燃煤鍋爐煙氣脫硝設計

燃煤鍋爐煙氣脫硝設計目錄前言國內(nèi)NOx的排放情況及控制對策煙氣脫硝技術煙氣脫硝技術各種煙氣脫硝工藝的比較SCR反應原理SCR脫硝效率的主要影響因素選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)的設計SCR反應器截面尺寸估算SCR催化劑尺寸估算催化劑層數(shù)估算反應器高度估算液氨儲罐計算體積估算噴氨格柵初始方案設計吹灰器選擇經(jīng)濟評價國內(nèi)NOx的排放情況及控制對策

氮氧化物主要有NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5等（本文中對氮氧化物統(tǒng)稱為NOx），在燃燒過程生成的氮氧化物，幾乎全是NO和NO2（NO約占90%），造成大氣污染的主要也是NO和NO2NOx污染主要來源于生產(chǎn)、生活中所用的煤、石油等化石燃料的燃燒產(chǎn)物（包括汽車及一切內(nèi)燃機燃燒排放的NOx）；前言表1.1列出了我國近幾年來電站鍋爐氮氧化物的排放情況我國電力工業(yè)以火電為主，隨著電力工業(yè)迅猛發(fā)展，火電裝機容量隨之迅速增加，大容量高參數(shù)的300MW及以上火電機組正成為電力工業(yè)的主力機組?；痣姀S的氮氧化物(NOx)排放總量日益增加，2000年已經(jīng)超過300萬噸。

2010年火電廠裝機及典型排污水平現(xiàn)在，我國對NOx的控制已經(jīng)納入日程，NOx是我國47個重點城市環(huán)境空氣質量周報中的考核項目之一。國家環(huán)保局從2000年開始要求對酸雨控制區(qū)內(nèi)的NOx實行排放控制，到2010年酸雨控制區(qū)內(nèi)氮化物排放總量控制在2000年水平。目前，機動車的NOx排放正逐步通過汽車尾氣催化凈化器加以控制，而固定源氮氧化物排放，如發(fā)電廠、工業(yè)鍋爐等煙氣中NOx的排放已開始得到重視。

。在未來的數(shù)十年內(nèi)，伴隨著環(huán)境保護法的誕生以及有關標準的日趨嚴格，NOx排放的控制必將日益嚴格。煙氣脫硝技術選擇性催化還原煙氣脫硝技術選擇性催化還原法（SelectiveCatalyticReduction,SCR）是指在催化劑的作用下，以NH3還原劑，“有選擇性”地與煙氣中的NOx反應并生成無毒無污染的N2和H2O。選擇性非催化還原煙氣脫硝技術選擇性非催化氧化還原法（SelectiveNon-CatalyticReduction,SNCR）工藝，是把含有NHx基的還原劑噴入爐膛溫度為850℃～1100℃的區(qū)域后，迅速熱分解成NH3和其它副產(chǎn)物，隨后NH3與煙氣中的NOx進行SNCR反應而生成N2藝。液體吸收法又稱濕法煙氣脫硝，主要包括水吸收法、酸吸收法、堿中和吸收法、氧化吸收法、液相還原吸收法等。液相吸收脫硝方法消耗大量吸收劑，吸收產(chǎn)物會造成二次污染。微生物法用微生物凈化NOx廢氣的思路是建立在用微生物凈化有機廢氣、臭氣以及用微生物進行廢水反硝化脫氮獲得成功的基礎上的?；钚蕴课辗ɑ钚蕴烤哂邪l(fā)達的微孔結構和較大的比表面積，對煙氣中的NOx和SO2有較強的吸附能力。因此，活性炭發(fā)不僅能脫硝，而且能脫硫。電子束照射法（EBA）和脈沖電暈等離子體法（PPCP）熾熱碳還原法濕式絡合吸收法各種煙氣脫硝工藝的比較經(jīng)過表1.3各種脫硝方法的特點、優(yōu)缺點的比較。由于SCR技術處理氣量大、凈化效率高、技術成熟，所以最后決定選擇選擇性催化還原法（SCR）進行燃煤電廠鍋爐煙氣脫硝設計。SCR反應原理

