4×220th锅炉氨法脱硫工程工艺技术方案.doc
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1、兖矿集团新疆煤气化项目 4220t/h锅炉氨法脱硫工程工艺技术方案前言中国是一个以煤炭为主要能源的国家,煤在一次能源中占75,约相当于年耗煤超过1.3亿吨。其中84以上是燃烧方法利用的,煤燃烧所释放出来的二氧化硫(SO2)的废气,一直是大气污染最主要的根源,是地球上酸雨的罪魁祸首,根据测算,中国是SO2的排放大国。解决环境保护面临的巨大压力是刻不容缓。随着国内社会经济的发展,科技的进步,人民生活水平的日益改善,社会环境的重视达到了空前的高度。在国家能源环保政策的鼓励下,我国电厂将逐渐摆脱仅有汽机岛和锅炉岛,而无脱硫岛的历史。烟气脱硫岛成为了电厂建设的不可或缺的组成部分,这就对我国电力事业的发展
2、包括设计,运行和维护等提出了新的要求。我国在烟气脱硫领域经过长期的研究与实践,目前已形成一系列适合本国国情的脱硫工程技术方法,氨法脱硫即是其中重要方法之一。本规程仅适用于兖矿新疆煤化工有限公司3220t/h煤粉锅炉配套烟气氨法脱硫装置工程。在本套装置启动和运转前,操作人员应认真学习并理解本规程。正确的操作运行方法对装置长期稳定运行至关重要。第一章 氨法烟气脱硫系统的主要特性及规范11.1氨法脱硫中常见化学物质的物性特点11.2工艺原理41.3设备概况51.4控制说明18第二章 氨法烟气脱硫系统启动222.1启动前的准备222.2启动前的检查222.3设备的启停282.4脱硫系统启动292.5脱
3、硫系统通烟气30第三章 氨法烟气脱硫系统的运行和维护313.1总则313.2脱硫系统运行中的调节323.3脱硫系统出料操作323.4运行中除雾器的冲洗操作333.5氨法烟气脱硫操作、运行与维护的注意事项33第四章 氨法烟气脱硫系统的停运354.1. 短期停运354.2. 长期停运36第五章 氨法烟气脱硫系统的事故处理375.1 总则375.2 系统及设备的常见故障分析与调整维修37第六章 基本管理规章406.1岗位责任制406.2巡回检查制度416.3设备维护保养制416.4文明岗位标准416.5氨水、硫铵管理制度42第一章 氨法烟气脱硫系统的主要特性及规范1.1氨法脱硫中常见化学物质的物性特
4、点氨法脱硫过程中常见的化学物质主要有氨水、硫酸铵、亚硫酸铵、亚硫酸氢铵。1.1.1 15氨水1.1.1.1 基本描述 分子式:NH4OH 分子量:35.045(1) 氨水是氨溶于水得到的水溶液。它是一种重要的化工原料,也是化学实验中常用的试剂。(2) 氨水为一种无色透明的液体,具有特殊的强烈刺激性臭味,正因为它具有局部强烈兴奋的作用,因此将特定浓度的氨水,直接接触皮肤会使皮肤变红,并有灼热感,因此要小心。(3) 氨气是化肥工业的中间产品,易溶于水而生成氨水,呈碱性,由于氨水可以作为肥料直接施于农田,所以在农村使用很普遍。在氨水分装、运输和使用过程中,常有不慎溅入眼睛的事故发生,当眼部被氨水灼伤
5、后,如不采取急救措施,可造成角膜溃疡、穿孔,并进一步引起眼内炎症,最终导致眼球萎缩而失明。(4) 氨水在低温时可析出一水合氨晶体,它的熔点为79,因此NH3.H2O是氨存在于水溶液的主要成分,氨水中也有很小一部分一水合氨发生电离。氨水中有H2O、NH3.H2O、NH3三种分子,有少量OH。1.1.1.2 物理化学性质:由于氨水中含有很多种成分,而使其表现出多重性质。(1) 刺激性:因水溶液中存在着游离的氨分子。(2) 挥发性:氨水中的氨易挥发。(3) 不稳定性:一水合氨不稳定,见光受热易分解而生成氨和水。NH3.H2O=NH3+H2O实验室中,可用加热浓氨水制氨,或常温下用浓氨水与固体烧碱混合
