1、天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明目錄原料與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新1一1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案創(chuàng)新2二 三工藝流程的創(chuàng)新3反應(yīng)器創(chuàng)新53.1 數(shù)值方法6五環(huán)保105.1 廢水處理10天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明一 原料與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新本項目為天津天鐵軋二制鋼有限公司 54Nm3/h 尾氣處理項目，主要處理原料來自天津市天鐵軋二制鋼有限公司的燒結(jié)機尾氣，輔助原料液氨由天津天鐵焦化有限公司提供，環(huán)氧丙烷、MDEA 等采用外購，經(jīng)過對原料方案的性能經(jīng)濟指標對比和總廠煉鋼裝置煙氣組成的分析，我們選擇了先除塵，再脫硝、脫硫、最后

2、脫碳的基本流程模式，對煙氣中的主要污染成分氮氧化物、SO2 等進行吸收，達標后的煙氣送回總廠煙囪進行排放，吸收掉的CO2，SO2 等進行資源化利用，制取硫酸銨，碳酸丙烯酯等產(chǎn)品。廢氣組成如下表所示：圖 1-1煙氣組成其中煙氣中的灰塵質(zhì)量流量約為 30.795kg/h。其他主要原料及公用工程信息匯總?cè)缦拢罕?1-1 主要原料及公用工程信息表1項目名稱數(shù)量/年形式來源運輸方式備注主要原料液氨9300t液態(tài)總廠汽運連續(xù)水173700t液態(tài)總廠園區(qū)連續(xù)MDEA5.3t液態(tài)外購汽運連續(xù)外購37200t液態(tài)外購汽運連續(xù)輔助原料DKC ZERONO57.5蜂窩狀外購汽運3 年KI/ -Al2O37.791t

3、固體外購汽運2 年中壓蒸汽4268.4848t氣體總廠管道連續(xù)SO2, 0.00165 CO, 0.001 NO, 0.0004 NO2, 3.45E-05HCL, 1.80E-05 HF, 2.00E-05CO2, 0.04 H2O, 0.10308O2, 0.1334N2, 0.7204天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明本項目在能保證廢氣達到國家規(guī)定的排放標準的同時又能回收煙氣中的部分成分制得具有較高經(jīng)濟價值的產(chǎn)物，改變了廢氣處理項目一直以來處于虧損的現(xiàn)狀。1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案創(chuàng)新本項目秉持著廢氣資源化利用和與總廠乃至園區(qū)產(chǎn)品體系有效融合的理念，為了將取自廢氣中的 SO2，

4、CO2 等成分充分利用，我們在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案上進行了調(diào)整與創(chuàng)新，對所制的產(chǎn)品進行分析比較，其中鈣法脫硫制得的碳酸鈣經(jīng)濟價值不高，脫碳部分制取食品級 CO2 則對設(shè)備要求極高，操作費用較大，不適用于工廠大排量的煙氣處理，最終我們選擇制取硫酸銨及碳酸丙烯酯。產(chǎn)品規(guī)格如下。表 1-2 產(chǎn)品規(guī)格表本項目為煙氣處理項目，在脫硝脫硫脫碳的同時副產(chǎn)硫酸銨和碳酸丙烯酯，改善了煙氣處理項目長期處于虧損運營的狀態(tài)，產(chǎn)品就近銷售，即解決了工業(yè)污染問題，又帶動了園區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展2產(chǎn)品名稱硫酸銨碳酸丙烯酯規(guī)格優(yōu)等品一等品產(chǎn)量3.57 萬噸/年5.85 萬噸/年燃料及公用工程深井水301653t液體總廠管道連續(xù)冷卻水2813

5、8892.8t液體總廠管道連續(xù)電37680000kw/h無總廠線路連續(xù)空氣238013.6t氣態(tài)大氣無連續(xù)焦爐氣716t氣態(tài)總廠管道連續(xù)天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明二 工藝流程的創(chuàng)新本項目采用多種創(chuàng)新技術(shù)，理論與實踐相結(jié)合，對氨法脫硫技術(shù)中的氨逃逸問題及脫硫效率的問題加以改善，并使用軟件進行模擬，得到的模擬結(jié)果與工業(yè)數(shù)據(jù)吻合較好，具有較高的可信度。部分創(chuàng)新說明如下：脫硫塔內(nèi)置孔板波紋填料，改善原有空塔噴淋的傳質(zhì)效果，達到深度脫硫的目的使用新型除霧器，增強除霧效果，更好的控制了氨逃逸問題采用塔外氧化結(jié)晶技術(shù)，技術(shù)經(jīng)濟性好，不易發(fā)生阻塞，控制了氨逃逸增加折流擋板對反應(yīng)器中的煙

