SNCR—SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、sncrscr聯(lián)合脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)密 級公開學(xué) 號070383畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)sncrscr聯(lián)合脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)院(系、部)：機(jī)械工程學(xué)院姓 名：年 級：07級專 業(yè)：環(huán)境工程指導(dǎo)教師：初慶東教師職稱：講 師 2011 年 6 月 25 日北京57北京石油化工學(xué)院學(xué)位論文授權(quán)使用協(xié)議論文sncrscr聯(lián)合脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)系本人在北京石油化工學(xué)院學(xué)習(xí)期間創(chuàng)作完成的作品，并已通過論文答辯。本人系作品的唯一作者，即著作權(quán)人?，F(xiàn)本人同意將本作品收錄于北京石油化工學(xué)院學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫。本人承諾：已提交的學(xué)位論文電子版與印刷版論文的內(nèi)容一致，如因不同而引起學(xué)術(shù)聲譽(yù)上的損失由本人自負(fù)。本人完全同意本作品在校園

2、網(wǎng)上提供論文目錄檢索、文摘瀏覽以及全文部分瀏覽服務(wù)。公開級學(xué)位論文全文電子版允許讀者在校園網(wǎng)上瀏覽并下載全文。注：本協(xié)議書對于非公開學(xué)位論文在保密期限過后同樣適用。院系名稱：機(jī)械工程學(xué)院作者簽名： 學(xué) 號：0703832011 年 06 月 25 日摘 要十一五計(jì)劃以來，氮氧化物已經(jīng)成為我國節(jié)能減排政策重點(diǎn)關(guān)注的污染物之一。市場上已經(jīng)有了很多種煙氣脫硝技術(shù)。其中sncr/scr聯(lián)合脫硝技術(shù)是sncr工藝的還原劑噴入爐膛技術(shù)同scr工藝?yán)靡莩霭边M(jìn)行催化反應(yīng)結(jié)合起來，從而進(jìn)一步脫除nox的比較靈活的一種技術(shù)方案，特別適合我國國情。本文針對某260 t/h燃煤鍋爐，設(shè)計(jì)一套sncr/scr聯(lián)合脫硝

3、系統(tǒng)。其工藝前端是sncr，利用穩(wěn)定化的尿素水溶液減少鍋爐內(nèi)的nox，sncr產(chǎn)生的不希望的氨副產(chǎn)物可以作為還原劑通過催化劑在下游進(jìn)一步還原nox而得到有效利用，產(chǎn)生的氨量足以達(dá)到所需剩余nox的還原效率。包括煙氣脫硝scr系統(tǒng)相關(guān)的脫氮反應(yīng)器以及sncr一些輔助設(shè)備，還有其他管路設(shè)備進(jìn)行了的設(shè)計(jì)計(jì)算。最終達(dá)到nox排放標(biāo)準(zhǔn)及任務(wù)書的要求。關(guān)鍵詞：選擇性非催化還原(sncr)；選擇性催化還原(scr)；燃煤鍋爐；脫硝abstractsince the eleventh five year plan, nitrogen oxides emission reduction policy in ch

4、ina has become the focus of the pollutants. the market already has a variety of flue gas denitrification technology. one sncr / scr denox technology combined sncr reducing agent is injected into the furnace process technology with the use of scr technology for catalytic reaction of ammonia escaped t

5、ogether, further removal of nox in a more flexible technology solutions, particularly suited to chinas national conditions. in this paper, a 260 t / h coal-fired boiler, the design of a sncr / scr combined denitrification system. the front-end process is sncr, using stable reduction of the urea solu

6、tion inside the boiler nox, sncr produce unwanted by-product of ammonia as a reducing agent by the further reduction in the downstream nox catalyst be effectively used to produce ammonia in sufficient quantities to achieve the nox reduction efficiency to be remaining. scr denox system, including flu

7、e gas denitrification reactor and related ancillary equipment, sncr, and other pipeline equipment for a design calculation. nox emission standards and ultimately the requirements of the mission statement.key words: selective non-catalytic reduction (sncr);selective catalytic reduction (scr);coal-fir

8、edboiler;denitrification;目 錄第一章 前 言21.1 煙氣脫硝的意義21.2 常用的煙氣脫硝方法41.3 sncrscr聯(lián)合脫硝特點(diǎn)及優(yōu)勢91.4 小結(jié)12第二章 聯(lián)合sncrscr脫硝系統(tǒng)的布置方式132.1 概述132.2 sncr布置方式132.3 scr布置方式14第三章sncrscr聯(lián)合脫硝設(shè)計(jì)計(jì)算173.1 設(shè)計(jì)方案論證及選型173.2 基本設(shè)計(jì)參數(shù)183.3 sncr的系統(tǒng)計(jì)算193.4 sncr的系統(tǒng)計(jì)算的小結(jié)233.5 scr的系統(tǒng)計(jì)算243.6 催化劑的選型283.7 scr塔的設(shè)計(jì)計(jì)算323.8氨區(qū)的設(shè)計(jì)34第四章 sncrscr聯(lián)合脫硝系統(tǒng)的設(shè)

9、備選型364.1氨區(qū)的設(shè)備選型374.2 氨氣與煙氣混合用風(fēng)機(jī)的選型40第五章 經(jīng)濟(jì)分析與運(yùn)行維護(hù)475.1 經(jīng)濟(jì)分析與評價(jià)的原理475.2工程概算475.3 系統(tǒng)運(yùn)行525.4 系統(tǒng)維護(hù)52第六章 結(jié)論與展望546.1 結(jié)論546.2 展望54第一章 前 言1.1 煙氣脫硝的意義隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在能源消費(fèi)中帶來的環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重。其中，大氣煙塵、酸雨、溫室效應(yīng)和臭氧層的破壞已成為危害人民生存的四大殺手。燃煤煙氣所含的煙塵、二氧化硫、氮氧化物等有害物質(zhì)是造成大氣污染、酸雨和溫室效應(yīng)的主要根源。在我國，二氧化硫、氮氧化物等有害物質(zhì)主要是由燃煤過程產(chǎn)生的1。防止環(huán)境污染的重要性，已作為世界

