除塵脫硝課程設計

遼寧科技學院本科生課程設計第學號：指導教師：說明書49頁，圖紙2張遼寧科技學院本科生課程設計第1頁摘要經(jīng)調查：煙氣脫硝在國內(nèi)外一直是一個非常棘手的難題。所以本設計采用選擇性催化劑還原煙氣脫硝技術（SCR）以及旋風除塵器脫硝除塵。SCR工藝采用垂直的催化劑反應塔與無水氨，從燃煤燃燒裝置及燃煤電廠的煙氣中除去氮氧化物（NOx）。具體為采用氨（NH3）作為反應劑，與鍋爐排出的煙氣混合后通過催化劑層，在催化劑層，在催化劑的作用下將NOx還原分解成無害的氮氣（N2）和水（H2O）。該工藝脫硝率可達90%以上，NH3逃逸低于5ppm，設備使用效率高，基本上無二次污染，是目前世界上先進的電站煙氣脫硝技術，在全球煙氣脫硝領域市場占有率高達98%。在機械除塵器之中，旋風除塵器是效率最高的一種，從技術、經(jīng)濟等諸多方面考慮，旋風除塵器壓力損失控制范圍一般在500-2000Pa。因此，它屬于中效除塵器，且可用于高溫煙氣的凈化，是應用廣泛的一種除塵器，多應用于鍋爐煙氣除塵、多級除塵以及預除塵。關鍵詞：除塵；旋風除塵器；煙氣脫硝；SCR；脫硝工藝AbstractAfterinvestigation:fluegasdenitrificationathomeandabroadhasbeenaverydifficultproblem.Therefore,thisdesignusesselectivecatalyticreductionfluegasdenitrificationtechnology(SCR)anddenitrificationcyclonedust.SCRprocessusingaverticalcolumnwithanhydrousammoniacatalystfromcoalfiredpowerplantsandcombustiondeviceremovingnitrogenoxidesinfluegas(NOx).Specificallytheuseofammonia(NH3)asareactant,mixedwiththeboilerfluegasdischargedafterpassingthroughthecatalystlayer,thecatalystlayer,intheroleofacatalystinthereductionofNOxintoharmlessnitrogen(N2)andwater(H2O).Theprocessdenitrificationrateofupto90%,NH3escapelessthan5ppm,high-efficiencyequipment,basicallynosecondarypollution,isanadvancedpowerplantfluegasdenitrificationtechnologyintheworld,theglobalmarketshareinthefieldoffluegasdenitrificationup98%.Amongthemechanicalfilter,acycloneisthehighestefficiencyfrommanyaspectstoconsidertechnical,economic,etc.,cyclonepressurelosscontrolrangeisgenerally500-2000Pa.Therefore,itbelongsintheefficiencyfilter,andcanbeusedinhightemperaturefluegaspurification,iswidelyusedasafilter,andmoreusedintheboilerfluedust,dust,andmulti-stagepre-dust.Keywords:Dust;Cyclone;Fluegasdenitrification;SCR;Denitrificationprocess目錄緒論 11概述 31.1設計任務書 31.1.1資料背景 31.1.2要求 31.1.3編制初步設計文件并提交。 31.1.4設計原始資料（經(jīng)計算） 31.2除塵器工藝方案的確定 42煙氣量、煙塵和氮氧化物濃度的計算 52.1標準狀態(tài)下的理論煙氣量 52.2標準狀態(tài)下的煙氣含塵濃度 53除塵器的選擇 73.1除塵器應達到的除塵效率 73.2除塵器的選擇 73.2.1工況下的煙氣流量 74管道系統(tǒng)的布置及設計計算 94.1各裝置及管道布置的原則 94.2管徑的確定 95煙囪的設計 105.1煙囪高度的確定 105.3煙囪的抽力 116系統(tǒng)阻力的計算 126.1摩擦壓力損失 126.2局部壓力損失 136.2.1除塵器入口前的管道 136.2.2除塵器出口至風機入口的管道 146.2.3T形三通管 147系統(tǒng)中煙氣溫度的變化 167.1煙氣在管道中的溫度降 167.2煙氣在煙囪中的溫度降 168風機及電動機的選擇和計算 188.1風機風量的計算 188.2風機風壓的計算 188.3電動機功率的計算 199SCR脫硝工藝 209.1SCR基本原理 209.2典型SCR系統(tǒng)組成 219.3SCR工藝流程 219.4SCR工藝系統(tǒng)布置分類 229.4.1高溫高塵布置 229.4.2高溫低塵布置 229.4.3低溫低塵布置 239.5催化劑 249.6還原劑原料 269.6.1液氨 269.6.2氨水 269.6.3尿素 269.7SCR反應器 279.8噴氨格柵 299.9吹灰器 309.10影響SCR脫硝性能的幾個關鍵因素 309.10.1催化劑 309.10.2反應溫度 319.10.3適當?shù)陌睔廨斎肓考芭c煙氣的均勻混合 3110SCR系統(tǒng)的設計與計算 3210.1項目執(zhí)行標準 3210.2原始參數(shù) 3210.3SCR反應器設計計算 3210.3.1SCR 3310.3.2塔的設計計算 3510.3.3催化劑的選型 3710.3.4噴氨系統(tǒng)噴射管設計 3810.3.5氨氣/煙氣靜態(tài)混合器 3810.3.6吹灰器設計 3911SCR輔助設備選型 4111.1供氨裝置 4111.1.1卸氨壓縮機 4111.1.2液氨儲罐 4211.1.3液氨蒸發(fā)器 4211.1.4氨氣緩沖罐 4411.1.5氨氣稀釋槽 4411.1.6氨/空氣混合器 4511.1.7廢水泵 4511.2液氨提升泵的選型 4511.3省煤器旁路 4611.4進出口煙道 4612結論與建議 4712.1結論 4712.2建議 47參考文獻 48緒論按照國際標準化組織（ISO）作出的定義，空氣污染：通常系指由于人類活動和自然過程引起某些物質介入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達到了足夠的時間，并因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境。