CN104548626A - 烟气脱硫系统液氨蒸发工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电厂锅炉烟气脱硫脱硝环保领域，具体涉及一种氨法烟气脱硫系统液氨蒸发工艺及其装置。本发明所述的工艺包括液氨加热器液氨加压工艺、液氨蒸发器液氨蒸发工艺和氨气缓冲罐稳压缓冲工艺，该工艺通过一套液氨蒸发装置实现，所述的装置包括通过工艺管线相互连接的液氨球罐、液氨加热器、液氨蒸发器和氨气缓冲罐。本发明利用了循环水大流量来对液氨加热，实现了废热利用，运行周期长且经济可靠，可应用于电厂锅炉烟气氨法脱硫脱硝工艺中液氨储存及蒸发供给系统的工艺设计。

Description

烟气脱硫系统液氨蒸发工艺及其装置

技术领域

本发明涉及电厂锅炉烟气脱硫脱硝环保领域，具体涉及一种氨法烟气脱硫系统液氨蒸发工艺及其装置。

背景技术

随着可持续发展成为国家的重大决策，国家对环境保护的日益严格和锅炉烟气达标排放标准的逐步提高，火电锅炉新建、改建烟气处理脱硫、脱硝装置，实现烟气达标排放成为必然的选择。

由于烟气脱硫脱硝系统的投资和其后的运行、维护费用较高，因此如何优化脱硫脱硝工艺，充分利用电厂已有工艺条件，减少动力消耗，以最大程度的降低投资和运行费用就成为一个新的研究课题。

氨法脱硫脱硝技术属于湿法脱硫脱硝技术，为火电厂锅炉烟气排放环保处理最先进的控制技术之一，是控制烟气中SO₂等硫氧化物及氮氧化物NO_x排放的重要技术手段。氨法脱硫脱硝技术的基本原理是采用氨作为吸收剂，与进入脱硫脱硝系统反应吸收塔的烟气接触混合，氨与烟气中的SO₂及氮氧化物NO_x进行反应，按照烟气排放标准对烟气中的SO₂及氮氧化物NO_x进行脱除后，实现锅炉烟气的达标排放。

氨法脱硫工艺的吸收剂主要为液氨（氨气），因此液氨储存及蒸发供给系统是氨法脱硫脱硝技术的重要工艺系统。

已公开的现有技术的液氨储存及蒸发供给系统设计方案是：液氨槽罐车运送来的液氨经氨接卸泵输送至液氨球罐中储存，工艺设计利用液氨加压泵将液氨球罐中储存的液氨通过液氨管线输送至液氨蒸发器，液氨蒸发器采用蒸汽换热器，利用蒸汽对液氨进行加热蒸发成氨气后通过氨气管道送入后续工艺系统的脱硫脱硝反应吸收塔作为吸收剂进行脱硫脱硝反应。现有技术的液氨蒸发工艺存在的主要问题是：

1.来自液氨储存球罐的液氨经液氨管线利用液氨泵加压打入液氨蒸发器，通常采用两台液氨泵一运一备运行方式，由于液氨的物理特性容易发生泵汽蚀现象，运行故障率高。

2.现有技术的液氨蒸发器采用低压蒸汽作为换热介质，利用蒸汽直接对液氨进行加热，该液氨加热方式存在问题是：蒸汽式液氨蒸发器运行调节线性差，控制氨气压力平稳难度大，液氨蒸发器液位控制难度大，蒸发器疏水调节不当，很容易造成蒸发器冻坏列管的问题，发生液氨泄漏污染环境事故。

3.液氨蒸发器出口的氨气直接进入脱硫塔，中间无缓冲环节，该结构运行方式下液氨蒸发器出口氨气压力不稳，不能稳定供应去吸收塔的氨气流量以及调节系统中液氨蒸发器的液氨蒸发速度，当供热不足时易引起换热管冻裂设备事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种设备故障率低，工艺运行效果好，能耗成本低、运行稳定的烟气脱硫脱硝系统液氨蒸发工艺及其装置。

本发明所采用的技术方案是：

所述的烟气脱硫系统液氨蒸发工艺，包括如下顺序的工艺步骤：

（1）液氨加热器液氨加压工艺：从液氨球罐底部出口管线上引出一股液氨经液氨加热器入口管线进入液氨加热器，液氨加热器采用蒸汽式换热器，用低压蒸汽作为加热介质对液氨进行加热；液氨在液氨加热器内蒸发成氨气后经液氨加热器出口管线返回液氨球罐上部气相区，对液氨球罐进行加压，使液氨球罐达到并保持设计压力；