10、范圍的問題而被尖銳地提了出來。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和生活水平的提高，大氣污染成了人們十分關(guān)注的問題。 二氧化硫是大氣的重要污染源之一，其污染危害甚大，故七十年代中，研究煙氣脫硫技術(shù)被許多國家列為防治大氣污染的重點(diǎn)，相繼建成了一些工業(yè)規(guī)模的實(shí)用的處理裝置，與此同時(shí)，對大氣污染中的另一個(gè)大問題，即氮氧化物nox的污染問題，人們也開始了防治技術(shù)的研究和開發(fā)。nox在陽光的作用下會(huì)引起光化學(xué)反應(yīng)，形成光化學(xué)煙霧，從而造成嚴(yán)重的大氣污染。七十年代以來nox的大氣污染問題已被日益重視，人們發(fā)現(xiàn)：人體健康的傷害、高含量硝酸雨、光化學(xué)煙霧、臭氧減少以及其他一些問題均與低濃度nox有關(guān)系，而且其危害性比人們原

11、先設(shè)想的要大得多。氮氧化物是引起酸雨、光化學(xué)煙霧等破壞地球生態(tài)環(huán)境和損害人體健康的一系列問題的主要污染物，也是目前大氣環(huán)境保護(hù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。no經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成no2、o3和光化學(xué)煙霧。no2對人眼睛和呼吸器官有強(qiáng)烈的刺激，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生肺水腫造成致命危險(xiǎn)，另外，no2通過氣相反應(yīng)形成酸雨，對農(nóng)作物、森林、地下水和建筑物等會(huì)產(chǎn)生極大的危害；當(dāng)臭氧濃度過高時(shí)，可刺激粘膜，擾亂中樞神經(jīng)，引起支氣管炎和頭痛；光化學(xué)煙霧帶有刺激性、腐蝕性，能傷害人眼睛并導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)的疾病，煙霧中還有致癌物質(zhì)。而燃煤發(fā)電廠是目前nox排放的一個(gè)重要來源之一。因此，如何有效地消除燃煤發(fā)電廠產(chǎn)生的nox已成為目前環(huán)境保護(hù)中一個(gè)

12、令人關(guān)注的重要課題。隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，耗電量也將逐步加大。目前，我國已經(jīng)開展了大規(guī)模的煙氣脫硫項(xiàng)目，但煙氣脫硝還未大規(guī)模的開展。有研究資料表明，如果繼續(xù)不加強(qiáng)對煙氣中氮氧化物的治理，氮氧化物的總量和在大氣污染物中的比重都將上升，并有可能取代二氧化硫成為大氣中的主要污染物。礦物燃料燃燒產(chǎn)生大量煙氣中所含氮氧化物（no）的排放是導(dǎo)致酸雨、光化學(xué)煙霧等一系列嚴(yán)重空氣污染問題的主要原因之一。近年來我國no污染的范圍和程度已相當(dāng)嚴(yán)重。因而煙氣脫氮技術(shù)的發(fā)展是繼煙氣脫硫之后所面臨的又一亟待解決的重大課題。盡管近幾年來我國的火電機(jī)組單位發(fā)電量的nox排放量有所下降，但是同發(fā)達(dá)國家的排放水平比較，我國的

13、火電nox排放水平仍然很高。從圖1-1中可知我國2002年的單位火電nox的排放水平仍然高于美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家的1985年的單位排放量水平。 表1-1 中國火電十年間每年nox總排放量 1年份 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 nox排放量 281.4 198.6 327.1359.3350.3360.5430.0469.0 497.5 536.8 圖11各國氮氧化物排放量比較2隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為我國主要能源的煤的消耗量將越來越大，由此可見，今后電力工業(yè)nox排放量將十分巨大。如果不加強(qiáng)控制，nox將對我國大氣環(huán)境

14、造成嚴(yán)重的污染。迫于環(huán)境保護(hù)的壓力我國將面臨巨大的氮氧化物排放治理的挑戰(zhàn)。環(huán)境污染已是電力工業(yè)發(fā)展的一個(gè)制約因素。電力工業(yè)必須解決和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展問題，才能真正促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的繁榮，造福于人類。1.2 常用的煙氣脫硝方法目前，降低火電行業(yè)nox排放量的方法主要有燃燒中控制和煙氣脫氮。 燃燒中控制是指通過采用低nox燃燒器，優(yōu)化配風(fēng)，加燃盡風(fēng)，煙氣回燃等手段來減少鍋爐燃燒產(chǎn)生的nox。該控制法的優(yōu)點(diǎn)是投資少、見效快。但這種方式受爐膛工況影響大，與運(yùn)行水平有很大關(guān)系，而且，會(huì)在一定程度上降低燃燒效率，使得不完全燃燒熱損失增加。煙氣脫氮法主要有電子束法、吸附法、液體吸收法、微生物法、選擇性非催化法（snc

15、r）和選擇性催化法（scr）?，F(xiàn)將其各種方法的原理，優(yōu)、缺點(diǎn)綜述如下：1.2.1 電子束法電子束照射法脫硫脫氮技術(shù)是一種物理與化學(xué)相結(jié)合的高新技術(shù)，是在電子加速器的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的，已引起了國內(nèi)外專家的廣泛重視。電子束照射法是利用電子加速器產(chǎn)生的高能等離子體氧化煙氣中的so2和nox等氣態(tài)污染物。經(jīng)電子束照射，煙氣中的so2和nox接受電子束而強(qiáng)烈氧化，在極短時(shí)間內(nèi)(約十萬分之一秒)被氧化成硫酸和硝酸，氧化后的酸與加入的氨反應(yīng)生成(nh4)2so4和nhno3的微細(xì)粉粒，粉粒經(jīng)捕集器回收作農(nóng)肥，凈化氣體經(jīng)煙囪排入大氣。 但電子束照射法仍有不少缺點(diǎn)如： (1)能量利用率低，當(dāng)電子能量降到3e