大氣污染物的種類非常多，根據(jù)其存在狀態(tài)，可將其概括為兩大類：氣體狀態(tài)污染物和氣溶膠狀態(tài)污染物。隨著工業(yè)的發(fā)展，能源的消耗量逐步上升，大氣污染物的排放量相應增加。就現(xiàn)在我國的經(jīng)濟和技術發(fā)展水平及能源的結構來看，以煤炭為主要能源的狀況在人的生存每時每刻都離不開空氣，大氣的質量與人類的生存環(huán)境息息相關，所以對大氣的修復比較困難。雖然人們在大氣環(huán)境治理方面做了相當大量的工作，但目前的空氣質量仍然不盡人意，因此防止污染、改善空氣環(huán)境成為當今迫切的環(huán)境任務。燃煤鍋爐排放的二氧化硫嚴重的污染了我們賴以生存的環(huán)境。我國的大氣污染仍是以煤煙型為主，其中粉塵與酸雨危害最大。因此，凈化燃煤煙氣中的粉塵和氮氧化物是我國改善大氣的空氣質量和減少酸雨的關鍵性問題。粉塵的危害：粉塵的危害不僅取決于它的暴露濃度，還在很大程度上取決于它的組成成分、物理性質、化學性質、粒徑和生物的活性等等。粉塵的成分和物理化學性質是對人體危害的主要因素。有毒的金屬粉塵和非金屬粉塵（鉻、錳、鎬、鉛、汞、砷等）進入人體后，會引起中毒以致死亡。氮氧化物包括多種化合物，如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。氮氧化物中氧化亞氮（笑氣）作為吸入麻醉劑，不以工業(yè)毒物論；余者除二氧化氮外，遇光、濕或熱可產(chǎn)生二氧化氮，主要為二氧化氮的毒作用，主要損害深部呼吸道。一氧化氮尚可與血紅蛋白結合引起高鐵血紅蛋白血癥。人吸入二氧化氮1分鐘的MLC為200ppm。大氣控制的措施主要包括：嚴格的環(huán)境管理；以環(huán)境規(guī)劃為中心，實行綜合防治；制定大氣污染的技術政策；控制環(huán)境污染的經(jīng)濟政策；高煙囪擴散；綠化造林；安裝廢棄凈化裝置；加強環(huán)境科學研究，檢測和教育。據(jù)統(tǒng)計，我國目前約有30萬臺中小型燃煤工業(yè)鍋爐，耗煤量占全國原煤產(chǎn)量的1/3。而這些鍋爐中，大部分沒有安裝脫硫設備，致使許多地區(qū)酸雨頻頻發(fā)生，嚴重危害了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類健康。因此煙氣的脫硫是當前環(huán)境保護的一項重要工作。能擁有煙氣脫硫的除塵設備有很多，但要滿足運轉穩(wěn)定可靠，不影響生產(chǎn)的同時去除且壓力降較小等要求，以袋式除塵器和旋流板為宜。除塵設備：從氣體總去除或捕集固態(tài)或液態(tài)微粒的設備。旋風除塵器：對于捕集5~10μm以上的粉塵效率較高，其除塵效率可達80%以上，被廣泛地應用于化工、石油、冶金、建筑等工業(yè)部門。旋風除塵器結構簡單，除塵器本身無結構部件，不需特殊的附件設備，占地面積小，制造、安裝投資少。操作維護簡單，壓力損失中等，動力損耗不大，運轉、維護費用低。操作彈性較大，性能穩(wěn)定，不受含塵氣體的濃度、溫度的限制。碎玉粉塵的物理性質無特殊要求，同時可根據(jù)化工生產(chǎn)的不同要求，選用不同材料制成，或內(nèi)襯各種不同的耐磨、耐熱材料，以提高使用壽命。電除塵器：除塵器的除塵效率與電場強度、集塵板面積、煙氣流量、粉塵驅進速度，尤其是粉塵的導電性有關，電除塵器具有很高的除塵效率（可達99.99%），可捕集0.1μm以上的塵粒。它阻力小，運行費用低，處理煙氣量大，運行操作方便，可完全實現(xiàn)自動化。缺點是設備龐大，投資費用高。此外對制造、安裝質量要求較高。慣性除塵器：用于凈化密度和顆粒較大的金屬或礦物性粉塵時，具有較高的除塵效率65%~75%。對于粘結性和纖維性粉塵，則因易堵塞而不宜采用。由于凈化效率不高，一般只用于多級除塵中的第一級除塵，捕集10~20μm以上的粗塵粒。壓力損失一般為100~1000pa。袋式除塵器：一種干式高效除塵器，可凈化粒徑dp＞0.1μm的含塵氣體，除塵效率可達99%以上。它的阻力一般為1000~2000pa。另外，若除塵器阻力過高，還會使除塵系統(tǒng)的處理氣體量下降，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的排風效果。因此，除塵阻力達到一定數(shù)值后要及時清灰，清灰不能過分，即不應破壞粉塵初層，否則會引起除塵效率顯著下降。由于所用濾布受到溫度、腐蝕性等限制，只適用于凈化腐蝕性小，溫度低于300℃濕式除塵器：是應用最多的就是文丘里洗滌器除塵器，文丘里洗滌器的除塵效率一般在95%以上，它隨液滴直徑、喉管氣速的增加而增加。當液滴直徑比塵粒大50倍時，其除塵效率最高。這種除塵器結構簡單，除塵效率高，水滴還能吸收煙氣中的二氧化硫和三氧化硫。其缺點是阻力大，需要有污水處理裝置。1概述1.1設計任務書1.1.1資料背景根據(jù)本溪市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃，在開發(fā)區(qū)建設集中熱源廠，以滿足開發(fā)區(qū)企事業(yè)單位的供熱需求，熱源廠承擔該地區(qū)集中供熱的建設，根據(jù)供熱需求，集中供熱中心分三期建設，一期建造一座300t/h容量的鍋爐，安裝一臺29MW熱水鍋爐，二期安裝一臺58MW的熱水鍋爐，三期安裝兩臺58MW熱水鍋爐。所使用煤炭為山西出產(chǎn)的煙煤。1.1.2要求收集設計前期資料，確定煙氣產(chǎn)量及各項標準，設計煙氣除塵脫硝處理工藝，繪制工藝流程圖及總平面布置圖。1.1.3編制初步設計文件并提交。1.1.4設計原始資料（經(jīng)計算）設計耗煤量：2.85kg/s=1.26t/h排煙溫度：160煙氣密度（標準狀態(tài)下）：1.34kg/m3空氣過剩系數(shù)：α=1.4排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：16%煙氣在鍋爐出口前阻力：800Pa當?shù)卮髿鈮毫Γ?7.86Kpa冬季室外空氣溫度：-13空氣含水（標準狀態(tài)下）按0.01293kg/m3煙氣其他性質按空氣計算煤的工業(yè)分析值：CY=81.4%HY=5.6%SY=0.92%OY=10.6%NY=1.43%WY=6.92%按鍋爐大氣污染物排放標準（GB13271—2001）中二類區(qū)標準執(zhí)行。