6、氣進行整流，使氣流分布均勻，反應(yīng)條件溫和使用水力透平對高壓液體的能量進行回收， 并用以帶動機泵，減少電能消耗采用雙效蒸發(fā)對硫酸銨溶液進行濃縮，減少公用工程的消耗。圖 2-1 創(chuàng)新點示意圖根據(jù)國家最新規(guī)定的燃煤超凈排放標準要求，各燃煤電廠及發(fā)電廠應(yīng)于2018 年達到如下表所示的排放標準：3天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明表 2-1 燃煤超凈排放標準在工藝方面，我們團隊經(jīng)過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前工業(yè)上應(yīng)用廣泛的 SCR 脫硝工藝，MDEA 法吸收 CO2 制取碳酸丙烯酯工藝都已趨于成熟，可采取現(xiàn)有工藝方案來對我們的項目進行設(shè)計。但對于現(xiàn)有的氨法脫硫工藝尚不能完全滿足國家所規(guī)定的排放標

7、準，而鈣法脫硫工藝副產(chǎn)物碳酸鈣經(jīng)濟價值較低，項目大多處于虧損狀態(tài)，故我們團隊在傳統(tǒng)的氨法脫硫空塔噴淋模型下創(chuàng)新增加使用了孔板波紋填料，改善傳質(zhì)效果，并針對氨法脫硫中的氨逃逸問題提出了塔外氧化及使用新型的除霧器兩個解決方案，有效的控制了氨逃逸問題，相應(yīng)的采用塔外結(jié)晶工藝，有效的解決了塔內(nèi)結(jié)晶容易阻塞管路和循環(huán)輸液泵的問題。4序號污染物項目限值（mg/Nm3）污染物排放監(jiān)測位置1氮氧化物（以 NO2 計）50煙囪或煙道2二氧化硫（SO2）353煙塵（PM）5天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明三 反應(yīng)器創(chuàng)新SCR 脫硝反應(yīng)器中煙氣流量較大，如使用傳統(tǒng)反應(yīng)器氣體擾動很嚴重，催化還原效果

8、較差，理論計算困難，無法達到穩(wěn)定的脫除效果。故我們團隊在反應(yīng)器中添加使用導(dǎo)流板，其作用是讓煙氣流速均勻，盡可能使通過催化劑的煙氣流量分配合理。 導(dǎo)流板一般安裝在調(diào)整管道的頂部和反應(yīng)器的入口處。根據(jù)前述計算尺寸確定本次模擬的 SCR 反應(yīng)器模型。設(shè)定經(jīng)噴氨格柵、混合器進入反應(yīng)器。本文僅對反應(yīng)器前部煙道及反應(yīng)器上部導(dǎo)流板進行優(yōu)化模擬。采用的導(dǎo)流板形式有直板、弧度板及弧度直板。其中反應(yīng)器上部采用直板導(dǎo)流板，長度 7500mm，高度 600mm，間距為 100mm，所以布置在反應(yīng)器上部的直導(dǎo)流板共有 79 塊；在進入反應(yīng)器的第一個彎道入口，采用弧度直板，弧度直板為半徑分別為 1000mm、1500mm

9、、2000mm 的四分之一圓弧，圓弧上方加上與其相切的 300mm 的直板；在進入反應(yīng)器的第二個彎道處采用弧度板，弧度板為半徑分別為 1000mm、1500mm、2000mm 的四分之一圓弧。脫硝反應(yīng)器模型參數(shù)以及具體布置如下：圖 3-1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖表 3-1 脫硝反應(yīng)器模型參數(shù)入口尺寸催化劑尺寸出口尺寸催化劑層數(shù)（含備用）直導(dǎo)流板高度直導(dǎo)流板間隔（高寬）（長 寬）（高 寬）2m7.5m8m 7m3600mm100mm4m 7.5m5天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明3.1 數(shù)值方法用 ANSYS Fluent 軟件，以 k-作為計算模型，在已經(jīng)建立的 SCR 反應(yīng)器模型中，

10、對 3 種不同形狀導(dǎo)流板進行模擬。模擬中，采用速度進口和壓力出口， 取進口速度為 17m/s，溫度為 590 K； 出口壓力默認為初始值，即大氣壓，溫度為 585K；反應(yīng)器進口物質(zhì)設(shè)定為氨氣與空氣混合，催化劑層采用多孔介質(zhì)模型。在網(wǎng)格劃分時，將存在導(dǎo)流板及其他煙道復(fù)雜的區(qū)域從反應(yīng)器中分割出來，采用 Tgrid 四面體劃分；對簡單規(guī)劃的區(qū)域采用 Hex / Map 六面體劃分。網(wǎng)格數(shù)約 93 萬，通過網(wǎng)格質(zhì)量檢驗。3.2 導(dǎo)流板的模擬過程及結(jié)果分析首先得到不加導(dǎo)流板的反應(yīng)器模擬結(jié)果，見圖3-2 不加導(dǎo)流板速度分布云圖。從圖中可以看出，反應(yīng)器內(nèi)存在多處渦流且反應(yīng)器的左方速度接近于零，右方達20m