16、v以下后，將失去分解和電離的功能，剩余的能量將浪費(fèi)掉； (2)電子束法所采用的電子槍價(jià)格昂貴，電子槍及靶窗的壽命短，所需的設(shè)備及維修費(fèi)用高昂； (3)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，x射線的屏蔽與防護(hù)問題不容易解決。上述原因限制了電子束法的實(shí)際應(yīng)用和推廣3。1.2.2 吸附法吸附法是利用吸附劑對nox的吸附量隨溫度或壓力的變化而變化的特點(diǎn)，通過周期性地改變操作溫度或壓力，控制nox的吸附和解吸，使nox從氣源中分離出來，屬于干法脫硝技術(shù)。根據(jù)再生方式的不同，吸附法可分為變溫吸附法和變壓吸附法。常用的吸附劑有雜多酸、分子篩、活性炭、硅膠及含nh3的泥煤等。 吸附法脫氮技術(shù)凈化效率高，不消耗化學(xué)物質(zhì)，設(shè)

17、備簡單，操作方便。但是由于吸附劑吸附容量小、需要的吸附劑量大、設(shè)備龐大、需要再生處理，而且為間歇操作，投資費(fèi)用較高，能耗較大。1.2.3 液體吸收法液體吸收法是利用堿性溶液等吸收凈化廢氣中的nox。常見吸收劑有：水、naoh、ca(oh)2nh4oh、mg(oh)2、稀hno3等。采用氧化吸收法、吸收還原法及絡(luò)合吸收法等可提高nox的吸收效率。氧化吸收法是利用氧化劑如o2、o3、cl2、clo2、hno3、kmno4、naclo2、nacloh2o2等先將no部分氧化為no2，再用堿液吸收。還原吸收法應(yīng)用還原劑將nox還原成n2，常用還原劑有(nh4)2so4、(nh4)hso3、na2so3

18、等。液相絡(luò)合吸收法主要利用液相絡(luò)合劑直接同no反應(yīng)，從而將no從煙氣中分離出來。生成的絡(luò)合物在加熱時(shí)又重新放出no，從而使no能富集回收。目前研究過的no絡(luò)合吸收劑有feso4、fe()-edta和fe()-edta-na2so4等。 吸收法工藝過程簡單，投資較少，吸收劑來源廣泛，又能以硝酸鹽的形式回收利用廢氣中的nox。但是nox去除效率低，能耗高，吸收廢氣后的溶液，易造成二次污染。1.2.4 微生物法微生物法處理煙氣脫氮就是利用微生物的生命活動(dòng)將nox轉(zhuǎn)化為無害的無機(jī)物及微生物的細(xì)胞質(zhì)。由于該過程難以在氣相中進(jìn)行，所以氣態(tài)的污染物先經(jīng)過從氣相轉(zhuǎn)移到液相或固相表面的液膜中的傳質(zhì)過程，可生物降

19、解的可溶性污染物從氣相進(jìn)入濾塔填料表面的生物膜中，并經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入其中的微生物組織。然后，污染物作為微生物代謝所需的營養(yǎng)物，在液相或固相被微生物降解凈化8。 微生物法目前還處于實(shí)驗(yàn)階段，且存在著明顯的缺點(diǎn)，例如填料塔的空塔氣速、煙氣溫度反硝化菌的培養(yǎng)、細(xì)菌的生長速度和填料的堵塞等等問題都有待于解決。1.2.5 選擇性催化還原（scr）此法在國外已得到廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明，應(yīng)用此法可在較低的溫度下取得較高的no去除效率，去除率可達(dá)8090%。scr法應(yīng)用最廣的是氨選擇催化還原法，即利用氨作為還原劑注入含no的煙道氣中，通常是氣體熱交換器的上游，no在催化劑的作用下被還原為分子n和水。scr系統(tǒng)主要由反

20、應(yīng)器、催化劑、氯貯存罐和氯噴射器等組成。具體反應(yīng)式如下：4no+4nh3+o24n2+6h2o6no2+8nh37n2+12h2o4nh3+5o24no+6h2o4nh3+3o22n2+6h2o6影響scr法去除nox的因素有如下幾個(gè)方面：(1)煙氣的溫度：scr法的適宜溫度為300至400，當(dāng)煙氣的溫度不在此范圍時(shí)，處理效率將會(huì)大幅度降低。(2)催化劑的活性：scr法所用的催化劑是有效元素pt、pa系貴金屬和v、cr、mg、fe、ctl、z、co、ni等的氧化物、鹽及其混合物。催化劑的組成和活性對scr法的處理效率影響很大。(3)硫酸銨的生成：由于煙氣中存在三氧化硫，未催化反應(yīng)的nh通過反應(yīng)

21、器后形成硫酸銨。圖12 scr反應(yīng)原理圖圖13 scr系統(tǒng)圖圖14 scr反應(yīng)器實(shí)體剖圖1.2.6 非選擇性催化還原（sncr）sncr工藝主要技術(shù)特點(diǎn)是工程造價(jià)低，占地面積小，適用于老廠改造，新爐可依鍋爐設(shè)計(jì)加以配合，脫硝效率更高。工藝的主要不足之處就是脫硝效率低，大型燃煤機(jī)組通常在（2540）氨逃逸量較大以及還原劑耗量相對較高。因此sncr工藝的設(shè)計(jì)與運(yùn)行過程中，如何實(shí)現(xiàn)以盡可能少的脫硝還原劑達(dá)到盡可能高的nox脫除率，同時(shí)保證較低的氨逃逸，將是sncr工藝的關(guān)鍵。sncr工藝投資省，是一性價(jià)比比較高的脫硝技術(shù)，但是因?yàn)槠涞偷拿撓趼室约碍h(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格，限制了sncr工藝的推廣與應(yīng)用。目