煙塵濃度排放標準（標準狀態(tài)下）：200mg/m3氮氧化物排放濃度（標準狀態(tài)下）：mg/m31.2除塵器工藝方案的確定本設計選用旋風除塵器。旋風除塵器是利用旋風氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置。它具有結構簡單、應用廣泛、種類繁多等優(yōu)點，雖然在除塵原理及結構性能方面的研究很多，但由于旋風除塵器內(nèi)氣流和粒子運動狀態(tài)復雜，準確測定較困難，至今理論研究仍不夠完善。旋風除塵器的優(yōu)點是結構簡單，造價便宜，體積小，無運動部件，操作維修方便，壓力損失中等，動力消耗不大；缺點是除塵效率不高，對于流量變化大的含塵氣體性能較差。在機械除塵器之中，旋風除塵器是效率最高的一種，從技術、經(jīng)濟等諸多方面考慮，旋風除塵器壓力損失控制范圍一般在500-2000Pa。因此，它屬于中效除塵器，且可用于高溫煙氣的凈化，是應用廣泛的一種除塵器，多應用于鍋爐煙氣除塵、多級除塵以及預除塵。工藝流程圖：2煙氣量、煙塵和氮氧化物濃度的計算2.1標準狀態(tài)下的理論煙氣量建立煤燃燒的假定：1.煤中固定氧可用于燃燒；2.煤中氮主要被氧化為NOx；3.不考慮SO2的生成。山西無煙煤的熱值Qdw=26377kJ/kg,設計熱效率為45%。則電廠的煤炭消耗量為：。以完全燃燒1kg為基準，計算各組分的摩爾數(shù)、需氧量和產(chǎn)生煙氣量如下：組分/mol質量/g摩爾數(shù)/mol需氧量/mol燃燒后煙氣量C81467.8367.8367.83（CO2）H56561428（H2O）O1066.63-3.320N14.31.0200.51（N2）S9.20.290.290.29（SO2）因此，燃燒1kg煙煤需要的理論氧氣量為：（67.83+14-3.32+0.29）mol=78.8mol。需要的實際空氣量為：78.8×（1+3.78）×1.4=527.33mol產(chǎn)生的煙氣量為：（67.83+28+0.51+0.29）+527.33-78.8=545.16mol總共產(chǎn)生的煙氣量為：2.85×545.16=1553.71mol/s=1533.71×22.4=34803L/s=m3/h。NOx的實際排放量為：0.0143×2.85×0.85=0.035kg/s實際NOx排放濃度為：2.2標準狀態(tài)下的煙氣含塵濃度標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度為：式中：——排煙中飛灰占煤中不可燃成分的質量分數(shù)，16%；——煤中不可燃成分的含量，15%；——標準狀態(tài)下實際煙氣量，m3/kg。結果為：C=0.00234（kg/m3）=2340（mg/m3）3除塵器的選擇3.1除塵器應達到的除塵效率式中：C—標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度，mg/m3；—標準狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標準中規(guī)定值，mg/m3。結果為：3.2除塵器的選擇根據(jù)煙塵的粒徑分布或種類、工況下的煙氣量、煙氣溫度及要求達到的除塵效率確定除塵器的種類、型號和規(guī)格。然后確定除塵器的運行參數(shù)，如氣流速度、壓力損失、捕集粉塵量等。3.2.1工況下的煙氣流量工況下的煙氣流量為：式中：Q——標準狀態(tài)下的煙氣流量，m3/h；T'——工況下煙氣溫度，K；T——標準狀態(tài)下溫度，273K。結果為：則煙氣的流速為：根據(jù)工況下的煙氣量、煙氣的溫度以及要求達到的除塵效率來確定除塵器，查閱相關資料，選擇XLD-4型陶瓷多管式旋風除塵器。產(chǎn)品的性能如下表3.1和3.2。表3.1XLD-4型陶瓷多管旋風除塵器產(chǎn)品性能型號配套鍋爐容量處理煙氣量除塵效率/%設備阻力/Pa分割粒徑質量/kgXLD-441200092-95932-11283.06-3.32369表3.2XLD-4型陶瓷多管旋風除塵器的外型結構尺寸ABCDEFGHMN14001400300503501000298544607004235圖3.1XLD-4型陶瓷多管旋風除塵器外型結構尺寸4管道系統(tǒng)的布置及設計計算4.1各裝置及管道布置的原則根據(jù)鍋爐運行情況和鍋爐房現(xiàn)場的實際情況確定各裝置的位置。一旦確定了各裝置的位置，管道的布置也就基本可以確定了。對各裝置及管道的布置應力求簡單、緊湊，管路短，占地面積小，并使安裝、操作和檢修方便。4.2管徑的確定管道直徑：式中：Q——工況下管道內(nèi)煙氣流量，m3/s；v——煙氣流速m/s(對于鍋爐煙塵v=10-15m/s)，取v=14m/s。結果為：圓整并選取風道：表4.1風道直徑規(guī)格表外徑D/mm鋼制板風管外徑允許偏差/mm壁厚/mm500±10.75內(nèi)徑：則由公式4.1可算出實際煙氣流速：結果為：13.9m/s5煙囪的設計5.1煙囪高度的確定首先確定共用一個煙囪的所有鍋爐的總的蒸發(fā)量（t/h），然后根據(jù)鍋爐大氣污染物排放標準中的規(guī)定確定煙囪的高度。表5.1鍋爐煙囪高度表鍋爐總額定出力（t/h）小于11~22~66~1010~2020~35煙囪最低（高度/m）202530354045已知每臺鍋爐的額定出力為4t/h，則鍋爐總額定出力為4×3=12（t/h），故選取的煙囪高度為40m。5.2煙囪直徑的計算

煙囪出口的直徑可按下式計算：（m)式中：Q—通過煙囪的總煙氣量，m3/h；V—按下表5.2選取的煙囪出口煙氣流速，m/s。表5.2煙囪出口煙氣流速通風方式運行情況全負荷時最小負荷機械通風10~204~5自然通風6~102.5~3代入，結果為：圓整取煙囪底部直徑：d1=d2+2iH(m)式中：d2—煙囪出口直徑，m；H—煙囪高度，m；i—煙囪錐度，通常取i=0.02~0.03。代入d2=1.0m，H=40m，i=0.03結果為：5.3煙囪的抽力式中：H—煙囪高度，m；—外界空氣溫度，℃；—煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，℃；B—當?shù)卮髿鈮海琍a。代入H=40m，=-13℃，=177℃，B=97.86KPa=97680Pa結果為：6系統(tǒng)阻力的計算6.1摩擦壓力損失（1）對于圓管：式中：L—管道長度，m；d—管道直徑，m；—煙氣密度，kg/m3；—管中氣流平均速率，m/s；—摩擦阻力系數(shù)，是氣體雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度的函數(shù)。