6、的方法制氨,其装置与操作简便,且所得到的氨气浓度较大,做“喷泉”实验效果更佳。由于氨水具有挥发性和不稳定性,故氨水应密封保存在棕色或深色试剂瓶中,放在冷暗处。(4) 弱碱性:氨水中一水合氨能电离出OH,所以氨水显弱碱性,具有碱的通性: 能使无色酚酞试液变红色,能使紫色石蕊试液变蓝色,能使湿润红色石蕊试纸变蓝,实验室中常见此法检验NH3的存在。 能与酸反应,生成铵盐。浓氨水与挥发性酸(如浓盐酸和浓硝酸)相遇会产生白烟。NH3+HCl=NH4Cl (白烟)NH3+HNO3=NH4NO3 (白烟) 而遇不挥发性酸(如硫酸、磷酸)无此现象。实验室中可用此法检验NH3或氨水的存在。工业上,利用氨水的弱碱
7、性来吸收硫酸工业尾气,防止污染环境,具体化学反应在下面脱硫原理中提及。(5) 沉淀性:氨水是很好的沉淀剂,它能与多种金属离子反应,生成难溶性弱碱或两性氢氧化物。(6) 络合性:氨水与Ag+、Cu2+、Zn2+三种离子能发生络合反应,当氨水少量时,生成不溶性弱碱或两性氢氧化物,当氨水过量时,不溶性物质又转化成络离子而溶解。1.1.2硫酸铵1.1.2.1物理性质 分子式(NH4)2SO4,分子量M=132,熔点235,纯品为无色斜方晶体,比重1.769g/cm3,易溶于水,水溶液呈酸性,加热100时开始分解失去氨,成为酸式盐硫酸氢铵,513时完全分解为氨和硫酸;工业品为白色或浅黄色颗粒,易溶于水,
8、不溶于乙醇、丙酮、氨,易潮解。1.1.2.2溶解度 不同温度下,硫酸铵在水中溶解度如下表。不同温度下硫酸铵溶解度温度()010202530406080100溶解度(g/100gH20)70.773.075.576.777.8818895103饱和溶液浓度(mol/L)5.355.535.735.825.916.146.677.207.80 1.1.2.3浓度与密度的关系硫酸铵溶液在不同浓度时的密度数据,如下表。硫酸铵溶液密度浓度对照溶液浓度波美度。Be硫酸铵溶液密度g/cm3溶液浓度波美度。Be硫酸铵溶液密度g/cm310.631.0042415.11.11621.251.0092616.31
9、.12742.511.0182817.61.13963.761.0273018.81.15085.021.0363522.01.179106.271.0454025.11.210127.531.0554528.21.243148.781.0655031.41.2781610.01.0755534.51.3141811.31.0856037.61.3532012.51.0951.1.3亚硫酸铵1.1.3.1物理性质分子式(NH4)2SO3,分子量M=116,晶体为一水化合物【(NH4)2SO3H2O】,无色单斜晶系结晶,相对密度1.41 g/cm3(25),易潮解,溶于水,在空气中易被氧化,受热
