燃煤鍋爐煙氣脫硝設(shè)計(jì)

PAGEPAGE24摘要燃煤電廠污染物NOX的排放日益嚴(yán)重地影響著環(huán)境、氣候和人類的健康，解決電站鍋爐NOX排放對(duì)環(huán)境的影響，已成為一個(gè)中國(guó)要問題。本論文經(jīng)過對(duì)鍋爐燃煤煙氣脫硝設(shè)計(jì)，并對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性進(jìn)行了相應(yīng)分析，進(jìn)而針對(duì)大唐哈爾濱熱電廠的鍋爐進(jìn)行了脫硝方案的設(shè)計(jì)。該廠在爐膛上部區(qū)域噴入一定量的液氨溶液，將煙氣中的NOX還原N2和H20。改設(shè)計(jì)通過對(duì)SCR反應(yīng)器及液氨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使煙氣的脫硝效率達(dá)到80%或以上。關(guān)鍵詞：NOX，SCR，SCR反應(yīng)器，液氨系統(tǒng)TOC\o"1-4"\h\z\u燃煤鍋爐煙氣脫硝設(shè)計(jì) 4第一章緒論 41.1研究背景及意義 41.1.1氮氧化物的來源及生成機(jī)理 41.1.2氮氧化物的危害 51.1.3國(guó)內(nèi)外氮氧化物的排放情況及控制對(duì)策 61.1.3.1國(guó)內(nèi)NOx的排放情況及控制對(duì)策 61.1.3.2國(guó)外NOx的排放情況及控制對(duì)策 71.2煙氣脫硝技術(shù) 81.2.1選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù) 81.2.2選擇性非催化還原煙氣脫硝技術(shù) 81.2.3SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù) 81.2.4液體吸收法 81.2.5微生物法 81.2.6活性碳吸收法 91.2.7電子束照射法（EBA）和脈沖電暈等離子體法（PPCP） 91.2.8熾熱碳還原法 91.2.9濕式絡(luò)合吸收法 91.3各種煙氣脫硝工藝的比較 9第二章選擇性催化還原脫硝原理與工藝 112.1SCR反應(yīng)原理 112.2V2O5/TiO2催化反應(yīng)原理 112.3SCR脫硝效率的主要影響因素 11第三章選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 123.1工程概況 123.2脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 123.3SCR的關(guān)鍵控制參數(shù) 133.3.1煙氣參數(shù) 143.3.2SCR反應(yīng)器主要工藝參數(shù) 143.4SCR反應(yīng)器尺寸估算 153.4.1SCR反應(yīng)器截面尺寸估算 153.4.2SCR反應(yīng)器斷面尺寸估算 153.5氨區(qū)工藝系統(tǒng)及主要設(shè)備 183.5.1氨的存儲(chǔ)和處理系統(tǒng) 183.5.2NH3卸料壓縮機(jī)系統(tǒng) 183.5.3液氨儲(chǔ)罐 183.5.5氨氣緩沖槽 203.5.6稀釋罐 203.5.7氨區(qū)廢水處理 203.5.8氨區(qū)的氮?dú)獯祾咴O(shè)計(jì) 203.5.9管道、閘門及其附件材質(zhì)要求 213.6氨區(qū)的布置 21第四章燃煤電廠煙氣脫硝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 214.1概述 214.2SCR總投資成本分析 234.3經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 244.3.1主要參數(shù) 244.3.2總投資估算 24燃煤鍋爐煙氣脫硝設(shè)計(jì)第一章緒論1.1研究背景及意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)能源的消耗大幅度增加，由此而引起的環(huán)境污染問題越來越引起人們的重視。大量的化石燃料在其燃燒過程中排放出CO2、SO2、粉塵和氮氧化物（NOx）等污染物嚴(yán)重破壞了大氣環(huán)境，造成我國(guó)城市空氣質(zhì)量下降。我國(guó)是當(dāng)今世界上唯一以煤為初級(jí)能源的經(jīng)濟(jì)大國(guó)，也是以燃煤發(fā)電為主的發(fā)展中國(guó)家，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差距，環(huán)保技術(shù)的發(fā)展也處于較落后狀態(tài)。在今后幾十年內(nèi)，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生顯著變化。煤炭的燃燒易造成嚴(yán)重空氣污染，對(duì)人類健康和環(huán)境危害極大。預(yù)計(jì)在未來幾十年內(nèi)，我國(guó)NOx排放量會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有很大增長(zhǎng)。氮氧化物的排放量在2000年已達(dá)1000萬噸，根據(jù)目前的發(fā)展情況，2020年將會(huì)達(dá)到或超過2000萬噸。氮氧化物排放的迅速增長(zhǎng)給環(huán)境和人類健康帶來了巨大壓力。在不遠(yuǎn)的將來，環(huán)境問題將成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，因此保護(hù)和改善環(huán)境是保證我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必要條件。