（2）液氨蒸发器液氨蒸发工艺：利用液氨球罐和液氨蒸发器之间的压差，液氨通过液氨球罐底部出口管线直接进入液氨蒸发器，液氨蒸发器采用水热式换热器，利用电厂循环水的回水作为加热介质对液氨进行加热，液氨在液氨蒸发器内蒸发成氨气；

（3）氨气缓冲罐稳压缓冲工艺：经液氨蒸发器蒸发后的氨气通过液氨蒸发器出口管线进入氨气缓冲罐，氨气在氨气缓冲罐中缓冲稳压后通过氨气缓冲罐出口管线引出至后续工艺系统。

优选地，所述的液氨加热器液氨加压工艺通过控制液氨加热器的加热蒸汽流量以调节液氨加热器内液氨蒸发速度，来控制液氨球罐内的压力。

实现所述液氨蒸发工艺的烟气脱硫系统液氨蒸发装置，包括液氨球罐，还包括液氨加热器、液氨蒸发器和氨气缓冲罐；所述液氨球罐通过液氨球罐底部出口管线上引出的液氨加热器入口管线与液氨加热器的底部入口连接，液氨加热器的上部出口通过液氨加热器出口管线与液氨球罐的上部气相区连接；所述液氨球罐通过液氨球罐底部出口管线与液氨蒸发器的底部入口连接，液氨蒸发器的上部出口通过液氨蒸发器出口管线与氨气缓冲罐的中部进口连接；氨气缓冲罐的上部出口通过氨气缓冲罐出口管线与后续工艺系统连接，氨气缓冲罐的底部通过氨气缓冲罐排液阀与液氨蒸发器顶部连接；所述液氨加热器的加热管程顶部入口与加热器加热蒸汽管线连接，液氨加热器的加热管程底部出口与加热器疏水管线连接；所述液氨蒸发器的加热管程底部入口与蒸发器加热进水管线连接，液氨蒸发器的加热管程顶部出口与蒸发器加热出水管线连接。

优选地，所述的液氨蒸发器采用固定管板式换热器，所述的液氨加热器采用列管式换热器。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、液氨蒸发器利用电厂工艺流程中的汽轮机工艺循环水作为加热介质，利用循环水回水大流量、温度略高于环境温度的特点对液氨进行加热工作，虽然加热温度相对不高，但控制换热流量、增大换热面积同样能够取得象使用蒸汽式液氨蒸发器一样的加热效果，但设备运行更加稳定可靠，水热式液氨蒸发器运行调节线性好，氨气压力平稳，避免了现有技术的蒸汽加热蒸发器疏水调节不当，很容易造成蒸发器冻坏列管的问题，防止发生液氨泄漏污染环境事故。

2、由于液氨蒸发器采用固定管板式换热器，所以换热面积大、液氨蒸发成氨气效果好；由于加热介质循环水大流量、温度不高的特点，所以换热器不容易冻裂，运行平稳且可靠经济，节约大量蒸汽热能、电能。

3、创新使用液氨球罐加压技术，用液氨加热器替代液氨加压泵。液氨加热器用低压蒸汽进行加热，液氨蒸发成氨气后返回球罐气相区，使液氨球罐底部出口压力升高，液氨通过压差作用，直接进入液氨蒸发器，避免了氨加压泵容易发生的汽蚀现象，设备故障率低，运行平稳且周期长。

4、液氨蒸发器出口设计氨气缓冲罐，氨气经过中间缓冲后再进入脱硫塔，该结构运行方式下液氨蒸发器出口氨气压力平稳，能够稳定供应去后续工艺系统的氨气流量，保证后续装置的稳定可靠运行。

附图说明

图1是本发明的烟气脱硫系统液氨蒸发装置的结构原理示意图。

图2是本发明的烟气脱硫系统液氨蒸发工艺的工艺流程图。

图中：1、液氨球罐，2、液氨加热器，3、液氨蒸发器，4、氨气缓冲罐；2a液氨加热器入口管线，2b液氨加热器出口管线，2c加热器加热蒸汽管线，2d加热器疏水管线，3a液氨球罐底部出口管线，3b液氨蒸发器出口管线，3c蒸发器加热进水管线，3d蒸发器加热出水管线，4a氨气缓冲罐出口管线，4b氨气缓冲罐排液阀。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