可以查手冊得到（實際中對金屬管道值可取0.02，對磚砌或混凝土管道值可取0.04）。對于直徑500m的圓管：根據(jù)公式6.1得：（2）對于磚砌拱形煙道：式中：S—煙道的面積，；D—直徑，；B—拱形兩內(nèi)柱的距離，。其中D=500mm，計算B=450mm。6.2局部壓力損失式中：—異型管件的局部阻力系數(shù)，可在相關手冊中查到；—與相對應的斷面平均氣流速率，；—煙氣密度，。6.2.1除塵器入口前的管道除塵器入口前的管道分為三部分，第一部分為一個漸縮管，由600mm管徑縮至500mm?！鏁r，取=45℃，結果為：漸縮管長度：除塵器入口前的管道中的第二部分為30℃的Z形彎頭。彎頭高度：（m）取查資料得結果為：則：除塵器入口前的管道中的第三部分為一個漸擴管。取，則結果為：漸擴管長度：6.2.2除塵器出口至風機入口的管道除塵器出口至風機入口處的管道為一個Z字形，分為三部分，上半部分是一個漸縮管?！?，，故取，結果為：漸縮管長度L同上述漸擴管長度一樣，L=0.07m。除塵器出口至風機入口管道的中間部分和下部各為一個90°彎頭。D=500m，取R=D，則。結果為：兩個彎頭則為：6.2.3T形三通管，則：對于T形合流三通，，則：所以，系統(tǒng)的總阻力（其中鍋爐出口前阻力為932Pa，除塵器阻力為1128Pa）為：7系統(tǒng)中煙氣溫度的變化當煙氣管道較長時，必須考慮煙氣溫度的降低。除塵器、風機、煙囪的煙氣流量應按各點的溫度計算。7.1煙氣在管道中的溫度降式中：—標準狀態(tài)下煙氣流量，m3/h；F—管道散熱面積，m2；CV—標準狀態(tài)下煙氣平均比熱容（一般為1.352~1.357kJ/m3℃）；q—管道單位面積散熱損失。室內(nèi)q=4187kJ/(m2h)室外q=5443kJ/(m2h)室內(nèi)管道長：室外管道長：所以，由公式7.1得：℃7.2煙氣在煙囪中的溫度降式中：H—煙囪高度，m；D—合用同一煙囪的所有鍋爐額定蒸發(fā)量之和，t/h；A—溫降系數(shù)，可由下表查得。表7.1煙囪溫降系數(shù)煙囪種類鋼煙囪（無襯筒）鋼煙囪（有襯筒）磚煙囪（小于50m）壁厚小于0.5m磚煙囪壁厚大于0.5mA20.80.40.2由公式7.2得：℃則，總溫度降為：℃8風機及電動機的選擇和計算8.1風機風量的計算式中：1.1—風量備用系數(shù)；—風機前標準狀態(tài)下風量，m3/h；—風機前煙氣溫度，℃，若管道不太長，可以近似取鍋爐排煙溫度；B—當?shù)卮髿鈮毫Γ琸Pa。結果為：8.2風機風壓的計算式中：1.2—風壓備用系數(shù)；—系統(tǒng)前總阻力，Pa；—煙囪抽力，Pa；—風機前煙氣溫度，℃；—風機性能表中給出的試驗用氣體溫度，℃；。—標準狀況下煙氣密度，1.34kg/m3；結果為：根據(jù)和選定風機，查閱資料得出：選用Y5-47Ⅱ型N0.7c的引風機，Y5-47Ⅱ型引風機是在原有的該型號引風機性能基礎上改進的產(chǎn)品，該引風機最佳工況點的全壓內(nèi)效率為85.6%，與原來的性能相比較，由于進行了一系列的改進，使噪聲值有顯著降低，噪聲指標為12.5dB。其性能如下表。表8.1引風機性能表機號傳動方式轉速/(r/min)流量/全壓/Pa內(nèi)效率/%內(nèi)功率/kw所需功率/kwC式23201166330307912.4217.008.3電動機功率的計算式中：—風機風量，m3/h；—風機風壓，Pa；—風機在全壓頭時的效率（一般風機為0.6，高效風機約為0.9）；—機械傳動效率，當風機與電機直聯(lián)傳動時=1，用聯(lián)軸器連接時=0.95~0.98，用V形帶傳動時=0.95；—電動機備用系數(shù)，對引風機，=1.3。結果為：根據(jù)電動機功率、風機的轉速、傳動方式選定Y180M-2型電動機，功率為22Kw，符合設備運行的要求。9SCR脫硝工藝9.1SCR基本原理選擇性催化還原（SCR）脫硝原理是在一定的溫度和催化劑的作用下，還原劑有選擇地把煙氣中的NOx還原為無毒無污染的N2和H2O。催化的作用是降低分解反應的活化能，使其反應溫度降低至150～450℃之間。因為電廠實際使用的溫度范圍是290℃～430℃，若無催化劑，反應溫度較高（980℃左右），超出了電廠溫度范圍。還原劑有氨水、液氨及尿素，工業(yè)上常應用的是液氨，其次是尿素。以氨為還原劑的SCR反應如下。主反應方程式：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2ONO+2NO2+2NH3→2N2+3H2O6NO+4NH3→5N2+6H2O6NO2+8NH3→2N2+6H2O副反應方程式：4NH3+3O2→2N2+6H2O2NH3→N2+3H24NH3+3O2→4NO+6H2O2SO2+O2→2SO3NH3+SO3+H2O→NH3HSO42NH3+SO3+H2O→(NH4)SO4其中第一步反應為主要反應，因為煙氣中的幾乎95%的NOX均是以NO的形式存在。在反應過程中，NH3可以選擇性地和NOX反應生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，其基本原理如圖9-1所示。圖9-1SCR基本反應原理9.2典型SCR系統(tǒng)組成煙氣脫硝系統(tǒng)由還原劑的制備系統(tǒng)和脫硝反應系統(tǒng)兩部分組成，見圖9-2。脫硝反應系統(tǒng)有SCR催化反應器、噴氨系統(tǒng)、稀釋空氣供應系統(tǒng)所組成。液氨存儲和供應系統(tǒng)有液氨卸料壓縮機、液氨儲槽、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽、氨氣稀釋槽、廢水泵和廢水池等。圖9-2SCR脫硝系統(tǒng)組成9.3SCR工藝流程典型的SCR主要工藝流程為：還原劑即液氨用灌裝卡車運輸，以液體形態(tài)儲存于氨罐中，液態(tài)氨在注入SCR系統(tǒng)煙氣之前經(jīng)由蒸發(fā)器蒸發(fā)汽化；汽化的氨和稀釋空氣混合，通過噴氨格柵噴入SCR反應器上游的煙氣中；充分混合后的還原劑和煙氣在SCR反應器中催化劑的作用下發(fā)生反應，以達到去除NOX的目的。SCR的基本操作運行主要包含以下幾個步驟：（1）氨的準備與儲存；（2）氨的蒸發(fā)并與預混空氣相混合；（3）氨與空氣的混合氣體在反應器的適當位置噴入煙氣系統(tǒng)中，其位置通常在反應器入口附近的煙氣管路內(nèi)；（4）噴入的混合氣體與煙氣的混合；（5）各反應物向催化劑表面的擴散并進行反應。