22、前研究在還原劑中增加添加劑來拓寬sncr工藝的反應(yīng)溫度窗是sncr技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。在非選擇性催化還原過程中，尿基或氯基類化合物作為還原劑將no轉(zhuǎn)化為n。但是，反應(yīng)通常發(fā)生在較高的溫度下（900-1000），能夠產(chǎn)生一個(gè)很高的活化能，從而避免使用催化劑4。主要反應(yīng)式如下：4nh3+6no5n2+6h2 8nh3+6no27n2+12h2可競爭的反應(yīng)有：4nh3+5o24no+6h24nh3+3o22n2+6h2(1)操作溫度：sncr法僅適用于比較狹窄的反應(yīng)溫度范圍，還原劑必須注入最佳溫度區(qū)，以確保反應(yīng)(1)和(2)占主導(dǎo)；如果溫度超過1100，反應(yīng)(3)和(4)將變得很重要；如果溫度低于所

23、希望的區(qū)問，nh與no則不能發(fā)生還原反應(yīng)或反應(yīng)不完全，造成氯殘留量增加，引起大量的氨泄漏。(2)還原劑與煙氣的混合狀態(tài)：還原劑注入以后與煙氣的快速混合也非常重要由于鍋爐的負(fù)荷不同，最適宜溫度的位置在鍋爐中也有變化。因此只有在多個(gè)部位注入且各部位的注入量不同，才能獲得最優(yōu)結(jié)果。另外，由于煙氣在爐頂?shù)耐Ａ魰r(shí)間很短，不可能使物料與煙氣完全混合，會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象導(dǎo)致總還原率下降。圖15 sncr結(jié)構(gòu)示意圖sncr煙氣脫硝工藝過程是由下面四個(gè)基本過程完成：接收和儲(chǔ)存還原劑；還原劑的計(jì)量輸出、與水混合稀釋；在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑；還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。sncr系統(tǒng)采取模塊方式進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造

24、，主要由還原劑循環(huán)模塊、還原劑的水稀釋模塊、還原劑計(jì)量模塊、還原劑均分模塊、還原劑注入器等模塊化組件構(gòu)成。圖16 sncr系統(tǒng)流程圖1.3 sncrscr聯(lián)合脫硝特點(diǎn)及優(yōu)勢聯(lián)合sncrscr煙氣脫硝技術(shù)不是選擇性催化還原法工藝與選擇性非催化還原法工藝的簡單組合，它是結(jié)合了scr技術(shù)高效、sncr技術(shù)投資省的特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種新型工藝6。scr和sncr都是通過在煙氣中加入氨或尿素溶液等還原劑，在一定溫度下，與煙氣中的氮氧化物（nox）發(fā)生還原反應(yīng)，生成無害的氮?dú)夂退?，不同之處在于前者有催化劑的參與，而催化劑的參與降低了反應(yīng)窗的溫度并提高了反應(yīng)效率。聯(lián)合sncr-scr工藝具有2個(gè)反應(yīng)區(qū)，通過

25、布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)，首先將還原劑噴入第一個(gè)反應(yīng)區(qū)爐膛，在高溫下，還原劑與煙氣中nox在沒有催化劑參與的情況下發(fā)生還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)初步脫氮。然后未反應(yīng)完全的還原劑進(jìn)入混合工藝的第二個(gè)反應(yīng)區(qū)scr反應(yīng)器，在有催化參與的情況下進(jìn)一步脫氮。混合sncrscr工藝主要的改進(jìn)就是省去了scr工藝設(shè)置在煙道的復(fù)雜氨噴射隔柵系統(tǒng)，并大幅度減少了催化劑的用量。1.3.1聯(lián)合sncrscr脫銷特點(diǎn)與單一的scr工藝和sncr工藝相比，混合sncrscr工藝具有以下一些優(yōu)點(diǎn)。(1)脫硝效率較高單一的sncr工藝脫硝效率低，而混合sncrscr工藝獲得與scr工藝一樣高的脫硝率（80%以上）。(2)催化劑用量小

26、scr工藝由于脫硝催化劑的使用，大大降低了反應(yīng)溫度并提高了脫硝效率，但是，由于催化劑非常昂貴，一般占整個(gè)scr工藝總投資的1/3左右，并且由于需要定期更換，運(yùn)行費(fèi)用也很高19?；旌戏üに囉捎谑紫炔捎昧藄ncr工藝初步脫硝，降低了對催化劑的依賴。與scr工藝相比，混合工藝的催化劑用量可以大大減少，如下圖所示：圖17 脫硝效率比較圖由圖17中可以看出，混合脫硝工藝中，當(dāng)sncr階段脫硝效率為55%，而要求總脫硝效率為75%時(shí)，混合法工藝與scr工藝相比可節(jié)省50%的催化劑；當(dāng)要求總脫硝效率為65%時(shí)，scr階段催化劑的用量可節(jié)省70%左右。7(3)scr反應(yīng)塔體積小，空間適應(yīng)性強(qiáng)由于混合法工藝催化

27、劑用量少，通過對鍋爐煙道、擴(kuò)展煙道、省煤器或空氣預(yù)熱器等進(jìn)行改造來布置scr反應(yīng)器，大大縮短了反應(yīng)器上游煙道長度。它與單一的scr工藝相比，不需要復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)，節(jié)省了投資且不受場地的限制。(4)脫硝系統(tǒng)阻力小由于混合法工藝的催化劑用量少，scr反應(yīng)器體積小，其前部煙道較短因此，與傳統(tǒng)scr工藝相比，系統(tǒng)壓降將大大減小，減少了引風(fēng)機(jī)改造的工作量，降低了運(yùn)行費(fèi)用。(5)減少so2向so3的轉(zhuǎn)化，降低腐蝕危害催化劑的使用雖然有助于提高脫硝效率，但也存在增強(qiáng)so2想so3轉(zhuǎn)化的副作用，而煙氣中的so3含量的增加，將生成更多的nh4hso4。nh4hso4的黏結(jié)性很強(qiáng)，在煙氣溫度較低時(shí)，會(huì)堵塞催化劑并對