積極開發(fā)研究脫硝技術(shù)，滿足環(huán)境保護(hù)的要求，具有非常現(xiàn)實(shí)的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。1.1.1氮氧化物的來源及生成機(jī)理氮氧化物（NOx）對(duì)大氣的的污染是一個(gè)世界性的環(huán)境問題，它對(duì)大氣的影響主要是酸雨和較高的地面臭氧濃度。氮氧化物主要有NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5等（本文中對(duì)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NO2。NOx的主要來源有：化石燃料的燃燒、生物體燃燒、閃電過程、平流層光化學(xué)過程、在大氣中的氧化、土壤以及海洋中的NO2光解等。其中，煤、天然氣、石油等化石燃料的燃燒約占NOx排放總量的90%。一般認(rèn)為氮氧化物的生成途徑主要有三類：1.空氣中氮在高溫下氧化產(chǎn)生，稱為熱力型NOx；2.由于燃料揮發(fā)物中碳?xì)浠衔锔邷胤纸馍傻腃H自由基和空氣中氮?dú)夥磻?yīng)生成HCN和N，再進(jìn)一步與氧氣作用以極快的速度生成NOx，稱為快速型NOx；3.燃料中含氮化合物在燃燒中氧化生成的，稱為燃料型NOx。1.1.2氮氧化物的危害氮氧化物主要以六種形式存在：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）、五氧化二氮（N2O5），煤燃燒形成的氮氧化物主要是NO和NO2。其中，NO含量占煙氣的90%以上。NO和NO2都是具有強(qiáng)烈毒性的氣體。NO非常容易與動(dòng)物血液中的色素(Hb)結(jié)合，造成血液缺氧而引起中樞神經(jīng)麻痹。它與血色素的親和力很強(qiáng)，約為CO的數(shù)百倍至一千倍，對(duì)人體健康影響很大。而NO2毒性比SO2和NO都強(qiáng)，約為NO的4～5倍。NO2對(duì)呼吸器管粘膜有強(qiáng)烈的刺激作用，引起肺氣腫和肺癌。此外NO2對(duì)人體的心、肝、腎和造血組織等都有損害。在大氣中的氮氧化合物達(dá)到100～150ppm的高濃度時(shí)，人連續(xù)呼吸30～60min便會(huì)中毒。一氧化氮與血液中血紅蛋白親和力較強(qiáng)，從而使血液輸氧能力下降，人體急性中毒后出現(xiàn)缺氧癥狀。一氧化氮還導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損，引起痙攣和麻痹。高濃度中毒時(shí)，將迅速導(dǎo)致肺部充血和水腫，甚至窒息死亡。二氧化氮是具有特異刺激性臭味的棕色氣體，其味道在1ppm時(shí)就能被感覺到。二氧化氮嚴(yán)重刺激呼吸系統(tǒng)，使血液中血紅蛋白硝化，同時(shí)對(duì)人的心、肝、腎、造血組織都有影響。人在有l(wèi)00ppm二氧化氮大氣中呼吸60min，或在400ppm二氧化氮的大氣中呼吸5min就可以招致死亡。二氧化氮慢性中毒表現(xiàn)為支氣管和肺部呼吸障礙、腸胃痛、牙痛。0.25～0.5ppm二氧化氮長(zhǎng)期吸入可引起支氣管和肺部組織發(fā)生病變，使呼吸機(jī)能慢性衰退。二氧化氮對(duì)植物有損害作用。25ppm二氧化氮在7小時(shí)內(nèi)可使豆類、西紅柿等作物葉子變白，更嚴(yán)重時(shí)會(huì)使植物枯萎，甚至死亡。NOx的危害還在于它與SO2一樣都可以造成酸雨的主要來源，并且與烴類化合物在太陽光照射下發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)而生成光化學(xué)煙霧。對(duì)于人類及自然環(huán)境有很大危害性。1.1.3國(guó)內(nèi)外氮氧化物的排放情況及控制對(duì)策1.1.3.1國(guó)內(nèi)NOx的排放情況及控制對(duì)策NOx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(jī)燃燒排放的NOx）；其次是來自生產(chǎn)、使用硝酸的工廠，以及車輛排放的尾氣。我國(guó)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(jī)容量隨之迅速增加，大容量高參數(shù)的300MW及以上火電機(jī)組正成為電力工業(yè)的主力機(jī)組?；痣姀S的氮氧化物(NOx)排放總量日益增加，2000年已經(jīng)達(dá)到了300萬噸。表1.1列出了我國(guó)近幾年來電站鍋爐氮氧化物的排放情況。表1.1我國(guó)近幾年電力行業(yè)氮氧化物排放量單位：萬噸年份199619971998199920002001200220032004排放量359.3350.3360.5401.9469.0497.5536.8597.3665.7表1.22010年火電廠裝機(jī)及典型排污水平項(xiàng)目新機(jī)組舊機(jī)組新+舊機(jī)組裝機(jī)容量/GW230350580典型機(jī)組/MW600300-典型NOx排放濃度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）/（mg/m3）400800640單位發(fā)電量的NOx排放量/[g/（Kw·h）2.04.03.2年運(yùn)行小時(shí)/h570057005700年排放NOx總量/萬噸2608001060另一方面隨著現(xiàn)代社會(huì)汽車持有數(shù)量的劇烈增長(zhǎng)，由汽車排放的NOx所占的比重日益增加，逐漸成為人們所關(guān)注的對(duì)象。發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的NO是經(jīng)由入口的N2和O2以及燃料中的含氮化合物在高溫高壓下生成的。