SCR是在一定的溫度和催化劑的作用下，還原劑有選擇性地把煙氣中的NOx還原為無毒無污染的N2和H2O，還原劑可以是碳氫化合物（如甲烷、丙烯等）、氨、尿素等。

SCR脫硝效率的主要影響因素工作溫度入口煙氣含塵量入口煙氣SO2含量入口煙氣NOx含量SCR出口煙氣NH3含量SCR出口煙氣NOx含量催化劑選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)的設計SCR的關鍵控制參數(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。催化劑：V2O5/TiO2

SCR反應器截面尺寸估算各工程公司根據(jù)自己的經(jīng)驗，其線速度的取值各有不同，其大小一般在5～6m/sSCR反應器截面尺寸是由鍋爐煙氣流量和表面速度決定的。典型的流經(jīng)催化劑的表面速度為5m/s左右，在實際工程中可以用如下速度值來對催化劑橫截面積進行估算，即由已知條件知煙氣流量：1.25×105m3/h，帶入式中得催化劑層截面積

A

catalyst=

————

m2=6.94m2

考慮到催化劑幾何形狀及安裝結構，SCR反應器的橫截面積比催化劑面積多15%左右，因此，反應器橫截面積：

Ascr=1.15Acatalyst=6.94×1.15=7.99≈8取反應器橫截面廠為3.2m,寬為2.5m。1250003600×5SCR催化劑尺寸估算V——催化劑估算體積，m3；q——鍋爐煙氣流量，m3/h；η——系統(tǒng)設計的脫硝效率，%；K——催化劑活性常數(shù)；β——催化劑比表面積m2/m3，取380m2/m3；M——NH3與NOx的化學摩爾比，取1；η=NOXin÷NOXout=1-（20mg/m3÷109.92mg/m3×100%）≈82%本設計中假設在催化劑分別使用1、2、3、4年后的活性分別為0.91、0.84、0.77、0.70，取Kcatalyst為0.7。q=1.25×105m3/hV≈38m3催化劑層數(shù)估算已知數(shù)值帶入公式中得N=2.95N取值3.帶入反推得h=1.58

_________反應器高度估算H=（3+1）×（4+1.58）+3.5=25.8m液氨儲罐計算體積估算氨罐內(nèi)徑D=3.5m,氨罐長度為L=12m,代入公式得液氨儲罐體積噴氨格柵初始方案設計N——是噴氨空數(shù)；W——是噴氨截面寬，（取與反應器截面寬相同值=2）；H——是噴氨截面高,(取與反應器截面長相同值=4)；L1——是噴氨管間距；Lh——是噴空間距；D——是噴氨空直徑；m——是氨氣流量；取煙氣流速5m/s，推知噴氨管橫截面積8m2，噴氨截面寬、高可取與2m、4m。1.假設孔徑取6mm。氨氣的流量可根據(jù)煙氣進出口NOx的濃度和煙氣流量推算出來。m=279.8m3/h。計算出N=40。L1×Lh=0.4m2L1=800mmLh=500mm。2.D取5mm。N=57。L1×Lh=0.28m2L1=560mmLh=500mm。吹灰器選擇由于燃煤電廠煙氣中的飛灰含量普遍較高，煙氣進入SCR反應器后，在反應器的進出口、催化劑表面、內(nèi)部鋼結構表面會產(chǎn)生不同程度的積灰。積灰的危害主要表現(xiàn)在降低催化劑效能、阻滯煙氣流通、增加反應器重量以及系統(tǒng)阻力等。聲波清灰是以壓縮空氣作為聲波的能源，高強度的鈦金屬膜片在壓縮空氣氣源作用下自激振蕩，并在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生諧振，把壓縮空氣勢能轉換為低頻聲能，通過空氣介質把聲能傳遞到相應的積灰點，使聲波對灰渣起到“聲致疲勞”的作用，由于聲波振蕩的反復作用，施加于灰、渣的擠壓循環(huán)變化的載荷，達到一定的循環(huán)應力次數(shù)時，灰、渣的結構因疲勞而破壞，然后因重力、或因流體介質媒體將灰渣清除出附著體表面，達到清灰的作用。出于降低維護成本，保護催化劑活性，以及因其溫度等原因。本設計選擇聲波清灰器（型號：HSQ）。經(jīng)濟評價設備年利用小時數(shù)：改工程投產(chǎn)后設備年利用小時為5500h。氨消