28、下游設(shè)備造成腐蝕?；旌戏ㄓ捎跍p少了催化劑的用量，將使這一問題得到一定程度的遏制。(6)省去scr旁路的建造機(jī)組頻繁啟，停且長期低負(fù)荷運(yùn)行或超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，都可能由于排煙溫度的不適宜而縮短催化劑的壽命。為此，scr工藝一般需要設(shè)置旁路系統(tǒng)，以避免煙溫過高或過低對催化劑造成的損害。而旁路的設(shè)置又增加了初投資，并對系統(tǒng)控制和場地面積等也提出了更高的要求。混合sncrscr工藝由于催化劑用量大大減少，因此，可以不再設(shè)置旁路系統(tǒng)，從而降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度和對場地的要求，減少了初期投資，簡化了控制(7)催化劑的回收處理量減少脫硝系統(tǒng)目前所用催化劑壽命一般為23年。催化劑所用材料中的v2o5有劇毒，大量廢

29、棄的催化劑會(huì)造成二次污染，必須進(jìn)行無害化處理。混合法工藝催化劑用量小，可大大減少廢棄催化劑的處理量。(8)簡化還原劑噴射系統(tǒng)為了為了獲得高效脫硝反應(yīng)，要求噴入的氨與煙氣中的nox有良好的接觸并要求在催化反應(yīng)器前形成分布均勻的流場、濃度場和溫度場，為此，單一的scr工藝除必須設(shè)置復(fù)雜的氨噴射格柵（aig）及其控制系統(tǒng)外，還往往需要在多處安放摻混設(shè)施、加長煙道以保證aig與催化劑之間有足夠遠(yuǎn)的距離等措施，以達(dá)到上述要求。而混合工藝的還原劑噴射系統(tǒng)布置在鍋爐爐墻上，與下游的scr反應(yīng)器距離很遠(yuǎn)，因此，無需再加裝混合設(shè)施，也無需加長煙道，就可以在催化劑反應(yīng)器入口獲得良好還原劑與nox的混合及分布。(9

30、)加大了爐膛內(nèi)還原劑的噴入?yún)^(qū)間，提高了sncr階段的脫硝效率單純的sncr工藝為了滿足對氨逃逸量的限制，要求該工藝還原劑的噴入點(diǎn)必須嚴(yán)格選擇在適宜反應(yīng)的溫度區(qū)域內(nèi)。而在混合sncrscr技術(shù)中，sncr過程中形成的氨泄漏是作為scr反應(yīng)的還原劑來設(shè)計(jì)的，因此，對sncr階段氨逃逸的問題的考慮可以大大放寬。相對于獨(dú)立的sncr工藝，混合工藝氨噴射系統(tǒng)可布置在適宜的反應(yīng)溫度區(qū)域稍前的位置，從而延長還原劑的停留時(shí)間。在sncr過程中未完全反應(yīng)的氨將在位于下游的scr反應(yīng)器被進(jìn)一步利用?；旌瞎に嚨倪@種安排，有助于提高sncr階段的脫硝效率。目前，混合工藝的sncr階段的脫硝效率已經(jīng)可以達(dá)到55以上。(

31、10)可以方便地使用尿素作為脫硝還原劑由于液氨在運(yùn)輸和使用過程中存在諸多不安全因素，更多的scr開始尋求其他安全的替代還原劑。尿素制氨系統(tǒng)成為scr工藝一個(gè)主要的發(fā)展方向，如北京高碑店廠以及石景山電廠都采用尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)，然而由于該系統(tǒng)需要復(fù)雜和龐大的尿素?zé)峤庋b置，投資費(fèi)用大。而混合法工藝通過直接將尿素溶液噴入爐膛，直接利用鍋爐的高溫，將尿素溶液分解為氨，從而省去了熱解裝置，既方便又安全。(11)減少n2o的生成n2o是一種能破壞臭氧層的物質(zhì)。scr工藝中，由于催化劑的作用，煙氣的no被脫除的同時(shí)，煙氣中的n2o會(huì)增加，這是scr工藝無法避免的問題?；旌蟬ncrscr工藝由于催化劑用量小，因

32、此，可以使生成的n2o較scr工藝少。1.4 小結(jié)在目前脫硝方法中，scr 與sncr 技術(shù)已日趨成熟，各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)：scr 具有更高的脫硝速率，但其昂貴的催化劑和一切催化劑相關(guān)設(shè)備，使得scr造價(jià)很高；sncr 由于沒有了催化劑的作用，它的脫硝效率沒有scr 的高，但也省去了催化劑和某些設(shè)備的費(fèi)用，其性價(jià)比很高。美國電力行業(yè)的業(yè)主認(rèn)為，脫硝的最終的目標(biāo)不是得到最低的nox 排放，而是以最低成本使排放符合政策法規(guī)的要求。由于sncr 成本較低，改造方便，適合與其它脫硝方法聯(lián)合使用，因此特別適宜發(fā)展中國家使用。對于我國來說，從nox 控制的環(huán)保政策和技術(shù)上來說，都是剛剛起步，走一條節(jié)約型、適