廢氣中的NO濃度取決于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒情況如溫度、空氣燃?xì)獗鹊取?995年全國(guó)機(jī)動(dòng)車輛（不包括農(nóng)用車輛）的NOx排放量為141萬噸，若包括農(nóng)用車輛，其排放估算量可能將增加三成，機(jī)動(dòng)車的排放量估計(jì)占排放總量的不到20%，是城市的NOx的主要來源之一?，F(xiàn)在，我國(guó)對(duì)NOx的控制已經(jīng)納入日程，NOx是我國(guó)47個(gè)重點(diǎn)城市環(huán)境空氣質(zhì)量周報(bào)中的考核項(xiàng)目之一，也是2000年重點(diǎn)城市“一控雙達(dá)標(biāo)”中城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)項(xiàng)目之一。國(guó)家環(huán)保局從2000年開始要求對(duì)酸雨控制區(qū)內(nèi)的NOx實(shí)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(jī)動(dòng)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(hù)法的誕生以及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，NOx排放的控制必將日益嚴(yán)格。1.1.3.2國(guó)外NOx的排放情況及控制對(duì)策國(guó)外對(duì)于NOx排放的治理比我國(guó)進(jìn)行的早，也更完善。早在1979年，33個(gè)國(guó)家共同簽署了可聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)委員會(huì)關(guān)于歐洲長(zhǎng)距離越境空氣污染公約。1988年11月根據(jù)該公約簽定了一項(xiàng)議定書，要求到1994年將NOx排放凍結(jié)在1987年或之前的水平上。歐洲在早1988年通過了“歐共體關(guān)于大型燃燒設(shè)備污染物排放限制法令”，要求歐共體在1987年以前安裝的大于50MW的全部燃燒設(shè)備NOx排放總量到1993年要在1980年基礎(chǔ)上削減10%，到1998年削減30%。除上述國(guó)際公約以外，許多國(guó)家還根據(jù)各自特點(diǎn)采取了相應(yīng)的國(guó)際行動(dòng)。在德國(guó)，隨著NOx對(duì)環(huán)境影響的日益嚴(yán)重，控制燃煤電廠的NOx排放越來越受到人們的重視。1984年原聯(lián)邦德國(guó)在“大型燃燒設(shè)備規(guī)定”中制定了嚴(yán)格的氣體污染物排放限值，其中，300MW以上燃煤燃燒器NOx的煙氣中濃度必須控制在200mg/m3以下。如今，德國(guó)的燃煤電廠不僅陸續(xù)開發(fā)采用了低NOx燃燒系統(tǒng)，全面安裝了煙氣脫硝裝置，而且對(duì)老式鍋爐進(jìn)行技術(shù)改造和燃燒優(yōu)化調(diào)整。由于單純通過采用低燃燒器難以使煙氣中NOx的達(dá)到低于排放限值，因此德國(guó)的燃煤電廠普遍采用稱為二級(jí)脫硝技術(shù)的煙氣脫硝技術(shù)，以降低煙氣中己生成的NOx的排放。在日本，煙塵和的SO2污染問題已經(jīng)基本得到解決，而NOx造成的污染成為治理大氣污染的主要任務(wù)。針對(duì)NOx污染問題，日本政府已經(jīng)采取了一系列措施，這對(duì)中國(guó)控制NOx有一定的借鑒意義。日本降低排放的技術(shù)措施主要是燃燒控制和煙氣脫硝。在70年代初日本煙氣脫硫和煙氣脫硝技術(shù)同時(shí)起步，處理設(shè)施的數(shù)量和處理的能力逐年提高，脫硝方式則大多采用選擇性催化還原法，至今己有大約套170選擇性催化還原裝置投入生產(chǎn)運(yùn)行，NOx的排放已經(jīng)得到初步控制。1.2煙氣脫硝技術(shù)1.2.1選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)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(yīng)并生成無毒無污染的N2和H2O。1.2.2選擇性非催化還原煙氣脫硝技術(shù)選擇性非催化氧化還原法（SelectiveNon-CatalyticReduction,SNCR）工藝，也被稱為熱力DeNOX工藝。是把含NHX基的還原劑（如氨、尿素），噴入爐膛溫度為800～1100°C的區(qū)域，該還原劑迅速分解成NH3并與煙氣中的NOX進(jìn)行SNCR反應(yīng)生成N21.2.3SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)結(jié)合了兩者的優(yōu)勢(shì)，將SNCR工藝的還原劑噴入爐膛，用SCR工藝使逸出的NH3和未脫除的NOX進(jìn)行催化還原反中應(yīng)。1.2.4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(huì)造成二次污染。1.2.5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(jī)廢氣、臭氣以及用微生物進(jìn)行廢水反硝化脫氮獲得成功的基礎(chǔ)上的。微生物處理NOx與微生物有機(jī)揮發(fā)物及臭氣有較大的不同。由于NOx是無機(jī)氣體，其構(gòu)成不含碳元素，因此微生物凈化NOx是適宜的脫氮菌在外加碳源的情況下，利用NOx作為氮源，將NOx還原成無害的N2，而脫氮菌本身會(huì)的生長(zhǎng)繁殖。其中NO2先溶于水中形成NO3ˉ及NO3ˉ再被生物還原為N2，而NO則是背媳婦在微生物表面后直接被生物還原成N2。