9.4SCR工藝系統(tǒng)布置分類根據(jù)SCR反應器工作環(huán)境，如溫度、粉塵濃度的不同，主要有高塵、低塵和尾部布置方式。9.4.1高溫高塵布置該布置方式中SCR反應器在省煤器的下游、空氣預熱器和除塵裝置的上游、煙氣溫度約為350℃的位置。SCR高溫高塵布置工藝系統(tǒng)見圖9圖9-3高溫高塵布置這種布置的優(yōu)點是進入反應器的煙氣溫度達到280℃～420（1）飛灰含有Na、K、Ca、Si、As等，使催化劑中毒，受污染；（2）催化劑受飛灰磨損；（3）飛灰是催化劑通道堵塞；（4）煙氣溫度降低，NH3和SO3反應生成(NH3)SO4，使反應器通道和下游的空氣預熱器堵塞。為了盡可能延長催化劑的使用壽命，除了應選擇合適的催化劑外，還要使反應器通道有足夠的空間以防堵塞，同時要有防腐和防磨的措施。9.4.2高溫低塵布置當靜電除塵器布置在空氣預熱器的上游時，通常使用低塵SCR系統(tǒng)。如圖9-4所示。低塵SCR系統(tǒng)較高塵SCR系統(tǒng)具有更低的成本。圖9-4高溫低沉布置高溫低塵布置的優(yōu)點：（1）煙氣經(jīng)靜電除塵器后，粉塵濃度降低，可延長催化劑的壽命；（2）獨立存在，不影響鍋爐的正常運行；（3）氨泄漏量與高溫高塵布置方式的相比要少。缺點：（1）煙氣通過靜電除塵器后，溫度會下降；（2）煙氣含大量的SO2，催化劑使部分SO2轉化為SO3，與泄漏的氨生成具很強腐蝕性的硫酸銨鹽；（3）國內(nèi)運用經(jīng)驗很少，可供參考的工程實例也少。9.4.3低溫低塵布置這種布置方式通常將SCR反應器布置在所有的氣體排放控制設備之后，此時的煙氣經(jīng)前面的氣體控制設備，已經(jīng)除去了絕大多數(shù)對催化劑有害的成分。SCR低溫低塵布置工藝系統(tǒng)如圖9-5所示。低溫低塵布置的優(yōu)點：（1）煙氣經(jīng)過了除塵脫硫，可采用更大的流速，使催化劑消耗量減少；（2）氨逃逸量與其它布置方式相比是最少的；（3）不會產(chǎn)生SO3，防止二次污染。缺點：（1）煙氣經(jīng)除塵脫硫后，溫度降低，低于氨還原NOX反應所需的溫度，需要重新加熱，增加投資和運行成本；（2）很難找到符合反應條件的催化劑。圖9-5低溫低塵布置綜上所述，由于高溫高塵工藝布置是目前應用最為廣泛的一種。在SCR市場中，其占有絕對的優(yōu)勢，國內(nèi)的脫硝系統(tǒng)幾乎采用這種布置方式。以下的設計中采用高溫高塵布置方式。9.5催化劑選擇優(yōu)良的催化劑是SCR技術的關鍵。催化劑有貴金屬和普通金屬，貴金屬易與硫氧化物反應，又昂貴，工程中不建議采用。常用的金屬基催化劑含有氧化礬（V2O5）、氧化鈦(TiO2)等，其中V2O5的活性好、表面呈酸性，容易將堿性的NH3捕捉到催化劑表面，其特定的氧化優(yōu)勢有利于將氨和NOX轉化為氨水和水，并且工作溫度較低(350℃～450℃)，能在富氧環(huán)境下工作，抗中毒能力較強，可負載于Al2O3、SiO2等氧化物中。電廠所用的V2O5催化劑大都是負載在銳鈦礦晶型TiO2上的釩氧化物，輔以鎢與鉬為助催化劑，一般做成蜂窩形狀或敷于陶瓷介質上。以下對催化劑的種類進行介紹：按溫度分類，可分為三類：高溫催化劑，345℃~590℃；中溫催化劑，260℃~380℃；低溫催化劑，80℃~300℃。目前，國內(nèi)外SCR系統(tǒng)大多采用高溫催化劑，反應溫度在280℃~420℃之間。按原材料分類，有三種類型：貴金屬型、金屬氧化物型和離子交換的沸石分子篩型。第一類催化劑主要Pt-Rh和Pd貴金屬類催化劑，通常以氧化鋁等整體式陶瓷作為載體。早期設計的SCR系統(tǒng)中多采用此類催化劑，其對SCR反應有較高的活性，且反應溫度較低，缺點是是對NH3有一定的氧化作用。目前僅應用于低溫條件下以及天然氣燃燒后NOX的脫除。第二類的金屬氧化物類催化劑，廣泛應用的SCR催化劑大多是以二氧化鈦為載體，以V2O5或V2O5-WO3、V2O5-MoO3為活性成分；其次是氧化鐵基催化劑，以Fe2O3為基礎，添加CrOx、Al2O3、ZrO2、SiO2及微量的MnOx、CaO等組成，這種催化劑活性較氧化鈦基催化劑要低40%。通常催化劑載體主要作用是提供具有大的比表面積的微孔結構，在SCR反應中所具有的活性極小。當采用第二類催化劑時，通常以氨或尿素作為還原劑。反應機理通常是氨吸附在催化劑的表面，而NO的吸附作用很小，在這一類催化劑中，以具有銳鈦礦結構的TiO2為載體，銳鈦礦作為主要活性成分的催化劑在工程中應用最為廣泛，其技術發(fā)展也最為成熟，其活性唯獨區(qū)間為300℃~400℃。在這類催化劑中通常還加入WO3和MoO3，其主要作用是增加催化劑的活性和熱穩(wěn)定性，防止銳鈦礦的燒結和比表面積喪失。另外WO3和MoO3的加入能和SO3競爭TiO2表面的堿性位，并代替它，從而限制其硫酸鹽化。在催化劑的制備過程中還加入玻璃絲、玻璃粉、硅膠等以增加強度，減少開裂，并加聚乙烯、淀粉、石蠟等有機化合物作為成型黏結劑。第三類是沸石分子篩型，主要是采用離子交換方法制成的金屬離子交換沸石。通常采用碳氫化合物作為還原劑。所采用的沸石類型主要包括Y-沸石、ZSM系列、MFI、MOR等，特別是Cu-ZSM-5，國外學者對其研究較多。這一類催化劑的特點是具有活性的溫度區(qū)間較高，最高可達到600℃。同時，這類催化劑也是目前國外學者研究的中點，但是工業(yè)應用方面還不多。目前用于SCR中的催化劑主要有3種類型：蜂窩式、板式及其它形式。蜂窩式催化劑采用二氧化鈦作骨架材料，將V2O5和TiO2混合后擠壓成型，經(jīng)干燥、燒結后裁切裝配而成，市場份額約60%～70%。主要供應商：美國的Cormetech，歐洲的Argrillon、KWH，日本的Sakai、shokubai，韓國的SK等。蜂窩式催化劑具有模塊化、相對質量比較輕長度易于控制、比表面積大、回收利用率高等優(yōu)點。蜂窩式催化劑如圖9-6所示。圖9-6蜂窩式催化劑板式催化劑采用金屬板作為基材，浸漬催化劑后燒結成型，市場份額占20%～30%；其它如波紋式催化劑采用玻璃纖維板或陶瓷板作為基材，浸漬催化劑后燒結成型，市場份額占5%左右。主要供應商有德國的Argillon和日本的BHK等。具有對煙氣高的高塵環(huán)境適應力強的優(yōu)點，但比表面積小，相對壓降大。波紋狀催化劑的制作是采用玻璃纖維板或陶瓷板作為基材浸漬燒結成型。主要供應商有丹麥的HaldorTopsoe和日本的HitachiZosen，板式、波紋式催化劑如圖9-7所示。圖9-7左為板式催化劑右為波紋式催化劑通過比較板式和蜂窩式催化劑的性能（見表9-2），發(fā)現(xiàn)蜂窩式催化劑測定性能高于板式催化劑。