33、度控制的環(huán)保道路是符合中國國情。所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究選擇scr sncr聯(lián)合脫硝系統(tǒng)更加符合我國自身情況。本次設(shè)計(jì)選技術(shù)scrsncr聯(lián)合脫硝系統(tǒng)。第二章 聯(lián)合sncrscr脫硝系統(tǒng)的布置方式2.1 概述聯(lián)合sncr-scr煙氣脫硝技術(shù)不是選擇性催化還原法工藝與選擇性非催化還原法工藝的簡單組合，雖然也是經(jīng)過串聯(lián)而成的連接方式，但是其工作原理與簡單的串聯(lián)有不同之處。整體布置方式如下圖：圖21 sncr-scr煙氣脫硝技術(shù)整體布置2.2 sncr布置方式選擇性非催化還原技術(shù)sncr與scr 技術(shù)原理相同，都是利用還原劑還原煙氣中的氮氧化物，是目前舊機(jī)組脫硝技術(shù)改造時(shí)主要采用的脫硝技術(shù)。一般可獲30

34、%65%的nox 脫除率，所用的還原劑一般為氨、氨水和尿素等。與scr 技術(shù)相比不同的是，sncr 是利用爐內(nèi)的高溫驅(qū)動(dòng)氨基與nox 的選擇性還原反應(yīng)，不需要昂貴的催化劑和體積龐大的催化塔。sncr 的系統(tǒng)是由還原劑儲(chǔ)藏部分、還原劑溶液配置或還原劑蒸發(fā)部分、系統(tǒng)噴射部分以及自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成的。sncr 工藝流程由4部分組成：1.反應(yīng)劑的接收和儲(chǔ)存；2.反應(yīng)劑的計(jì)量稀釋和混勻；3.稀釋的反應(yīng)劑噴入鍋爐合適的部分；4.反應(yīng)劑與煙氣的混合。其工藝流程圖見圖8。圖22 sncr流程布置由此可見，sncr就是在鍋爐的溫度適宜區(qū)域，進(jìn)行噴射還原劑。前置氨或者尿素混合配比及噴射系統(tǒng)，流程簡單11。2.3

35、scr布置方式scr系統(tǒng)根據(jù)反應(yīng)器安裝位置的不同，有三種布置方式。圖23高含塵煙氣段布置2.3.1 高含塵煙氣段布置這種布置的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)入反應(yīng)器煙氣的溫度達(dá)300 500，多數(shù)催化劑在此溫度范圍內(nèi)有足夠的活性，煙氣不需要加熱可獲得好的nox凈化效果。 但催化劑處于高塵煙氣中，壽命會(huì)受到下列因素影響: 1)飛灰中k, na, si, as會(huì)使催化劑污染或中毒; 2)飛灰磨損反應(yīng)器并使蜂窩狀催化劑堵塞; 3)若煙氣溫度過高會(huì)使催化劑燒結(jié)或失效9。2.3.2 低含塵煙氣段布置圖24低含塵煙氣段布置這一種布置的優(yōu)點(diǎn)是催化劑不受飛灰的影響。若scr反應(yīng)器至于濕式fgd系統(tǒng)之后，催化劑還不會(huì)受so3等氣態(tài)毒

36、物的影響，但由于煙氣溫度較低，一般需要?dú)庖粴鈸Q熱器或采用燃料氣燃燒的方法將煙氣溫度提高到催化劑還原反應(yīng)所必須的溫度。并且國內(nèi)沒有運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，國外可供參考的工程實(shí)例也比較少。2.3.3 尾部煙氣段布置這一種布置的優(yōu)點(diǎn)是： (1)鍋爐煙氣經(jīng)過除塵脫硫后，可以采用更大煙氣流速和空速，從而使催化劑的消耗量大大的減少； (2)氨的逃逸量是最少的，并且不會(huì)腐蝕構(gòu)筑物（煙囪采用防腐煙囪）； (3)不會(huì)產(chǎn)生so3，防止二次污染。 但其缺點(diǎn)是： (1)一定要設(shè)置煙氣再熱系統(tǒng)，增加了投資和運(yùn)行成本；(2)很難找到符合反應(yīng)條件的催化劑。圖25尾部煙氣段布置在工業(yè)應(yīng)用中常采用第一種布置方法12。本次設(shè)計(jì)采用高含塵煙氣布

37、段，以滿足煙氣進(jìn)入scr反應(yīng)器得到適宜的溫度。第三章 sncrscr聯(lián)合脫硝設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 設(shè)計(jì)方案論證及選型3.1.1 項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)(1)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)g(2)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)gb 16297-1998。3.1.2 項(xiàng)目概況(1)建設(shè)項(xiàng)目：本設(shè)計(jì)是對額定蒸汽量260t/h 的大型鍋爐進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)煙氣脫硝，達(dá)標(biāo)排放。(2)所進(jìn)行改造的鍋爐的基本簡介：進(jìn)行改造的鍋爐為大型燃煤鍋爐，使用的煤種為褐煤，鍋爐煙氣量大約為200000nm3/h，其中含氮氧化物約500m3/h，排放標(biāo)準(zhǔn)為75m3/h。(3)設(shè)計(jì)方案：將scr與sncr進(jìn)行聯(lián)合，完成預(yù)定的脫硝

38、目標(biāo)。先將還原劑噴入到爐膛適當(dāng)?shù)奈恢?，讓還原劑與煙氣充分混合，在適當(dāng)?shù)臏囟认掳l(fā)生還原反應(yīng)，還原煙氣中的氮氧化物。然后溢出的還原劑進(jìn)入scr通過催化劑進(jìn)行第二次還原反應(yīng)，如有需要繼續(xù)噴加還原劑。已達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的脫硝方法。需要通過計(jì)算得出還原劑的噴射用量及在爐膛中的噴入位置12。3.1.2 設(shè)計(jì)前分析1 煤質(zhì)分析：褐煤(見表3-1、表3-2)：表31 煤質(zhì)和灰分分析 項(xiàng) 目 設(shè)計(jì)煤種 校核煤種 備注 全 水 分 mt 14.0 10.4 工業(yè)分析 水 分 mad 10.00 4.50 灰 分 aar 12.00 16.77 揮發(fā)分 var 27.00 24.00 固定碳 fcar 47.00 48