1.2.6活性碳吸收法活性炭具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，對(duì)煙氣中的NOX和SO2有較強(qiáng)的吸附能力。因此，活性炭發(fā)不僅能脫硝，而且能脫硫。1.2.7電子束照射法（EBA）和脈沖電暈等離子體法（PPCP）這類方法是利用高能電子撞擊煙氣中的H2O、O2等分子，產(chǎn)生O、OH、O3等氧化性很強(qiáng)的自由基，將NO氧化成NO2，NO2與H2O生成HNO3，并于噴入的NH3反應(yīng)生成硝酸銨化肥。根據(jù)高能電子的產(chǎn)生方法不同，這類方法又分為電子束照射法（EBA）和脈沖電暈等離子體法(PPCP)。1.2.8熾熱碳還原法利用碳質(zhì)固體還原廢氣中的NOx屬于無觸媒非選擇性還原法。與選擇性催化法相比，其優(yōu)點(diǎn)是不需要價(jià)格昂貴的催化劑，避開了催化劑中毒所引起的問題，并且彈指柜體價(jià)格便宜，來源廣。1.2.9濕式絡(luò)合吸收法濕式絡(luò)合吸收法是用水或酸、堿、鹽的水溶液來吸收廢氣中的氮氧化物。按吸收劑的種類可分為水吸收法、酸吸收法、堿吸收法、氧化-吸收法、吸收-還原法及液相絡(luò)合法等，這些方法比較適合于硝酸廠尾氣NO2的吸收，對(duì)于燃煤煙氣是不適用的。施法中國(guó)只有絡(luò)合吸收法比較適合于燃煤煙氣脫NOx。濕式絡(luò)合吸收法是一種利用液相絡(luò)合劑直接同NO反應(yīng)的方法，因此，對(duì)于處理主要含有NO的燃煤煙氣具有特別意義。NO的生成的絡(luò)合物在加熱時(shí)又重新放出NO，從而使NO能富集回收。1.3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(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)的比較，最后決定選擇選擇性催化還原法（SCR）進(jìn)行燃煤電廠鍋爐煙氣脫硝設(shè)計(jì)。第二章選擇性催化還原脫硝原理與工藝2.1SCR反應(yīng)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?xì)浠衔铮ㄈ缂淄椤⒈┑龋?、尿素等。?.3各脫硝工藝的比較脫硝工藝適用性及特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)脫硝率投資SCR適合排氣量大，連續(xù)排氣源二次污染小，凈化效率高，技術(shù)成熟；設(shè)備投資高，關(guān)鍵技術(shù)難度大80%～90%較高SNCR適合排氣量大，連續(xù)排放源不用催化劑，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用少；NH3用量大，二次污染，難以保證反應(yīng)溫度和停留時(shí)間30%～60%較低液體吸收法處理煙氣量很小的情況下可以選取工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，收效顯著，有些方法能回收NOX；效率低，副產(chǎn)物不易處理，目前常用的方法不適合于處理燃煤電廠煙氣效率低較低微生物法使用范圍較大工藝設(shè)備建單、能耗及處理費(fèi)用低、效率高、無二次污染；微生物環(huán)境條件難以控制，仍處于研究階段80%低活性炭吸附法排氣量不大同時(shí)脫硫脫硝，回收NOX和SO2，運(yùn)行費(fèi)用低；吸收劑用量大，設(shè)備龐大，一次脫硫脫硝效率低，再生頻繁80%～90%高電子束法適用范圍較大同時(shí)脫硫脫硝，無二次污染；運(yùn)行費(fèi)用高，關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)含量高，不易掌握85%高2.2V2O5/TiO2催化反應(yīng)原理目前工業(yè)中應(yīng)用最多的SCR催化劑大多以TiO2為載體，以V2O5或V2O5-WO3、V2O5-MoO3為活性成分。其中TiO2具有較高的活性和抗SO2性能；V2O5是最重要的活性成分，具有較高的脫硝效率，但同時(shí)也促進(jìn)SO2向SO3的轉(zhuǎn)化；另一種活性材料WO3的添加，有助于抑制SO2的轉(zhuǎn)化；其他的活性材料還有Mo、Cr等，它們可起到助催化劑及穩(wěn)定劑的作用。一般V的負(fù)載量低于1%～1.5%，而WO3和MoO3的負(fù)載量分別為10%和6%左右。2.3SCR脫硝效率的主要影響因素1.工作溫度煙氣溫度主要影響催化劑的催化性能以及脫硝反應(yīng)的進(jìn)行，從而對(duì)氨的利用率以及脫硝效率產(chǎn)生影響。對(duì)保證脫硝性能而言，必須針對(duì)催化劑確定合適的工作溫度區(qū)段，同時(shí)為避免在催化劑表面生成硫酸銨和硫酸氫氨，SCR的最低工作溫度必須比生成硫酸氨和硫酸氫氨的溫度高出120~140°C。一般控制在300~400°C之間。2.入口煙氣含塵量在燃煤鍋爐排煙脫硝系統(tǒng)中，由粉塵帶來的脫硝系統(tǒng)操作惡化主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：首先由粉塵引起的催化劑單元堵塞導(dǎo)致的壓損增大；其次，粉塵中含有的堿分以及其他有害物質(zhì)覆蓋在催化劑的表面，并隨著表面擴(kuò)散附著在活性點(diǎn)上，肯能引起催化劑中毒；第三，隨著煙氣中含塵量的增加，對(duì)催化劑單元的磨損加劇，主要包括催化劑端部的直接碰撞、氣體流過部位的粉塵碰撞以及粉塵的摩擦作用。因此必須采取措施，對(duì)入口煙氣含塵量加以控制。3.入口煙氣SO2含量由于脫硝催化劑的氧化活性，與NOx共存的SO2部分氧化為SO3，與殘余的NH3發(fā)生反應(yīng)，在脫硝反應(yīng)器內(nèi)以及脫硝反應(yīng)器下游的空氣預(yù)熱器傳熱面上，析出硫酸銨或硫酸氫氨，導(dǎo)致酸露點(diǎn)上升，引起空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕加劇。