参照图1所示，本发明的烟气脱硫系统液氨蒸发装置，包括液氨球罐1、液氨加热器2、液氨蒸发器3和氨气缓冲罐4；其中液氨球罐1通过液氨球罐底部出口管线3a上引出的分支管线液氨加热器入口管线2a与液氨加热器2的底部入口连接，液氨加热器2的上部出口通过液氨加热器出口管线2b与液氨球罐1的上部气相区连接；同时，液氨球罐1还通过液氨球罐底部出口管线3a与液氨蒸发器3的底部入口连接，液氨蒸发器3的上部出口通过液氨蒸发器出口管线3b与氨气缓冲罐4的中部进口连接；氨气缓冲罐4的上部出口通过氨气缓冲罐出口管线4a与后续工艺系统连接，氨气缓冲罐4的底部通过氨气缓冲罐排液阀4b与液氨蒸发器3顶部连接；进一步地，液氨加热器2的加热管程顶部入口与加热器加热蒸汽管线2c连接，液氨加热器2的加热管程底部出口与加热器疏水管线2d连接；所述液氨蒸发器3的加热管程底部入口与蒸发器加热进水管线3c连接，液氨蒸发器3的加热管程顶部出口与蒸发器加热出水管线3d连接；所述的液氨加热器2采用列管式换热器竖向布置，所述液氨蒸发器3采用固定管板式换热器卧式布置，所述氨气缓冲罐4采用常规氨罐竖向布置。

本说明书及附图中所述管线根据工艺控制需要均设计包含有相应的流体管、阀门等附属机械设备以及电气、仪表等配套检测、控制设备，均采用现有电仪自控技术常规设计实现，不再详述。

参照图2所示，本发明的烟气脱硫系统液氨蒸发工艺的主要工艺流程描述如下：

（1）液氨加热器液氨加压工艺：液氨球罐内径12米，液氨液位上限9米。从液氨球罐1底部的液氨球罐底部出口管线3a上引出一股液氨经液氨加热器入口管线2a进入液氨加热器2，液氨加热器2采用蒸汽式换热器，用1MPa压力的低压蒸汽作为加热介质对液氨进行加热；液氨在液氨加热器2内蒸发成氨气后经液氨加热器出口管线2b返回液氨球罐1上部气相区，对球罐进行加压，使液氨球罐1顶部气相空间压力逐步升高，从而提高液氨球罐1的底部出口压力；

利用液氨加热器的加热蒸汽管线2c上设计的调节阀及电气仪表检测控制系统实现对加热蒸汽流量的控制以调节液氨加热器2内液氨的蒸发速度，保持液氨球罐1内液氨压力达到0.7MPa的设计压力；

（2）液氨蒸发器液氨蒸发工艺：通过液氨加热器2对液氨球罐1内液氨进行加压后，利用液氨球罐1和液氨蒸发器3之间形成的压力差，液氨通过液氨球罐底部出口管线3a直接进入液氨蒸发器3，通过液氨球罐底部出口管线3a上设计的流量调节阀控制液氨蒸发器的液位在900mm以内。

液氨蒸发器采用水热式换热器，利用电厂汽轮机工艺循环水的回水作为加热介质对液氨进行加热，液氨在液氨蒸发器3内蒸发成氨气，通过控制进入液氨蒸发器循环水回水的流量并利用液氨蒸发器出口管线3b上的调节阀及与之连通的氨气缓冲罐出口管线4a上的调节阀来协调控制液氨蒸发的速度，控制液氨蒸发器内液氨的蒸发压力在0.42-0.6MPa。

（3）氨气缓冲罐稳压缓冲工艺：经液氨蒸发器3蒸发后的氨气通过液氨蒸发器出口管线3b进入氨气缓冲罐4，氨气在氨气缓冲罐4中缓冲稳压后通过氨气缓冲罐出口管线4a引出；利用氨气缓冲罐出口管线4a上设计的调节阀及电气仪表检测控制系统实现对后续脱硫脱硝工艺所需氨气流量、压力的控制。