11、/ s，速度分布明顯不合理。圖 3-2 不加導(dǎo)流板速度分布云圖為達到模擬流場的最好效果，對反應(yīng)器彎道處及催化劑上方設(shè)置導(dǎo)流板以調(diào)整其流速分布，經(jīng)過多次變化模擬，得到一種效果較好的流場分布，此時的反應(yīng)器稱為改進型反應(yīng)器。通過對網(wǎng)格文件的完善和模擬過程參數(shù)的調(diào)整完成殘差曲線的收斂，最終得到催化劑層流速分布系統(tǒng)流速分布等模擬結(jié)果。詳細結(jié)果如下：6天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明圖 3-3 添加導(dǎo)流板后速度分布云圖由圖 3-3 和圖 3-4 可見反應(yīng)器內(nèi)部速度得到很好的改善，基本在 4- 6m / s 之間，流場分布比較合理；結(jié)構(gòu)及導(dǎo)流板設(shè)置合理保證了 SCR 脫硝系統(tǒng)流速分布均勻，

12、內(nèi)部無渦流，流速過渡平緩。滿足了 SCR 系統(tǒng)對煙氣流速及流向的要求。圖 3-4 添加導(dǎo)流板后速度分布流線圖7天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明四節(jié)能技術(shù)在節(jié)能方面，我們通過熱集成技術(shù)，水集成技術(shù)，雙效蒸發(fā)技術(shù)，水力透平技術(shù)等多項新型節(jié)能技術(shù)對項目進行優(yōu)化處理，得到最佳的解決方案，并使用專業(yè)的軟件進行模擬分析，所得數(shù)據(jù)與工業(yè)實際吻合較好，具有較高的可信度。其中雙效蒸發(fā)的流程模擬如下：考慮到蒸發(fā)過程中會有晶體析出，我們采用了錯流雙效蒸發(fā)，更有利于晶體的析出，第一效蒸發(fā)器采用低壓蒸汽進行加熱，二次蒸汽直接用于給下一蒸發(fā)器提供熱量，保證蒸發(fā)效果的同時減少了公用工程的使用。圖 3-4

13、雙效蒸發(fā)的模擬圖 3-5 雙效蒸發(fā)節(jié)能示意圖水力透平的流程模擬如下：在CO2吸收塔塔底設(shè)置水力透平機組，充分利用脫碳富液的壓能差來帶動半貧液泵，將富液卸壓至 7bar，半貧液提升至 21.7bar，當壓能差不能滿足半貧液的壓力提升要求時，不足的能量由電機提供。8雙效蒸發(fā)單效蒸發(fā)2904918453中壓蒸汽消耗量天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明圖 3-6 水力透平的模擬圖 3-7 水力透平節(jié)能示意圖詳細節(jié)能情況請見初步設(shè)計說明書第四章化工工藝系統(tǒng)；9未使用水力透平使用水力透平103.0771.84電能消耗天鐵軋二54 萬Nm3/h 煙氣處理項目創(chuàng)新性說明五環(huán)保本項目運用 Ris

14、k System 軟件對廠區(qū)內(nèi)的環(huán)氧丙烷、液氨等儲罐區(qū)進行了重大危險源辨識并根據(jù)物質(zhì)的物性進行了罐區(qū)物質(zhì)的源相分析，繼而根據(jù)源相分析的結(jié)果進行池火事故模型預(yù)測、沸騰液體擴展蒸汽預(yù)測、蒸汽云模型預(yù)測分析了事故的傷害范圍；此外還運用了 ALOHA 軟件對相關(guān)儲罐進行了蒸汽云事故、BLEVE 事故、池火事故、中毒事故的模擬；運用 Noise System 軟件對廠區(qū)及其周邊環(huán)境進行噪聲評價；運用了 Screen3Mod 大氣估算、EIAW 水質(zhì)評價預(yù)測等軟件進行了方面的評價；還采用了 HAZOP 分析軟件、危險指數(shù)評價對重大危險源進行風險預(yù)評估后設(shè)置 SIS、DCS道化學火災(zāi)、和 ESD 相結(jié)合的控

15、制系統(tǒng)，實現(xiàn)對設(shè)備和系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。5.1 廢水處理工藝實際生產(chǎn)中一般為多雜質(zhì)的情況，較為復(fù)雜，完全分離出來較為困難，水集成技術(shù)就是點是把多雜質(zhì)用水過程模假設(shè)為單雜質(zhì)用水過程，再利用水夾點技術(shù)對用水網(wǎng)絡(luò)進行分析設(shè)計，以達到全系統(tǒng)合理用水的目的。水集成就是把所含雜質(zhì)相同、相似或?qū)﹄s質(zhì)要求不嚴格的操作單元的用水放在一起處理，形成一個新的操作單元，再將的多個不同操作單元的組成一個新的用水系統(tǒng)，對該系統(tǒng)進行水夾點分析，優(yōu)化出該系統(tǒng)水的最大復(fù)用的用水網(wǎng)絡(luò)。這樣做的優(yōu)點是避免各用水單元因所含雜質(zhì)不同而造成的相互污染，降低處理難度、提高水的重復(fù)利用率、減少操作和處理費用。從系統(tǒng)某一單元操作中產(chǎn)生的廢水或多個單元操作產(chǎn)生廢水的總匯，經(jīng)過全部再生和部分再生后，在對其它單元無不利影響條件為該單元操作的水源，從而大幅度減少新鮮水的需求和廢水處理量