同時(shí)對(duì)脫硝反應(yīng)器內(nèi)的催化劑載體產(chǎn)生腐蝕，影響催化劑單元的壽命。4.入口煙氣NOx含量入口煙氣的NOx濃度主要表征脫硝系統(tǒng)的負(fù)荷，并為噴氨控制系統(tǒng)按照NH3/NOx比，確定噴氨量提供控制信號(hào)。由于該信號(hào)對(duì)于噴氨控制系統(tǒng)而言存在一定的延遲，因此該信號(hào)主要作為NOx預(yù)測(cè)值的偏差修正信號(hào)引入噴氨控制回路中。5.SCR出口煙氣NH3含量殘余NH3對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，主要是與煙氣中的SO2共同作用的結(jié)果。同上所述，殘余的NH3與SO2氧化后生成SO3反應(yīng)，生成帶有較強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)，導(dǎo)致催化劑模塊本身以及下游空氣預(yù)熱器分腐蝕加劇。SCR反應(yīng)器出口氨的逃逸率必須控制在≤3×10-6的范圍內(nèi)。6.SCR出口煙氣NOx含量SCR反應(yīng)器出口煙氣的NOx濃度要控制在50（標(biāo)）mg/m3內(nèi)，必須實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)該參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)較高的NOx濃度時(shí)，必須綜合分析鍋爐負(fù)荷、入口NOx濃度、煙氣流量及噴氨量等相關(guān)控制回路進(jìn)行調(diào)節(jié)。第三章選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1工程概況大唐哈爾濱第一熱電廠2300MW新建工程，由大唐黑龍江發(fā)電有限公司投資建設(shè)，工程容量為2300MW。3.2脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則（1）煙氣脫銷系統(tǒng)采用選擇性催化還原（SCR）進(jìn)行2臺(tái)機(jī)組100%煙氣量的脫銷處理。（2）在鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種BMCR工況下處理全煙氣量時(shí)的保證脫硝率為80%以上。（3）在設(shè)計(jì)煤種的煙氣條件下，煙氣中NOx含量增加25%時(shí)，經(jīng)脫銷后的NOx排放濃度應(yīng)滿足環(huán)保排放要求。進(jìn)口煙氣中NOx含量在設(shè)計(jì)值的125%~200%范圍內(nèi)變化時(shí)，SCR脫硝裝置能夠安全運(yùn)性。（4）當(dāng)煙氣溫度在290~400°C范圍內(nèi)時(shí)，煙氣脫硝系統(tǒng)應(yīng)（5）在鍋爐BMCR工況條件下，要求煙氣脫硝系統(tǒng)中的設(shè)備應(yīng)有一定的余量；煙氣脫硝系統(tǒng)具有應(yīng)付緊急停機(jī)的有效措施；煙氣脫硝系統(tǒng)能夠適應(yīng)鍋爐的啟停，并能適應(yīng)單臺(tái)鍋爐的運(yùn)行及符合的變動(dòng)。（6）煙氣脫硝系統(tǒng)的使用壽命不低于主體機(jī)組的壽命(30年)。（7）自SCR裝置投入商業(yè)運(yùn)行，煙氣脫硝系統(tǒng)的利用率為鍋爐電除塵運(yùn)行時(shí)間的95%。（8）對(duì)于煙氣脫硝系統(tǒng)中的設(shè)備、管道、煙風(fēng)道、箱罐或貯槽等，考慮防腐和防磨措施。（9）煙氣脫銷設(shè)備所產(chǎn)生的噪聲控制在低于85dB（A）的水平(距產(chǎn)生噪聲設(shè)備1m處測(cè)量)。在煙氣脫硝裝置控制室內(nèi)的噪聲水平低于60dB（A）。（10）煙氣道的設(shè)計(jì)符合《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T5121-2000）的規(guī)定，汽水管道符合《火力發(fā)電廠汽水管道管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（DL/T5054-1996）和《火力發(fā)電廠汽水管道管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)定》（SDGJ6-90）中的要求。對(duì)于低溫?zé)煹赖慕Y(jié)構(gòu)采用能夠保證有效地防腐形式。在所有需要維護(hù)和檢修的地方設(shè)置平臺(tái)和扶梯，平臺(tái)扶梯的設(shè)計(jì)滿足《鋼梯02（03）J401》或《火電廠鋼制平臺(tái)扶梯設(shè)計(jì)規(guī)定》DLGJ158-2001中的要求。（11）SCR脫硝裝置的管道系統(tǒng)布置做到簡(jiǎn)潔美觀，便于安裝維護(hù)，流速合理，要有足夠的強(qiáng)度和剛度，特別注意防震動(dòng)、防磨損、防腐蝕和防堵塞。（12）貫徹電力建設(shè)“安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、符合國(guó)情”的指導(dǎo)方針，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)合同要求，精心設(shè)計(jì)，充分優(yōu)化方案，是建造方案經(jīng)濟(jì)合理、可用率高，并在保證技術(shù)指標(biāo)的前提下努力降低工程造價(jià)。