39、.83 干燥無灰基揮發(fā)分 vdaf 36.49 32.96 發(fā)熱量 qnet,ar mj/kg 23.42 22.12 元素分析 碳 car 61.45 58.33 氫 har 3.61 3.42 氮 nar 0.71 0.68 氧 oar 7.80 9.77 全硫 st,ar 0.43 0.63 可磨性指數(shù) hgi 56 53 灰成分分析 二氧化硅 sio2 35.09 49.90 三氧化二鐵 fe2o3 12.47 6.36 三氧化二鋁 al2o3 16.41 34.70 氧化鈣 cao 22.56 2.27 氧化鎂 mgo 1.34 0.62 氧化鈦 tio2 0.64 1.61 氧化鉀

40、 k2o 0.30 0.78 氧化鈉 na2o 0.27 0.20 三氧化硫 so3 6.90 1.51 表32 煤質(zhì)微量元素含量項(xiàng)目單位 數(shù)據(jù)（設(shè)計(jì)參考） 催化劑適用范圍（暫定） f ppm 25 60 ci % 0.018 0.1 as ppm 0.4 12.5 3.2 基本設(shè)計(jì)參數(shù)鍋爐的蒸汽量：260t/h鍋爐的煙氣量：200000nm3/h鍋爐煙氣中nox 的濃度：500mg/m3鍋爐排放煙氣中nox的濃度：300mg/m3鍋爐的熱效率為89.12%3.2.1 流程設(shè)計(jì)sncr系統(tǒng)主要設(shè)備都模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要有尿素溶液儲(chǔ)存與制備系統(tǒng)，尿素溶液稀釋模塊，尿素溶液傳輸模塊，尿素溶液計(jì)量模

41、塊以及尿素溶液噴射系統(tǒng)組成，如圖31所示。圖31尿素區(qū)流程示意圖作為還原劑的固體尿素，被溶解制備成質(zhì)量濃度為50的尿素溶液，尿素溶液經(jīng)尿素溶液輸送泵輸送至計(jì)量分配模塊之前，與稀釋水模塊輸送過來的水混合，尿素溶液被稀釋為10%的尿素溶液，然后在噴入爐膛之前，再經(jīng)過計(jì)量分配裝置的精確計(jì)量分配至每個(gè)噴槍，然后經(jīng)噴槍噴入爐膛，進(jìn)行脫氮反應(yīng)。3.3 sncr的系統(tǒng)計(jì)算(1)鍋爐輸入的熱量的計(jì)算 qb （31）式中：qb鍋爐的輸入熱量，單位：mjhhv燃料的高熱值，單位：mj/kgmfuel最高的燃料消耗率，單位：kg/h選用的煤種為褐煤，褐煤含碳量60%77%，密度約為1.11.2kg，揮發(fā)成分大于40

42、%，無角質(zhì)層厚度，發(fā)熱值約為23.027.2mj/kg根據(jù)鍋爐的熱效率為89.12%，水的汽化熱是2.26106j/kg，水的比熱容為4.2103j/kg估計(jì)，每產(chǎn)生1噸的水蒸氣需要耗煤120kg的煤（即一噸標(biāo)煤煤可以產(chǎn)7.8噸的蒸汽），則： = =780000mj(2)系統(tǒng)的容量因子cf鍋爐容量因子是用來衡量鍋爐平均每年配合使用sncr系統(tǒng)的量。 （32）式中， cfsncr sncr系統(tǒng)容量因子tsncr sncr系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，單位hsncr系統(tǒng)是隨鍋爐的運(yùn)行而運(yùn)行，鍋爐在冬季運(yùn)行時(shí)間長，夏季運(yùn)行時(shí)間短，綜合考慮，則： (3)鍋爐系統(tǒng)容量因子cfplant： （33）式中： cfplant

43、鍋爐的系統(tǒng)容量因子actua mfuel實(shí)際燃煤量，單位kg/hmaxmfuel最大燃煤量，單位kg/h。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，并不是滿負(fù)荷運(yùn)行，所以實(shí)際燃煤量要比滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)小，所以估計(jì)實(shí)際運(yùn)行的平均燃煤量為280000kg/h，則(4)sncr系統(tǒng)容量因子cfsncr （34）式中， cfsncrsncr系統(tǒng)容量因子tsncrsncr系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，單位hsncr系統(tǒng)是隨鍋爐的運(yùn)行而運(yùn)行，鍋爐在冬季運(yùn)行時(shí)間長，夏季運(yùn)行時(shí)間短，綜合考慮，則： (5)過路系統(tǒng)的整個(gè)系統(tǒng)容量因子cftotal （35） (6)nox去除率的計(jì)算 （36）式中， nox的去除率;-鍋爐煙氣中的nox的濃度，單位mg/m

44、3-鍋爐排放煙氣中的nox的濃度，單位mg/m3根據(jù)設(shè)計(jì)條件，得： (7)還原劑與nox的化學(xué)當(dāng)量比nsr （38） (8)還原劑與nox的實(shí)際化學(xué)計(jì)量比asr下圖(3-1)示出了nsr與nox 去除率的關(guān)系22，當(dāng)nsr大于1.5的時(shí)候，nox 的去除率變化不是很大，根據(jù)計(jì)算和下圖（3-1）示，調(diào)整nsr，取nsr=1.5。圖32 asr關(guān)系圖 （39）式中，srt噴入試劑中尿素溶液的當(dāng)量系數(shù)，當(dāng)還原劑為尿素溶液時(shí)，srt取1.0，則： (9)還原劑利用率u （310） (10)還原劑噴入量m （311）式中，m尿素的摩爾質(zhì)量，單位mol/kg；nox的摩爾質(zhì)量，這里用no的摩爾質(zhì)量，煙氣中