参照50MW带抽汽汽轮发电机组配套蒸发量410吨/小时燃煤锅炉设计的两炉一塔氨法脱硫设计相关参数及主要工艺流程描述如下：

液氨加热器液氨加压工艺：液氨加热器2采用一台常规列管式液氨换热器，为保证液氨球罐1内的液氨即使冬季亦可不经过加压泵直接进入液氨蒸发器3，首先通过液氨球罐底部出口管线3a（管径DN80）上引出一股液氨经液氨加热器入口管线2a（管径DN15）进入液氨加热器2，用热电厂汽轮机抽汽工艺提供的1MPa左右的低压蒸汽进行加热，环境温度下液氨球罐内的液氨在液氨加热器2内与列管式液氨换热器内流经加热管的加热蒸汽进行换热后被加热气化，氨气经液氨加热器出口管线2b（管径DN50）返回到液氨球罐1顶部后气相空间压力逐步升高，液氨球罐1内的液氨被加压后，在压差的驱动下直接进入液氨蒸发器3，从而不再运行液氨加压泵。

液氨球罐1的压力控制：在液氨加热器2的加热蒸汽管线2c上设置压力调节阀，设计液氨球罐压力控制回路，利用压力变送器检测液氨储罐压力，利用仪表控制系统进行控制运算后输出至压力调节阀，通过压力调节阀开度来调节加热蒸汽量，通过控制液氨加热器2内液氨的蒸发速度，从而控制球罐内的压力为0.7MPa。

液氨蒸发器液氨蒸发工艺：液氨蒸发器3采用水热式换热器，液氨球罐1内液氨通过液氨球罐底部出口管线3a进入液氨蒸发器3的底部入口进行蒸发。液氨蒸发器3引入电厂固有的汽轮发电机组工艺循环水回水作为加热介质。液氨蒸发器3选择445m2换热面积的固定管板式换热器，液氨走设备壳程，循环水回水走内设的加热管路管程，循环水回水引入后经蒸发器加热进水管线3c（管径DN350）进入液氨蒸发器3的加热管程底部入口，从液氨蒸发器3的加热管程顶部出口经蒸发器加热出水管线3d（管径DN350）引出。

利用循环水回水大流量、温度略高于环境温度的特点对液氨进行加热，虽然加热温度不高，但换热流量面积大同样能够取得像蒸汽式液氨蒸发器一样的加热效果，且运行稳定可靠。

如山东淄博地区，50MW抽汽汽轮机组热电厂夏天循环水回水温度范围35～45℃，循环水回水压力0.05～0.06MPa；液氨的蒸发压力控制在0.6MPa，液氨侧控制流量0.5～4吨/小时；所需加热用循环水回水流量约116吨/小时。冬天循环水回水最低温度12～17℃，换热后的循环水回水出水温度不低于4℃，防止温度过低造成冻裂，循环水回水压力0.05～0.06MPa；液氨的蒸发压力控制在0.45MPa，液氨侧控制流量0.5～4吨/小时。循环水回水需流量约为410吨/小时，可满足工艺要求。

液氨蒸发器3的加热进水管线上还设置有旁路管线，在夏季可利用循环水回水旁路流量调节实际进入液氨蒸发器的加热水量，控制液氨蒸发速度。

氨气缓冲罐稳压缓冲工艺运行原理：经液氨蒸发器3蒸发后的氨气经液氨蒸发器出口管线3b（管径DN200）进入氨气缓冲罐4，在此携带的液氨被分离，同时蒸发压力得到控制。氨气缓冲罐4缓冲时间3～5分钟，压力0.4～1.6MPa，冬季温度为4℃，夏季最高为45℃。

稳压后的氨气通过氨气缓冲罐出口管线4a上设置的压力调节阀控制，保证去后续工艺系统的氨气流量。氨气缓冲罐的氨气出口管线上设计氨气出口压力控制回路，利用压力变送器检测氨气缓冲罐中氨气压力，利用仪表控制系统进行控制运算后输出至压力调节阀，通过压力调节阀开度进行压力控制，该阀同时具有调节和联锁切断功能。氨气缓冲罐罐顶设压力指示报警联锁仪表，当缓冲罐中氨气压力低于0.4MPa时联锁关闭压力调节阀，使液氨蒸发器内氨气蒸发速度降低。当缓冲罐中氨气压力增大至0.45MPa时，人工复位开启压力调节阀。运行中运行人员监控氨气缓冲罐4的液位，当达到700mm时，打开氨气缓冲罐排液阀4b进行排放，排放完毕后关闭阀门。