3.3SCR的關(guān)鍵控制參數(shù)3.3.1煙氣參數(shù)煙氣流量：2250000Nm3/h；工作溫度：378oC；設(shè)計(jì)溫度：400oC；設(shè)計(jì)外壓：7000Pa；NOx含量：500mg/Nm3；粉塵含量：9.88g/Nm3；脫硝率：>90%；氨逃逸率<5ppm。3.3.2SCR反應(yīng)器主要工藝參數(shù)3.3.2.1SCR的線速度代表氣流流過催化劑哼橫截面的速度，它是決定反應(yīng)器橫截面面積和在氣體在反應(yīng)區(qū)停留時(shí)間的重要參數(shù)，其計(jì)算公式為：式中——煙氣線速度，——鍋爐煙氣流量，——催化劑層截面積，3600——單位換算系數(shù)各工程公司根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，其線速度的取值各有不同，其大小一般在5～6m/s之間。3.3.2.2面速度SCR系統(tǒng)的面速度，描述的是煙氣掠過催化劑表面的速度，其定義是單位時(shí)間內(nèi)煙氣體積與催化劑的幾何表面積之比，是反映催化反映特征的一個(gè)參數(shù)。其計(jì)算公式為式中——面速度，m/(h﹒m)或m/h;——催化劑體積,m——催化劑比表面積，有催化劑特性決定,m/m.3.3.2.3空間速度描述的是煙氣體積流量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的濕煙氣）與SCR反應(yīng)塔中催化劑體積的比值，反映了煙氣在SCR反應(yīng)塔內(nèi)停留時(shí)間的長(zhǎng)短。根據(jù)定義其計(jì)算式為式中——空間速度，1/h。3.4SCR反應(yīng)器尺寸估算3.4.1SCR反應(yīng)器截面尺寸估算SCR反應(yīng)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(shí)際工程中可以用如下速度值來對(duì)催化劑橫截面積進(jìn)行估算，即式中——催化劑層截面積，m——鍋爐煙氣流量，m/h——單位換算系數(shù)。由已知條件知煙氣流量：2250000Nm/h，帶入式中得催化劑層截面積：考慮到催化劑幾何形狀及安裝結(jié)構(gòu)，SCR反應(yīng)器的橫截面積比催化進(jìn)面積打15%左右，因此，反應(yīng)器橫截面積：取反應(yīng)器橫截面廠為14.4m,寬為10m。3.4.2SCR反應(yīng)器斷面尺寸估算3.4.2.1催化劑體積估算在工程中，一般催化劑至少安裝兩層，其中催化劑體積的估算式為式中——催化劑估算體積，m；——鍋爐煙氣流量，m/h；——系統(tǒng)設(shè)計(jì)的脫硝效率，%；取80%；——催化劑活性常數(shù)；——催化劑比表面積m/m，取350m/m——系數(shù)——與的化學(xué)摩爾比；其中上式的氨氮摩爾比，設(shè)計(jì)要求第一層催化劑表面的氨氮摩爾比標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過5%，符合要求。本設(shè)計(jì)中假設(shè)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，取為0.7。由上式已知條件得出催化劑體積：3.4.2.2催化劑層數(shù)估算根據(jù)工程煙氣流量等參數(shù)，在確定了催化劑層的截面積和催化劑體積后，則可估算相互催化劑的層數(shù)，其計(jì)算式為式中——催化劑估算體積，m——催化劑截面積，m——催化劑模板的高度，m；取1.85m將已知數(shù)值帶入公式中得由此得出催化劑層數(shù)為三層。3.4.2.3反應(yīng)器高度估算SCR反應(yīng)器的斷面尺寸一般根據(jù)催化劑的層數(shù)、整流層安裝高度和催化劑的安裝空間等因數(shù)確定。因此，反應(yīng)器的高度可由下式估算，即式中——反應(yīng)器的高度，m;——催化劑的層數(shù)，——支撐、安裝催化劑所需的空間高度，m；取值4m.——整流層安裝高度及安裝所需的空間高低，m,取值3.5m式中的與時(shí)隔工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，與工程采用的吹灰形式、催化劑安裝方式都有一定的關(guān)系，為便于安裝和檢修，催化劑的高層一般以不小于3.5為宜。代指入等式得反應(yīng)器高：由此最后得出SCR反應(yīng)器斷面尺寸為26.9m（高）10m（寬）。綜上所述，SCR反應(yīng)器最后設(shè)計(jì)出的尺寸為14.4m(長(zhǎng))10m（寬）26.9m（高）。3.5氨區(qū)工藝系統(tǒng)及主要設(shè)備3.5.1氨的存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)氨存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)用于卸載并存儲(chǔ)作為SCR反應(yīng)劑的無水氨（純度為99.6%或更高）。此系統(tǒng)一般有卸料壓縮機(jī)、儲(chǔ)氨罐、液氨蒸發(fā)器、氨氣稀釋槽、氨氣泄漏檢測(cè)器，報(bào)警系統(tǒng)、水噴淋系統(tǒng)、安全系統(tǒng)及相應(yīng)的管道、管件、支架、閥門及附件組成。3.5.2NH3卸料壓縮機(jī)系統(tǒng)卸氨壓縮機(jī)的作用是把液態(tài)的氨從運(yùn)輸?shù)墓捃囍修D(zhuǎn)移到液氨儲(chǔ)罐中。卸氨壓縮機(jī)一般為往復(fù)式壓縮機(jī)，它抽取槽車的液氨，經(jīng)壓縮后將液氨槽車的液氨推擠入液氨儲(chǔ)罐中。3.5.3液氨儲(chǔ)罐3.5.3.1設(shè)備構(gòu)造及選型儲(chǔ)罐是SCR液氨脫硝系統(tǒng)液氨儲(chǔ)存的設(shè)備，一般為能夠承受一定壓力荷載的罐體。