10、6070分解,加热至150升华并分解)(氮气中)。商品一般为溶液,水溶液呈碱性,白色或淡黄色,饱和液密度1.1995 g/cm3,微溶于醇,不溶于丙酮和二氧化碳。1.1.3.2浓度与密度的关系亚硫酸铵溶液在不同浓度时的密度数据,如下表。亚硫酸铵溶液密度浓度对照溶液浓度波美度。Be亚硫酸铵溶液密度g/cm310.421.00320.841.00641.691.01262.531.01883.381.024104.221.030125.071.036145.911.043166.761.049187.601.056208.451.062241011.0762611.01.0822811.81.08
11、93012.71.0963514.81.1144016.91.1334519.01.1521.2工艺原理1.2.1烟气吸收工艺原理氨法脱硫即用氨水通过喷淋与烟气接触,吸收烟气中的二氧化硫,最终生成亚硫酸铵,反应式如下:NH3H2OSO2 =NH4HSO3(1)2NH3H2OSO2 = (NH4)2SO3(2)(NH4)2SO3SO2H2O = 2NH4HSO3(3)NH4HSO3NH3 = (NH4)2SO3 (4)上述反应中,在送入氨量较少时,则发生(1)式反应;在送入氨量较多时,则发生(2)式反应;而(3)式表示的才是氨法中真正的吸收反应;因此吸收过程中所生成的酸式盐NH4HSO3对SO2
12、不具有吸收能力,吸收液中的NH4HSO3数量增多时对SO2吸收能力下降,操作中需向吸收液中补充氨,使部分NH4HSO3转变为(NH4)2SO3,这就发生(4)式反应,以保持吸收液的吸收能力。1.2.2亚硫酸铵氧化工艺原理在烟气吸收过程中形成的(NH4)2SO3,需氧化为(NH4)2SO4才是期望的副产品。反应在专门设计的氧化器中进行,反应式如下:2(NH4)2SO3O2 2(NH4)2SO41.2.3流程说明本装置采用的工艺为湿式氨法脱硫工艺,采用一定浓度的氨水为脱硫剂来脱除烟气中的二氧化硫,回收的副产品硫酸铵结晶后制作化肥。本装置总流程为:热烟气自引风机引出后,经过FGD烟气进口挡板门后,首
13、先进入预洗涤塔。在预洗涤塔内,烟气与循环喷淋的硫酸铵浆液顺流进行热交换,烟气温度下降至80;随后烟气通过脱硫塔中部的一层隔板(除去烟气携带的液滴),在脱硫塔内逆流而上,与自上而下的浆液充分的接触。喷淋吸收段布置有三层精心设计的喷淋层,吸收液经循环泵加压后,从喷淋层上分布的喷嘴高速喷出,形成大量的大比表面积的脱硫雾滴。一方面,上升烟气与逆向高速运动的脱硫雾滴迎头接触,发生强烈紊流作用,气、液两相进行充分传质传热,烟气中的SO2被大量吸收。另一方面,由于科学分布,三层喷嘴产生的喷淋雾锥对脱硫塔截面的覆盖率可以达到200%以上,因此,烟气与浆液有极高的反应概率。脱除掉SO2的净烟气经脱硫塔顶部的湿烟
14、囱排放入大气。脱硫浆液成分比较复杂,是由(NH4)2SO3/NH4HSO3/(NH4)2SO4组成的复合离子溶液体系。其中的亚硫酸铵是吸收SO2的主要成分,脱硫塔底部循环池有氧化空气分布器,对浆液进行氧化,将亚硫酸铵氧化成硫酸铵。由于不断吸收SO2,脱硫塔中循环液的浓度逐步增大,部分浆液通过脱硫输送泵输送到预洗塔循环槽,再通过洗涤循环泵进入浆液喷淋层,循环吸收;在预洗塔内,浆液通过喷淋层与热烟气接触,浓度进一步提高,达到35%时,用取出液泵将浆液输送到硫酸铵储罐。再通过硫酸铵溶液输送泵将硫铵溶液打入蒸发结晶装置,依次进入一效加热器、二效加热器,蒸发结晶,得到含固量15%硫酸铵溶液;通过二效出料
