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摘 要

随着工业经济和社会的快速发展，用电量急剧增加，燃煤电厂排出的含硫废气快速增长，如何高效处理对生态环境保护至关重要。因此，本设计以废氨水和含硫废气为原料，设计了氨法脱硫工艺净化含硫废气，同时生产硫酸铵。利用流程模拟软件Aspen Plus 8.4对SCR脱硝工段、电袋复合除尘器工段、氨法脱硫工段及MDEA吸收二氧化碳工段进行全流程模拟，并对吸收塔采用严格计算，得到吸收塔操作参数。此外，运用夹点分析技术对生产工艺中换热网络进行优化改进，并通过Exchanger Design amp; Rating，对换热器进行设计、选型与校核。

关键词：二氧化硫，氨法脱硫工艺，硫酸铵，流程模拟，换热器

Abstract: With the rapid development of industrial economy and society, electricity consumption is booming, sulfur-containing waste gas discharged from coal-fired power plants is a sharp increase, so how to deal with it efficiently is very important to the ecological environment protection. Therefore, using waste ammonia water and sulfur-containing waste gas as raw materials, it is purified with the ammonia desulphurization process in the design and ammonium sulfate is produced at the same time. The flow simulation software Aspen Plus 8.4 is applied to simulate the whole process including SCR denitrification section, electric bag coupling with dust collector section, ammonia desulphurization section and carbon dioxide absorption section with MDEA. The heat exchange network of whole process is optimized according to the pinch point analysis method, and the heat exchangers are designed, selected and checked by the software Exchanger Design amp; Rating.

Key words: sulfur dioxide, ammonia desulphurization process, ammonium sulfate, flow simulation, heat exchanger

目录

1 前言 1

2 氨法脱硫工艺设计 1

2.1 常见脱硫工艺 1

2.2 工艺方案比较 2

2.3 整体工艺方案确定 5

3 氨法脱硫工艺模拟 6

3.1 Aspen Plus物性方法与模型 6

3.2 分工段模拟与分析 7

3.2.1 SCR脱硝工段 7

3.2.2 电袋复合除尘工段 10

3.2.3 氨法脱硫工段 13

3.2.4 MDEA吸收二氧化碳工段 16

3.3 全流程模拟 21

4 氧化反应器和吸收塔优化 23

4.1 氧化反应器优化 23

4.1.1 氨氧化反应器 23

4.1.2 亚硫酸根氧化反应器 25

4.2 吸收塔优化 26

4.2.1 塔板数优化 26

4.2.2 进料板位置优化 27

4.2.3 回流比优化 27

5 热量集成设计 29

5.1换热网络基础 29

5.2夹点技术 30

5.3 工艺流股提取 31

5.4 换热网络合成 32

5.4.1 Aspen Energy Analyzer介绍 32

5.4.2 换热网络合成过程 33

5.5 换热网络优化 35

5.5.1 换热网络优化方案 36

5.5.2 节能效果 37

6 换热器选型 38

6.1 换热器简介 38

6.2 换热器选型依据 38

6.3 换热器选型原则 39

6.4 换热器选型 43

6.5 换热器选型结果汇总 58

7 反应技术、分离技术与过程节能技术创新 59

7.1 反应技术 59

7.2 分离技术 59

7.3 过程节能技术 59

结论 61

参考文献 62

致谢 63

1 前言

目前，我国大约70%的能源由煤炭提供，80%煤炭直接燃烧，火力发电厂的燃煤量占50%以上^[1]。煤炭燃烧产生大量二氧化硫、氮氧化物、灰尘等污染物。为遏制燃煤电厂排放含硫废气，国家要求新建配套的脱硫设施，其脱硫率达到95%以上，脱硝率达到80%以上。因此，高效脱硫工艺设计对含硫废气处理具有重要的意义。

本着废气资源化利用和“低碳、安全、环保”的理念，以鲁西化工工业园区内合成氨装置和尿素合成装置产生的废氨水为原料，采用氨法脱硫并联产硫酸铵。硫酸铵是一种优良的铵肥，可用作种肥使作物枝叶生长茂盛，果实量多质好，还可以用作酿造啤酒、生产蓄电池与制作化学试剂等。

为此，本设计以废氨水和含硫废气为原料，设计氨法脱硫工艺净化含硫废气，同时生产硫酸铵。利用流程模拟软件Aspen Plus 8.4对SCR脱硝工段、电袋复合除尘器工段、氨法脱硫工段及MDEA吸收二氧化碳工段进行全流程模拟^[2~4]，运用夹点分析技术对生产工艺中换热网络进行优化改进，并通过Exchanger Design amp; Rating软件，对换热器进行设计、选型与校核。

2 氨法脱硫工艺设计

2.1 常见脱硫工艺

目前，常见脱硫工艺主要有：石灰石/石膏法、石灰石/石膏法、石灰基喷雾干燥法吸收法、活性焦烟气脱硫法等^[5]，下面分别予以介绍。

1. 石灰石/石膏法

石灰石/石膏法是采用石灰浆将二氧化硫吸收，得到混合的亚硫酸钙和硫酸钙废固物，该技术脱硫效率高。然而，该工艺具有投资大，设备易腐蚀、磨损与阻塞以及运行维护费用高的缺点。

2. 石灰石/石膏法

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