氨罐的容積選擇一般考慮鍋爐BMCR工況下一周液氨的消耗量確定，并且要保證儲(chǔ)氨罐的上部至少留有全部容量的10%的氣化空間。氨儲(chǔ)罐屬三類容器，選用臥式罐，設(shè)計(jì)壓力取液氨介質(zhì)在50°C時(shí)的飽和蒸汽壓力的1.1倍，氨罐的工作溫度一般為-10～40°C，設(shè)備材料通常選用16MnDR.液氨儲(chǔ)罐計(jì)算體積估算公式為：式中——計(jì)算出的箱罐體積，m——氨罐內(nèi)徑，m;——氨罐長(zhǎng)度。取氨罐內(nèi)徑D=3.5m,氨罐長(zhǎng)度為L(zhǎng)=12m,代入公式得液氨儲(chǔ)罐體積：3.5.3.2液氨儲(chǔ)罐的管口設(shè)置表3.1液氨儲(chǔ)罐的管口清單管口名稱用途注意事項(xiàng)備注液氨出口液氨至蒸發(fā)器考慮管口在罐體上的位置關(guān)斷閥盡量靠近管口布置液氨入口從液氨裝運(yùn)車到罐入口管口應(yīng)布置在罐頂部管道止回閥應(yīng)靠近罐體入口布置壓力平衡門安全閘為安全目的的設(shè)置的閥門安全閘（備用）為安全目的的設(shè)置的閥門（備用）按照規(guī)定是不需要安裝備用安全閘的，但是要核對(duì)是否符合業(yè)主的要求人孔為了人員進(jìn)入內(nèi)部檢查在箱罐頂部開設(shè)備用口通常不需要留備用口：但是要確定業(yè)主有什么樣的擴(kuò)建計(jì)劃，由此來考慮是否需要這個(gè)留口排污口用來排放箱內(nèi)液體以及雜質(zhì)在箱罐底部開設(shè)需安裝兩個(gè)關(guān)斷閥連接管道出口用于箱罐間交換無水氨在頂部開口只有在需要箱罐間轉(zhuǎn)移液體時(shí)才安裝；關(guān)斷閥安裝在盡量靠近箱罐開口的位置（離箱罐表面1m以上）連接管道入口安裝在箱底或箱頂均可（低溫環(huán)境選箱底，高溫環(huán)境選箱頂）如果不需要向其他箱罐排除液體，可不安裝；止回閥盡可能安裝在靠近出口的位置氨氣入口用來平衡儲(chǔ)存罐與蒸發(fā)槽之間的壓力檢查蒸餾罐的工作方式；根據(jù)具體情況確定是否需要安裝溫度開關(guān)接口用來接溫度開關(guān)(噴水)箱頂開口溫度計(jì)口測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)溫度壓力計(jì)口測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)壓力壓力開關(guān)接口用來接壓力開關(guān)液位計(jì)口測(cè)量液位液位報(bào)警接口放置液位開關(guān)箱頂和箱底各安一個(gè)3.5.4目前，燃煤電站SCR工程中的液氨蒸發(fā)器一般以螺旋管式為主，館內(nèi)為液氨，管外為溫水浴，以蒸汽直接噴入水中加熱至40°C，再以溫水將液氨汽化，并加熱至常溫。蒸發(fā)器水溫通過控制過熱蒸汽的調(diào)節(jié)閥，使氨蒸發(fā)器內(nèi)水溫保持在40°C，當(dāng)水溫高過55°C時(shí)則切斷蒸汽來源，并在控制室DOS上報(bào)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(dāng)出口壓力達(dá)到0.38MPa時(shí)，切斷液氨進(jìn)料。在氨氣出口管線上裝有溫度檢測(cè)器，當(dāng)溫度低于10°C時(shí)切斷液氨進(jìn)料，是氨氣至緩沖槽維持適當(dāng)溫度及壓力。蒸發(fā)槽也安裝安全閥，防止設(shè)備壓力異常過高。3.5.5氨氣緩沖槽液氨經(jīng)液氨蒸發(fā)器蒸發(fā)為氨氣后進(jìn)入氨氣緩沖罐，其作用是對(duì)氨氣進(jìn)行緩沖作用，保證氨氣有一個(gè)穩(wěn)定的壓力。氨氣緩沖罐的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要包括氨氣的進(jìn)出口、安全閥以及排污閥等。3.5.6稀釋罐氨稀釋罐屬于可能出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)處理氨排放的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，不同的制造商制造的氨稀釋罐是不同的，廢氨稀釋系統(tǒng)把位于氨區(qū)內(nèi)的設(shè)備排出和泄漏的氨氣進(jìn)行稀釋。觀眾的稀釋水需要周期性更換，排到廢水池中。3.5.7氨區(qū)廢水處理氨區(qū)稀釋罐的排放水、氨灌噴淋冷卻水等一般都通過溝道或管道等收集到氨區(qū)的廢水池中，由于廢水具有一定的腐蝕性，所以一般需要通過廢水泵，將脫硝廢水排到全廠廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理后排放。廢水泵可以選擇自吸泵或液下泵，工程中根據(jù)需要或業(yè)主的要求確定。3.5.8氨區(qū)的氮?dú)獯祾咴O(shè)計(jì)基于安全方面的考慮，SCR系統(tǒng)的泄氨壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、氨蒸發(fā)器、氣氨罐等都備有氨氣吹掃管線和與之配套的八字盲板隔離。一般在與槽車接口處，軟管后每根管道都有旁路管道DN20連接到排放系統(tǒng)，這是用于泄氨前后排出管道中的空氣，防止氨與系統(tǒng)中殘余的空氣形成爆炸混合物造成危險(xiǎn)。具體操作是：將氨氣分別以0.5、1.0、1.5MPa的壓力充入，在分別排入廢水箱，通過三次加壓查漏、三次置換空氣，系統(tǒng)可以進(jìn)氨；泄氨完，關(guān)閉進(jìn)出口管道閥門，再加入氨氣，使軟管中的氨氣得到稀釋，再將管道內(nèi)的氣體排入廢水箱，如此三次可將管道內(nèi)的氨氣置換完。如果泄氨管路閥門泄漏，可關(guān)閉壓縮機(jī)后切斷閥門，對(duì)這段管道用氨氣置換后再更換閥門。