，SO2的转换率会降低，但这并不能改变SO3浓度会上升的事实。
（3）、烟气流速
SO2/SO3的转换率随相对流速的函数曲线
通过控制合理的入口烟气温度以及反应器内的烟气流程，可以有效地降低SO2/SO3转换率。
、防止氨逃逸的措施
氨气和三氧化硫反应生成硫酸氢氨。
硫酸氢氨在温度180～200℃的环境中呈“鼻涕”状的粘性物，因此烟气中的灰尘容易和硫酸氢氨一块极易粘附于管道和换热面上。
为减少脱硝装置运行时对设备的影响，控制硫酸氢氨的生成量就显得尤为重要。
生成硫酸氢氨的反应速率主要与温度、烟气中氨气、SO3及水含量有关。
对于实际运行机组，烟气中SO3及水的含量无法控制。
因此，控制氨的逃逸率的措施主要集中在以下几方面：
（1）、正常运行中严格控制氨的喷入量，防止氨气过量而造成氨逃逸，正常情况下应控制氨逃逸率不超过10ppm。
（2）、正常运行中脱硝出口氮氧化物排放不能低于120mg/m3,AB两侧偏差不大于15mg/m3。
（3）、保持催化剂的活性。
SCR脱硝催化剂的寿命一般在3～4年，因此SCR脱硝装置运行一段时间后，催化剂活性会逐渐衰减，脱硝效率将会降低，氨逃逸率将会增加。
SCR脱硝装置设计均为2＋1方式，当脱硝效率达不到设计值或不能满足国家环保排放要求时，为确保锅炉的安全运行，就必须对催化剂进行清洗或安装备用层催化剂。
（4）、加强脱硝装置CEMS的维护工作，确保脱硝进、出口NOx数据的准确性，为运行人员提供可靠的调整依据。
（5）、对每日的耗氨量进行比对，避免有过量喷氨情况。
（6）、加强进、出口差压的监视，发现进、出口差压增大时及时减少喷氨量，增加吹灰次数。
、SCR系统启动、停机说明
对于脱硝系统，启动工况是在设计过程中必须慎重考虑的问题：
反应器在冷态下启动时，催化剂本身的温度很低，如果此时加氨，则会生成大量硫酸氢氨，并在催化剂孔隙中凝结，大大降低催化剂的活性，如果经常这样运行，就会严重降低催化剂寿命。
这样，就需要在冷态启动过程中，对催化剂进行预热。
由于整个反应器为钢结构制作，内部设有很多支撑梁等设施，如果温度上升过快，造成内外温差过大，也会导致钢结构的变形，所以预热也是必须的。
另外，一旦催化剂温升超过最大允许的温升，催化剂内凝结的水分就会突然蒸发，产生类似爆炸的效果，损坏催化剂结构，如果催化剂内外温差过大，还会产生热应力损伤。
根据我公司的经验，为了保护设备，建议催化剂的升温速度不得超过100℃/min，而烟气和催化剂之间的温差不宜超过150℃。
一般在启动过程中，当烟气温度低于水露点时，烟气温升将当控制在5℃/min，当烟气温度高于水露点后，烟气温升可以提高到50-60℃/min。
对于脱硝系统来说，应当控制每年冷态启动的次数，如果次数过多，就会导致催化剂寿命的缩短，一般控制在10次/年。
对于温态启动，热态启动，和极热态启动，只要温度升高的速度不超过60℃/min就是允许的。
、余热锅炉
从SCR脱硝反应器出来的烟气温度在230-290℃，携带一定热量，具有一定的余热回收价值。
设置一套余热锅炉，回收烟气热量，产生一定量的蒸汽，有利于整个系统运行成本的降低。
余热锅炉的关键性参数在于锅炉排烟温度以及蒸汽参数的确定：
锅炉的排烟温度越低，说明回收的热量越多，产生的效益越
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