表9-2板式與蜂窩式催化劑比較項目板式蜂窩式抗堵塞性能★★★★★★抗粉塵沖刷性能★★★★★★★壓力損失★★★★★★★★☆脫硝效率★★★★★★★★★☆比表面積★★★★★★★★吹灰器頻率★★★★★★抗熱沖擊★★★★★★★★SO2轉化率★★★★★★★注：★代表星級9.6還原劑原料9.6.1液氨常溫下，無水氨（又稱液氨）是無色氣體，有刺激性惡臭，通常以加壓液化氣的方式儲存，液氨的合格品含量不低于99.6%，轉化為氣態(tài)時會膨脹850倍。由于氨是B2類（高毒性、燃燒性）物質，氨氣在其與空氣混合物中的濃度為15%~28%，遇到明火會燃燒和爆炸；泄漏時，會對人身安全造成相當程度的危害。因此，在交通運輸及SCR系統(tǒng)現(xiàn)場使用過程中，都需要采取相應的安全措施。9.6.2氨水用于燃煤電站SCR煙氣脫硝的還原劑—氨水，采用的濃度為20%~30%之間，相對比較安全，但由于運輸?shù)捏w積較大，運輸?shù)某杀鞠鄬^高。氨水呈弱堿性和強防腐性，對人體有害，在空氣中達到一定的濃度時，也有爆炸的危險。9.6.3尿素與無水氨和氨水相比，尿素是無毒、無害的化學品，為白色或淺黃色的結晶體，吸濕性較強，易溶于水。由于尿素需要水解或熱解才能得到氨蒸氣，在轉化為氨氣的同時伴隨著H2O、CO2等副產(chǎn)物的產(chǎn)生。為防止工藝過程中水蒸氣的凝結和高防腐性的氨基甲酸銨的形成，相關的設備和管道都需要采用不銹鋼材質，同時還需設置伴熱措施。因此，其工藝系統(tǒng)相對比較復雜，設備和運行費用都較高；此外，國內(nèi)尚無商業(yè)化尿素分解制氨技術，全套需要進口。綜上所述，通過表9-3所列數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，在以上三種的還原劑原料中，液氨法的投資、運輸和使用成本為三者最低，但此法在運輸和使用過程中需要嚴格執(zhí)行相關的安全規(guī)定，具有一定的危險性和安全隱患；氨水的質量百分比一般為20%~30%，較液氨安全，但運輸體積大，運輸成本較液氨高；尿素是一種顆粒狀的農(nóng)業(yè)肥料，安全無害，但其具有治安系統(tǒng)復雜、設備占地大、初投資大等問題。表9-3三種SCR還原劑的技術比較項目液氨氨水尿素反應劑費用便宜較貴最貴生成1kg氨氣需要的原料量1.01kg（99%氨）4kg（25%氨）1.76kg運輸費用便宜貴便宜安全性有毒有害無害存儲條件高壓常壓常壓，干態(tài)儲存方式儲罐，液態(tài)儲罐，液態(tài)料倉，微粒狀初投資費用便宜貴貴運行費用便宜貴貴需要熱量蒸發(fā)液氨需要高熱量蒸發(fā)、蒸餾水和氨需要高熱量水解尿素和蒸發(fā)氨設備安全要求有法律規(guī)定需要基本不需要9.7SCR反應器SCR反應器是還原劑和煙氣中的NOX發(fā)生催化還原反應的場所，通常由帶有加固肋的碳鋼制塔體、煙氣進出口、催化劑放置層、人孔門、導流葉片及必要的連接件等組成。反應器是煙氣脫硝最核心的設備，催化劑以單元模塊形式疊放在若干層托架上，布置在反應器之中。目前催化劑的各層托架以及反應器殼體都連為一個整體，層間距固定，采用下部支承方式，各層催化劑的質量最后全部向下落在反應器外的框架梁上。如圖9-8所示，在SCR反應器殼體的設計中，要考慮良好的NOX/NH3混合和速度的均布,以保證脫硝效率。反應器殼體通常采用標準的板箱式結構，輔以各種加強筋和支撐構件來滿足防震、承載催化劑、密封、承受荷載和抵抗應力的要求，并且實現(xiàn)與外界的隔熱。圖9-8SCR系統(tǒng)流程圖為了克服常規(guī)反應器結構帶來的熱應力大、催化劑安裝更換困難、清灰效果不好的問題，開發(fā)了一種懸吊式的SCR反應器。反應器由相互獨立的反應器殼體和固定在立柱上的頂部橫梁兩部分所組成。反應器殼體內(nèi)部設有若干層催化劑托架，并分別與若干對螺紋吊桿的下端相接，螺紋吊桿的上端穿出反應器殼體懸吊在反應器頂部的上梁上，各層催化劑托架的位置可以上下調節(jié)。頂部的橫梁分上下兩層：上層為上梁，豎向可自由移動；下層為下梁，固定不動，起輔助支撐和定位作用。每根梯形螺紋吊桿均通過兩個螺母吊在上梁和下梁上，固定在上梁上的螺母為主螺母，通過推力軸承支撐在上梁上，擰轉主螺母可以使吊桿上下移動；固定在下梁上的螺母為輔助螺母，該輔助螺母起輔助承重和定位的作用；梯形螺紋吊桿底端與催化劑托架采用絞接方式。懸吊式煙氣脫硝反應器的結構如圖9-9所示。圖9-9懸吊式煙氣脫硝反應器的結構1-反應器殼體；2-螺紋吊桿；3-主螺母；4-推力軸承；5-輔助螺母；6-立柱；7-上梁；8-下梁；9-催化劑托架SCR反應器通常布置在鍋爐省煤器出口與空氣預熱器入口之間，離開鍋爐省煤器的熱煙氣在進入SCR反應器前，在遠離SCR反應器的上游煙道中噴入氨，使氨與煙氣充分均勻混合后進入反應器。氨在反應器中催化劑的作用下，在有氧氣的條件下選擇性地與煙氣中的NOX發(fā)生化學反應，將NOX轉換成無害的氮氣和水蒸氣。一個高效的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)不僅需要對催化劑進行詳細的優(yōu)化設計，而且需要對供氨與噴氨系統(tǒng)、煙氣管道及控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，使SCR系統(tǒng)實現(xiàn)最佳運行狀態(tài)，脫硝效率達到90%以上，并使氨逃逸量控制在(2～3)×10-6以內(nèi)。為了使SCR脫硝效率達到最高，同時使氨逃逸量控制在最低水平，其技術關鍵是如何精確控制與調節(jié)SCR反應塔入口煙氣中NH3/NOx摩爾比的分布、煙氣速度分布以及煙氣溫度分布這3個重要參數(shù)，使其實現(xiàn)均勻分布。當SCR反應器布置在省煤器與空氣預熱器之間時，為使SCR催化劑在最佳工作溫度范圍內(nèi)運行，通常設置省煤器煙氣旁路來調節(jié)SCR入口煙氣溫度。9.8噴氨格柵采用液氨作為還原劑時，在噴入煙氣管道前需采用熱水或蒸汽對液氨進行蒸發(fā)。氨被蒸發(fā)為氨氣后，通常從送風機出口抽取一小部分冷空氣作為稀釋風，對其進行稀釋混合，形成濃度均勻的氨與空氣的混合物，通過布置在煙道中的網(wǎng)格狀氨噴嘴均勻噴入SCR反應器前的煙氣管道，如圖9-10所示。圖9-10噴氨格柵原理圖目前SCR系統(tǒng)普遍采用的是噴氨格柵的方法，即將煙道截面分成20～50個大小不同的控制區(qū)域，每個區(qū)域有若干個噴射孔，每個分區(qū)的流量單獨可調，以匹配煙氣中NOX的濃度分布。噴氨部位的選取同NH3/NOx摩爾比一樣重要。加氨部位應在NOX濃度及煙氣流速分布均勻的地方。