3.5.9管道、閘門及其附件材質(zhì)要求根據(jù)氨的弱堿性、系統(tǒng)運(yùn)行壓力及腐蝕性，所有接觸氨的管道可用碳鋼管或不銹鋼管作為氨氣管，氨系統(tǒng)中的所有閥門及其附件所有閥門的墊圈禁止采用銅質(zhì)材料。3.6氨區(qū)的布置按照相關(guān)的規(guī)定規(guī)范要求，并結(jié)合電廠總平面布置的要求，氨區(qū)的布置一般都是遠(yuǎn)離主廠布置。實(shí)際布置時(shí)，為了保證氨區(qū)及電廠的安全運(yùn)行，氨區(qū)的布置一般要遵循以下原則：（1）儲(chǔ)氨區(qū)布置在電廠全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)。（2）按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)好人規(guī)定，確定罐區(qū)與周邊建筑物的防火間距。（3）確定罐區(qū)與廠內(nèi)主要道路及次要道路的防火間距符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。（4）確定合理的罐區(qū)內(nèi)設(shè)備防火間距。（5）罐區(qū)要設(shè)防火堤。（6）儲(chǔ)罐、制氨氣區(qū)域上面設(shè)置遮陽設(shè)施。（7）泄氨、儲(chǔ)罐區(qū)需要設(shè)冷卻噴淋和消防噴淋裝置。（8）罐區(qū)要設(shè)消防通道。氨區(qū)的布置詳見附圖一。第四章燃煤電廠煙氣脫硝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析4.1概述燃煤煙氣脫硝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析是一項(xiàng)系統(tǒng)性強(qiáng)、涉及面廣的評(píng)價(jià)工作，它包括評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)方法等的確定，技術(shù)性能分析，經(jīng)濟(jì)分析和綜合評(píng)價(jià)等。我國(guó)燃煤煙氣脫硝工藝和裝置的選擇應(yīng)重視技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，并應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：（1）立足長(zhǎng)遠(yuǎn)隨著人們對(duì)健康、環(huán)境越來越重視，國(guó)家的環(huán)保政策也越來越嚴(yán)格，故而火電廠在脫硝系統(tǒng)建設(shè)和改造的時(shí)候，一定要認(rèn)真考慮將NOX的濃度控制在較低范圍內(nèi)。（2）技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，并有較多的應(yīng)用業(yè)績(jī)火電廠脫硝的方式有很多，在國(guó)家有關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)助下，適當(dāng)開展及實(shí)現(xiàn)一些成本低、效率高的中式規(guī)模的脫硝技術(shù)。（3）節(jié)約成本主要包括脫硝工程建設(shè)的投資盡可能節(jié)省，脫硝裝置的布置在空間上緊湊、合理，還原劑、水和能源消耗較少，運(yùn)行費(fèi)用教低，還原劑的來源可靠、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉。目前，在世界各國(guó)應(yīng)用較廣泛的脫硝技術(shù)主要有SCR法、天然氣再燃法、超細(xì)煤粉再燃法、低NOX燃燒器、燃燒優(yōu)化調(diào)整（含空氣分級(jí)燃燒）等，下表對(duì)這幾種脫硝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了一個(gè)模糊的評(píng)價(jià)。表4.1幾種脫硝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)比較指標(biāo)SCR技術(shù)天然氣再燃超細(xì)煤粉再燃法低NOX燃燒器燃燒優(yōu)化調(diào)整投資成本300160506060運(yùn)行成本0.050.0380.010.0050.002脫硝效率＞8060555040技術(shù)成熟度高中等低高高在這些脫硝設(shè)計(jì)中，SCR具有占地小、脫硝效率高、技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠性好、技術(shù)進(jìn)步快等優(yōu)點(diǎn)，使它在與眾多的脫硝技術(shù)中脫穎而出，獲得了業(yè)主們的廣泛青睞。表4.2為國(guó)外幾家電廠已運(yùn)行SCR脫硝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。由表4.2看出，各電廠SCR脫硝成本差異較大。SCR的投資成本主要是由鍋爐的結(jié)構(gòu)特性和燃料特性決定的。除上面提到的因素外，還與機(jī)組的容量、燃料中微量元素的含量、脫硝率、入口NOX濃度、氨逃逸率、煙氣溫度以及催化劑的布置安排等多種因素有關(guān)。SCR的總投資主要包括SCR裝置設(shè)備費(fèi)、建筑工程費(fèi)、安裝工程費(fèi)、工程技術(shù)服務(wù)總費(fèi)用等，根據(jù)工程規(guī)模的不同，總費(fèi)用存在一定的差距。表4.2國(guó)外電廠已運(yùn)行SCR脫硝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)機(jī)組容量/(MW)未脫硝前NOX含量/10NOX脫硝率/%投資成本/（美元/kw）氨逃逸/10540170080125.2554057080105.255404308