15、泵进入水力旋流器进行固液分离,然后进入稠厚器,含浆液固量上升至50%后进入离心机进行脱水处理。经脱水后含水率小于5%的硫铵颗粒经干燥机干燥,最后自动计量、包装成品。1.3设备概况兖矿新疆煤化工有限公司60万吨/年醇氨联产项目工程热电站规模为3炉2机,装机容量为225MW,3台蒸发量为220t/h的煤粉锅炉,2台双抽凝气式汽轮机组。锅炉设计煤种为新疆硫磺沟煤矿所产烟煤,锅炉采用“热电联产,以热定电”的设计原则,负责向两台25MW双抽凝汽式汽轮发电机组和空分装置提供高压蒸汽。本工程采用氨硫酸铵法脱硫工艺,对兖矿新疆煤化工有限公司60万吨/年醇氨联产项目工程热电站配套的氨法烟气脱硫系统的烟气进行脱硫
16、处理,脱硫设置建设规模按4220t/h锅炉考虑,按二炉一塔进行设计,吸收系统按两套设计,后处理回收系统按一套设计,脱硫整个项目一次设计,四台锅炉分布实施建设(先建三台,装置中的烟气系统设置预留接口,以方便日后4锅炉烟气并入)。整套烟气脱硫装置由江苏和亿昌环保工程科技有限公司总承包,副产品硫酸铵主要用作肥料,也可以直接施用或作为复混肥的原料,脱硫效率不低于95。本系统由烟气系统、SO2吸收系统、吸收剂供给系统、亚铵氧化系统、工艺水系统、硫铵后处理系统、自动控制系统组成。1.3.1 SO2吸收系统1.3.1.1烟气系统锅炉烟气首先经过布袋除尘器除尘,然后引风机增压,通过烟道进入脱硫系统。烟气顺流进
17、入预洗涤塔,降温增湿后进入脱硫塔,在脱硫塔内逆流与喷淋的硫酸铵浆液反应,达标后的净烟气通过塔顶烟囱排向大气。烟气系统中设置有原烟气挡板门和旁路挡板门。当脱硫系统正常运行时,原烟气挡板门开启,旁路挡板门关闭,烟气经过原烟道挡板门进入FGD装置进行脱硫反应。在要求关闭FGD系统的紧急状态下,旁路挡板门自动开启,原烟气挡板门自动关闭,烟气从旁路烟道进入原有的烟囱,从而保证了FGD装置的相对独立性,避免了对锅炉的干扰和冲击。1.3.1.2吸收系统吸收系统主要由预洗涤塔和脱硫塔组成。预洗涤塔内设有一层事故水喷淋层和一层循环浆液喷淋装置,事故水喷淋层的主要作用是当洗涤循环泵发生事故时将原烟气增湿降温以便保
18、护工艺设备,循环浆液喷淋层的主要作用是将原烟气增湿降温,同时烟气的热量蒸发塔底的硫酸铵溶液。这样一方面直接利用烟气的热焓浓缩了预洗涤塔中的硫酸铵溶液为硫酸铵后处理部分节省了能量,同时降低了烟气的温度有利于提高脱硫塔中二氧化硫的吸收效率。提浓后的硫酸铵溶液通过取出液泵送至后处理车间进行副产品的处理。从预洗涤塔下部出来的烟气由下部进入脱硫塔进行吸收。脱硫塔内设有三层浆液喷淋层和一层水喷淋层,经过三层浆液喷淋层,烟气与浆液进行充分的接触,烟气中的SO2被吸收。在脱硫循环泵的入口位置补充加入氨水,在泵叶轮的搅拌作用下,氨水迅速将亚硫酸氢铵中和生成为亚硫酸铵,脱硫液重新恢复吸收SO2的能力,同时稳定脱硫
19、液pH值。工艺水的作用是连续对喷淋吸收层进行封锁式喷淋,大量溶解吸收亚硫酸铵微晶体颗粒,有效降低了气溶胶形成的可能性。在吸收塔工艺水喷淋层上方设置有两级除雾器,分离收集喷淋吸收后的烟气中夹带的绝大部分机械雾滴。每层除雾器上下安装喷淋水管,通过定期冲洗,去除除雾器表面上的烟尘和亚硫酸铵晶体颗粒等沉淀物,补充循环液因烟气饱和而带走的水分,以维持塔底循环池的液位。1.3.1.3吸收剂系统根据工艺要求使用15%(wt)的氨水,由液氨(99.5%)和部分稀氨水配制而成。氨水配制工艺流程如下:来自界外的液氨进入液氨蒸发器(E-4101)壳层,蒸发器热源为经水冷后的循环氨水,液氨气化后和工艺水(稀氨水)按一
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