45、的氮氧化物只要形式是no，所以用no的摩爾質(zhì)量q鍋爐的煙氣量；單位m3/h得: (11)還原劑的體積流率v （312）式中，尿素的密度，單位g/cm3； 3.4 sncr的系統(tǒng)計(jì)算的小結(jié)通過對sncr系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，我們已經(jīng)得除了脫硝效率以及還原劑的逃逸率。這樣經(jīng)過sncr脫硝以后煙氣將進(jìn)入scr進(jìn)行第二次脫硝，而且在進(jìn)入scr后脫硝所使用的還原劑將絕大部分來源于sncr反應(yīng)中逃逸的還原劑。但是為了以防還原劑分布不均等原因，本次設(shè)計(jì)還將加設(shè)噴氨系統(tǒng)，如出現(xiàn)不均勻及其他特殊狀況即使進(jìn)行噴氨，以保證正常脫硝的進(jìn)行。3.5 scr的系統(tǒng)計(jì)算入口煙氣量約為q=200000nm3/h；nox濃度300m

46、g/m3煙氣入口溫度t=367.8，多數(shù)催化劑在此溫度范圍內(nèi)有足夠的活性。基本的設(shè)計(jì)計(jì)算：鍋爐的蒸汽量：260t/h鍋爐的煙氣量：200000nm3/h功率 bmw=60mw反應(yīng)器煙道入口處nox濃度 noxin=295mg/nm；反應(yīng)器煙道出口處nox濃度 noxout=75mg/nm；反應(yīng)摩爾比常數(shù) asr=0.803。3.5.1 scr反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算(1) nox去除率計(jì)算 (313) (2)煙氣流動(dòng)率的計(jì)算 （314） 式中，煙氣的流動(dòng)速率，ft3/min。（1 ft3=0.028m3）燃料體積流量，據(jù)資料褐煤的值為547ft3/minmmbtu/hrt入口處煙氣溫度，f（1）反應(yīng)器

47、預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)得： (3)反應(yīng)器數(shù)量計(jì)算 (315)式中， 反應(yīng)器個(gè)數(shù)得：(4)理論氨逃逸率得： （316）(5)理論催化劑體積計(jì)算 （317）式中，理論催化劑體積，ft3調(diào)整效率，得：調(diào)整氨逃逸率，得： 調(diào)整nox濃度，得： 調(diào)整硫含量，s煙氣中硫含量 ，mg/nm3，得： 調(diào)整溫度，f， 得： 得： (6)理論催化劑斷面面積計(jì)算得： （318）(7)反應(yīng)器斷面面積計(jì)算得： （319）設(shè)反應(yīng)器長l=3m，則：w反應(yīng)器寬，得： （320）催化劑層數(shù)計(jì)算，得： （321）取圓整層為3層。單層催化劑高度計(jì)算，得： （322）(8)反應(yīng)器催化層數(shù)計(jì)算 （323）式中， 催化劑總層數(shù) 預(yù)留催化劑層數(shù)，取1得

48、： 反應(yīng)器總高度計(jì)算，得：3.6 催化劑的選型催化劑是scr技術(shù)的核心。它們一般被做成板型和蜂窩型，并且組合成尺寸約為2x1x1m的模塊。許多化學(xué)反應(yīng)都發(fā)生在催化劑上。催化劑的壽命決定scr系統(tǒng)的運(yùn)行成本。催化劑的使用壽命取決于催化劑活性的衰減速度。催化劑的失活主要有催化劑中毒和物理影響兩個(gè)方面的原因。 （1）scr 反應(yīng)的催化劑發(fā)展的三個(gè)階段 第一階段是pt, rh 和pd 等貴金屬類的催化劑,通常以氧化鋁等整體式陶瓷作為載體, 是scr 反應(yīng)中最早使用的催化劑. 其特點(diǎn)是有較高的活性且反應(yīng)溫度較低, 但缺點(diǎn)是對nh3 有一定的氧化作用. 因此, 在八九十年代以后逐漸被金屬氧化物類催化劑所取

49、代, 目前僅應(yīng)用于低溫條件下以及天然氣燃燒后尾氣中nox的脫除. 第二階段是金屬氧化物類催化劑, 主要包括v2o5(wo3), fe2o3, cuo , crox ,mnox ,mgo ,moo3nio 等金屬氧化物或其聯(lián)合作用的混合物, 如水滑石中提取出來的co-mg-al, cu-mg-al 和cu-co-mg-al 等.通常以tio2,al2o3, zro2, sio2 和活性炭(ac) 等作為載體, 這些載體主要作用是提供大的比表面積的微孔結(jié)構(gòu), 在scr 反應(yīng)中所具有的活性極小. 當(dāng)采用這一類催化劑時(shí), 通常以氨或尿素作為還原劑. 反應(yīng)機(jī)理通常是氨吸附在催化劑的表面, 而nox的吸附

50、作用很小.當(dāng)采用活性炭作為載體的時(shí)候, 通常采用mn2o3,v2o5作為活性組分, 特點(diǎn)是其最佳反應(yīng)溫度通常比較低, 大約在100 200 之間, nox的最高轉(zhuǎn)化率能達(dá)到90% 以上. 載體的形式主要有活性炭顆粒、蜂窩陶瓷以及活性炭纖維. 當(dāng)采用sio2 和al2o3 或其混合物作為催化劑載體的時(shí)候, 脫硝活性通常不如使用tio2時(shí)候的高, 這主要?dú)w因于其比表面的差異以及對氨的氧化作用不同所造成的, 特別是硅基顆粒對氨的氧化作用比較強(qiáng). 當(dāng)使用zro2 作為載體的時(shí)候, 通常采用碳?xì)浠衔镒鳛檫€原劑, 且其擔(dān)載不同的金屬氧化物的時(shí)候其最佳活性溫度區(qū)間通常高于300. 第三階段是沸石分子篩型, scr 過程中應(yīng)用的沸石類催化劑主要是采用離子交換方法制成的金屬離子交換沸石. 通常采用碳?xì)浠衔锖桶弊鳛檫€原劑. 所采用的沸石類型主要包括y-沸石、zsm 系列、m f i和發(fā)光沸石(