氨气缓冲罐4完成对氨气进行气液分离以及缓冲作用，保证供应后续工艺系统的氨气在所需流量范围内有一个稳定的压力。

本发明的液氨蒸发工艺及其装置解决了蒸汽式液氨蒸发器运行调节线性差，控制氨气压力平稳难度大，蒸发器疏水调节不当，很容易造成蒸发器冻坏列管以及容易发生液氨泄漏污染环境事故，导致脱硫脱硝装置因氨气中断供给，被迫停运停炉等系列问题，通过水热式液氨蒸发器工艺解决了此项问题。循环水回水加热式液氨蒸发器利用循环水回水温度对液氨进行加热温差小，运行中不需要太多的调节，利用了循环水大流量来对液氨加热，换热器列管不容易冻裂，运行周期长且可靠经济，通过废热利用，节约了蒸汽热能和电能，符合电厂在脱硫改造中充分利用现有工艺条件，减少动力消耗，以最大程度的降低投资和运行费用的设计方向，通过节能降耗，连续运行经济效益巨大，可广泛应用于电厂锅炉烟气氨法脱硫脱硝工艺中液氨储存及蒸发供给系统的工艺设计及其它相关领域。

Claims (5)

1.一种烟气脱硫系统液氨蒸发工艺，其特征在于，包括如下顺序的工艺步骤：

（1）液氨加热器液氨加压工艺：从液氨球罐底部出口管线上引出一股液氨经液氨加热器入口管线进入液氨加热器，液氨加热器采用蒸汽式换热器，用低压蒸汽作为加热介质；液氨在液氨蒸发器内蒸发成氨气后经液氨加热器出口管线返回液氨球罐上部气相区，对液氨球罐进行加压，使液氨球罐达到并保持设计压力；

（2）液氨蒸发器液氨蒸发工艺：利用液氨球罐和液氨蒸发器之间的压差，液氨通过液氨球罐底部出口管线直接进入液氨蒸发器，液氨蒸发器采用水热式换热器，利用电厂循环水回水作为加热介质对液氨进行加热，液氨在液氨蒸发器内蒸发成氨气；

（3）氨气缓冲罐稳压缓冲工艺：经液氨蒸发器蒸发后的氨气通过液氨蒸发器出口管线进入氨气缓冲罐，氨气在氨气缓冲罐中缓冲稳压后通过氨气缓冲罐出口管线引出至后续工艺系统。

2.根据权利要求1所述的烟气脱硫系统液氨蒸发工艺，其特征在于，所述的液氨加热器液氨加压工艺通过控制液氨加热器的加热蒸汽流量以调节液氨加热器内液氨蒸发速度，来控制液氨球罐内的压力。

3.实现权利要求1所述液氨蒸发工艺的烟气脱硫系统液氨蒸发装置，包括液氨球罐（1），其特征在于：还包括液氨加热器（2）、液氨蒸发器（3）和氨气缓冲罐（4）；所述液氨球罐（1）通过液氨球罐底部出口管线（3a）上引出的液氨加热器入口管线（2a）与液氨加热器（2）的底部入口连接，液氨加热器（2）的上部出口通过液氨加热器出口管线（2b）与液氨球罐（1）的上部气相区连接；所述液氨球罐（1）通过液氨球罐底部出口管线（3a）与液氨蒸发器（3）的底部入口连接，液氨蒸发器（3）的上部出口通过液氨蒸发器出口管线（3b）与氨气缓冲罐（4）的中部进口连接；氨气缓冲罐（4）的上部出口通过氨气缓冲罐出口管线（4a）与后续工艺系统连接，氨气缓冲罐（4）的底部通过氨气缓冲罐排液阀（4b）与液氨蒸发器（3）顶部连接；所述液氨加热器（2）的加热管程顶部入口与加热器加热蒸汽管线（2c）连接，液氨加热器（2）的加热管程底部出口与加热器疏水管线（2d）连接；所述液氨蒸发器（3）的加热管程底部入口与蒸发器加热进水管线（3c）连接，液氨蒸发器（3）的加热管程顶部出口与蒸发器加热出水管线（3d）连接。

4.根据权利要求3所述的烟气脱硫系统液氨蒸发装置，其特征在于：所述的液氨蒸发器（3）采用固定管板式换热器。

5.根据权利要求3所述的烟气脱硫系统液氨蒸发装置，其特征在于：所述的液氨加热器（2）采用列管式换热器。