加氨量是根據(jù)SCR入口NOX濃度和允許的NOX排放濃度，通過反饋信號來修正噴氨量，實際運行中通常將NH3/NOx摩爾比控制在0.75～1.00。9.9吹灰器燃煤機組的煙氣中飛灰含量較高，通常在SCR反應器中安裝吹灰器，以除去覆蓋在催化劑活性表面及堵塞氣流通道的顆粒物。還能保持空氣預熱器通道暢通，降低系統(tǒng)壓降。反應器內(nèi)安裝的吹灰器一般為蒸汽吹灰器或聲波吹灰器。蒸汽吹灰器通常為可伸縮的耙形結構，采用蒸汽或空氣吹掃，每層催化器上面都設置吹灰器，各層吹灰器吹掃時間錯開。每個吹灰器上安裝有密封風機，向反應器內(nèi)鼓入少量壓力稍高的空氣，可避免煙氣進入吹灰器。聲波吹灰器也逐漸得到應用，如圖9-11所示，聲波清灰器釋放聲波，產(chǎn)生振動，使堆積在催化轉換器表面的粉塵松脫，這樣氣流就可將粉塵帶走。一般最上面一層吹灰器以20°角傾斜向下安裝，其他層的吹灰器水平布置，主要是考慮兩層之間的間距較小，聲波可以在此空間內(nèi)多次反射，形成良好的聲場，有效地利用聲能，除了可以吹掃下層的催化劑，還可以對上層催化劑的底部進行吹掃。圖9-11聲波吹灰器9.10影響SCR脫硝性能的幾個關鍵因素9.10.1催化劑催化劑是SCR系統(tǒng)中的主要部分，其成分組成、結構、壽命及相關參數(shù)直接影響SCR系統(tǒng)的脫硝效率及運行狀況。在相同條件下，反應器中催化劑體積越大，NO的脫除率越高，同時氨的逃逸量也越少，但SCR工藝的費用也會增加。催化劑的體積也取決于催化劑的使用壽命，因為催化劑的壽命受很多不利因素的影響，比如中毒和固體物的沉積等。催化劑的投資成本約占項目總投資的50%。因此催化劑的性能在SCR系統(tǒng)中是很關鍵的因素。要求催化劑具有以下幾個條件：（1）在較低的溫度下和較寬的溫度范圍內(nèi)，具有較高的活性；（2）具有較高的選擇性；（3）具有較高的抗化學性能；（5）在較大的溫度波動下，有較好的熱穩(wěn)定性；（6）壓力損失低，使用壽命長。9.10.2反應溫度反應溫度不僅決定反應物的反應速度，也決定了催化劑的反應活性。煙氣溫度低于催化劑的反應溫度時，氨分子與SO3和H2O反應生成NH3HSO4和(NH4)SO4，減少了與NOx的反應。而且生成物附著在催化劑的表面，容易引起積灰污染進而堵塞催化劑的通道和微孔，降低催化劑的活性和脫硝效率。煙氣溫度高于催化劑反應溫度時，催化劑通道與微孔將發(fā)生變形，導致有效通道和面積的減少，加速催化劑的老化。另外，溫度過高還會使NH3直接轉化為NOx。一般的SCR系統(tǒng)溫度大多設定在300℃~400℃之間。9.10.3適當?shù)陌睔廨斎肓考芭c煙氣的均勻混合NH3輸入量必須既保證SCR系統(tǒng)的脫硝效率，也要保證較低的氨逃逸率。只有氣流在反應器中速度分布均勻以及流動方向調整得當，NOX的轉化率、氨的逃逸率和催化劑的壽命才能得以保證。采用合理的噴氨格柵，并為氨和煙氣提供足夠長的混合煙道，是使氨和煙氣混合均勻的有效措施，這樣可以避免由于氨和煙氣的混合不均勻而引起的一系列問題。10SCR系統(tǒng)的設計與計算10.1項目執(zhí)行標準（1）《火電廠大氣污染物排放標準》GB13223-2003（2）《大氣污染物綜合排放標準》GB16297-1998（3）《火電廠煙氣脫硝工程技術規(guī)范——選擇性催化還原法》HJ562-201010.2原始參數(shù)處理氣量：Q=1.25×105m3/h；煙氣溫度：t=400℃；進口濃度：NOXin=109.92mg/m3；出口濃度：NOXout≤20mg/m3。10.3SCR反應器設計計算每臺鍋爐設置1臺SCR反應器，則單個反應器煙氣流量：Q=1.25×105NOX去除率：理論氨逃逸率：式中：ASR—NH3與NOX的化學摩爾比，典型的SCR系統(tǒng)中值大約取1.05。10.3.1SCR反應器尺寸計算1.催化劑橫截面積式中：Q——鍋爐煙氣流量，m3/h；v——典型的流經(jīng)催化劑表面的速度，m/s，通常取5m/s；3600——單位換算系數(shù)。2.SCR反應器橫截面積考慮催化劑模塊幾何形狀及其它方面，SCR反應器橫截面積約比催化劑橫截面積大15%。則SCR反應器橫截面積式中：Acatalyst——催化劑橫截面積，m2設反應器長l=3m，則反應器寬3.催化劑體積式中：Q——鍋爐煙氣流量，m3/h；——脫硝率；ASR——NH3與NOX的化學摩爾比，典型的SCR系統(tǒng)中值大約取1.05；K——催化劑活性常數(shù)，取廠商經(jīng)驗值；A——催化劑比表面積，由廠商提供。4．催化劑層數(shù)估算式中：V——催化劑體積，m3；——典型的催化劑額定高度約為1m；A——催化劑橫截面積，m2。n取值為25．催化劑總層數(shù)式中：——估算的催化劑層數(shù)；——將來再安裝的備用催化劑層數(shù)，取值1。6．SCR反應器高度式中：——催化劑總層數(shù)；——催化劑層高度，m；——支撐、安裝催化劑所需要的空間高度，取7英尺，即2.1m；——整流層安裝高度及安裝需要的空間高度，取9英尺，即2.7m10.3.2塔的設計計算塔體表面附有100mm的保溫層，保溫材料密度為300kg/m3。塔體采用不銹鋼，材料附加量為4.8mm，[σ]t=68MPa。1.塔高的計算式中：——SCR反應器以下部位的底座高度，m。2．塔長、寬的計算為方便安裝和調試在反應器兩個方向共留2m。則塔的長、寬分別為：式中：l—SCR反應器長度，m；L—塔的長度，m；W—塔的寬度，m3．塔體的壁厚計算塔體外部設有加固肋，采用橫向加固方式，即塔體若干水平方向的加固圈組成。如圖10-1所示。圖10-1塔體外部加固示意圖使用4個加固圈。加固圈的段間距如表10-1所示。表10-1加固圈的段間距段距Hi/mm數(shù)量/個H1H2H3H4H510.60H0.40H20.45H0.30H0.25H--30.37H0.25H0.21H0.17H-40.31H0.14H0.18H0.16H0.14H已知，得出第一段壁厚式中：——塔長，m；——系數(shù)，其值根據(jù)查表所得；——材料密度，20號鋼，kg/mm3；——重力加速度，m/s2；——設計溫度下材料的許用應力，MPa。第i段壁板壁厚按下式計算：第二段壁厚：第三段壁厚：第四段壁厚取最大值為4mm。則壁厚δ：式中：—鋼板負偏差，mm；—腐蝕裕量，mm。最終δ取10mm10.3.3催化劑的選型由于脫硝效率要達到82%，根據(jù)表10-2板式與蜂窩式催化劑的比較，故本設計中選擇比表面積較大、硝效率更高的蜂窩式催化劑作為SCR催化劑。選用美國康寧（Cormetech）公司的蜂窩式催化劑，金屬基含有氧化礬（V2O5）、氧化鈦(TiO2)，以TiO2作骨架材料，比表面積502m2/m3，孔徑7.1mm，單元體截面150mm×150mm，模塊截面1910mm×950mm，高1000mm，每一催化劑層共32個模塊。10.3.4噴氨系統(tǒng)噴射管設計噴氨格柵垂直布置在煙道的直管段，直管段在反應器的上游。SCR系統(tǒng)噴射管道的一般類型分為網(wǎng)狀型和分區(qū)型，此項目采用分區(qū)型，每個分區(qū)的流量單獨可調，以匹配煙氣中NOX的濃度分布。噴射管和噴嘴如圖10-2所示。圖10-2噴射管和噴嘴示意圖設計噴射管直徑75mm，噴射孔直徑25mm。噴射管共18支，198孔，噴嘴角度與煙氣流向呈45°，平均分布在煙道截面上，如圖10-3所示。圖10-3噴射管和噴嘴布置圖10.3.5氨氣/煙氣靜態(tài)混合器選用托普索公司開發(fā)的專有星形混合器，由形狀為有四角星的圓盤組成，根據(jù)煙道截面尺寸設計與煙道截面呈45°的角度安裝，使盤后的氣流形成渦流，為實現(xiàn)短距離內(nèi)的最佳混合效果。設計尺寸如圖10-4所示。圖10-4星形板混合器圖10.3.6吹灰器設計由于蜂窩式催化劑比較容易積灰，需設置吹灰器。此項目采用聲波吹灰器。在對聲波吹灰器進行選型設計時，必須要嚴格考慮聲波吹灰器的橫向作用距離及縱向作用距離,必須要保證兩個吹灰器之間的作用范圍有一定的重疊。根據(jù)聲波傳播距離的計算公式：式中：——聲波的傳播速度，約為340m/s；——聲波的波長，m；——聲波的頻率，Hz有效清灰范圍如10-5圖所示。圖10-5有效清灰范圍每一層催化劑配置2個聲波吹灰器，吹灰器與催化劑層之間距離500mm，最上面一層吹灰器以20°角傾斜向下安裝，其余層的吹灰器水平布置。設計尺寸如圖10-6所示。圖10-6聲波吹灰器選用GE公司生產(chǎn)的DC-75型聲波吹灰器，其頻率為75Hz。產(chǎn)品如圖10-7所示。圖10-7DC-75型聲波吹灰器

11SCR輔助設備選型11.1供氨裝置液氨儲存供應系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機、儲氨罐、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖槽、稀釋風機、混合器、氨氣稀釋槽、廢水泵、廢水池等。此套系統(tǒng)提供氨氣供脫硝反應使用。液氨的供應可通過液氨槽車運送，利用液氨卸料壓縮機將液氨由槽車輸入液氨儲槽內(nèi)，儲槽輸出的液氨于液氨蒸發(fā)槽內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，經(jīng)氨氣緩沖槽來控制一定的壓力及流量，然后與稀釋空氣在混合器中混合均勻，再送達脫硝系統(tǒng)。氨氣系統(tǒng)緊急排放的氨氣則排入氨氣稀釋槽中，經(jīng)水吸收排入廢水池，再由廢水泵送至廠區(qū)廢水處理系統(tǒng)進行處理。11.1.1卸氨壓縮機設置兩套卸氨壓縮機，一用一備，為節(jié)約用水和簡化系統(tǒng)，選用往復風冷式壓縮機，其結構如圖11-1所示圖11-1卸料壓縮機組整體結構1-壓縮機；2-儀表；3-兩位四通閥；4-氣液分離器；5-進氣過濾器；6-防爆電動機；7-排液閥；8-止回閥；安全閥；10-底座；11-防護罩選用

蚌埠市艾格普壓縮機廠生產(chǎn)的艾格普液氨卸料壓縮機，型號為ZW-0.8/16-24，性能參數(shù)如表11-1所示。表11-1ZW-0.8/16-24液氨卸料壓縮機性能參數(shù)機型進氣壓力（MPa）排氣壓力（MPa）排氣量（m3/min）轉速（Rpm）電機功率（Kw）ZW-0.8/16-241.62.40.855015儲氨罐上部的飽和氨氣通過壓縮機增壓，增壓后的高壓氨氣進入槽車，將液氨壓入儲氨罐，槽車中余下的氨氣，通過壓縮機反向旋轉把氨氣壓回儲罐。11.1.2液氨儲罐設置兩個液氨儲罐，臥式，總儲存容量可向SCR系統(tǒng)提供兩周約100噸的液氨使用量。設備材質選用16MnR。選用江蘇民生高壓容器制造有限公司的產(chǎn)品，型號WG18-3200-150，如圖11-3所示。性能參數(shù)如表11-2所示。圖11-3液氨儲罐表11-2WG18-3200-150液氨儲罐性能參數(shù)型號公稱容積（m3）公稱直徑（mm）筒體長度（mm）WG18-3200-150150320017500儲罐上安裝有超流閥、止回閥、緊急關斷閥和安全閥作為儲罐液氨泄漏保護所用。還裝有溫度計、壓力表、液位計和相應的變送器，使信號送到主體機組DCS控制系統(tǒng)。根據(jù)規(guī)程要求，在罐附近安裝一個氨泄漏傳感器和報警器。11.1.3液氨蒸發(fā)器液氨蒸發(fā)器為螺旋管式，管內(nèi)為液氨，管外為溫水浴，以蒸汽直接噴入水中加熱至40℃，再以溫水將液氨汽化，并加熱至常溫。氨蒸發(fā)器水溫通過控制過熱蒸汽的調節(jié)閥，使氨蒸發(fā)器內(nèi)水溫保持在40℃，當水的溫度高過55℃時切斷蒸汽來源，并在控制室DCS上報警顯示。蒸發(fā)罐上裝有壓力控制閥將氣氨壓力控制在0.2MPa，當出口壓力達到0.38MPa時，切斷液氨進料。在氨氣出口管線上裝有溫度檢測器，當溫度低于10℃時切斷液氨進料，使氨氣至緩沖罐維持適當溫度及壓力。蒸發(fā)槽也安裝安全閥，可防止設備壓力異常過高。液氨蒸發(fā)器結構如圖11-4所示。圖11-4立式液氨蒸發(fā)器結構1-工業(yè)水入口；2-溢流口；3-支架；4-溫度顯示；5-蒸發(fā)盤管；6、7-液位指示口；8-通風口；9-觀察口（帶蓋板）；10-NH3出口；11-觀察口（帶蓋板）；12-預留口；13-液氨入口；14-液位開關；15-蒸氣入口；16-支柱；17-排污口選用天津華邁燃氣有限公司的產(chǎn)品，該產(chǎn)品的特點是：（1）蒸發(fā)器及換熱器為不銹鋼材質，可以抵御氨氣腐蝕，保證設備正產(chǎn)運轉；（2）寬裕的熱熱面積可以保證液氨的充分汽化；（3）具有低溫高溫低水位連鎖報警；（4）控制儀表具有自鎖功能，便于站房管理；（5）倒吸式排污，殘液排除更徹底；（6）選用進口名牌零部件：日本三菱接觸器、日本歐姆龍繼電器、日本富士開關以及國產(chǎn)品牌不銹鋼球閥、不銹鋼安全閥等。如圖11-5所示。圖11-5立式液氨蒸發(fā)器11.1.4氨氣緩沖罐液氨經(jīng)過液氨蒸發(fā)器蒸發(fā)為氨氣進入緩沖罐，其作用是對氨氣進行一個緩沖作用，保證氨氣有一個穩(wěn)定的壓力，結構相對簡單，主要有氨氣的進出口、安全閥以及排污閥等，如圖11-6所示。圖11-6立式氨氣緩沖罐基本結構11.1.5氨氣稀釋槽立式水槽。屬于可能出