【基于低溫SCR脫硝技術(shù)的16萬方焦化煙氣脫硝系統(tǒng)工藝設(shè)計15000字（論文）】

基于低溫SCR脫硝技術(shù)的16萬方焦化煙氣脫硝系統(tǒng)工藝設(shè)計氮氧化物NOx作為主要的大氣污染物之一，是生成光化學污染的重要前體物，同時也是形成區(qū)域細微粒子污染及灰霾的重要原因。此外，氮沉降量的增加會導致地表水的富營養(yǎng)化和陸地、濕地、地下水系的酸化和毒化，從而對陸地和水生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，最終對人體健康和生態(tài)環(huán)境安全產(chǎn)生不利影響。焦爐煙氣是氮氧化物排放的主要來源之一，目前我國焦爐約有兩千余座，總體氮氧化物排放體量較大,因而，實施焦爐行業(yè)煙氣中的NOx治理及減排是關(guān)系到國計民生的大事。本文以16萬方焦化行業(yè)的煙氣為對象，對焦化煙氣的脫硝系統(tǒng)進行具體的工藝設(shè)計和優(yōu)化。煙氣條件以行業(yè)內(nèi)的典型煙氣參數(shù)和溫度為設(shè)計計算基礎(chǔ)，對比選取合適的SCR脫硝工藝，以中低溫SCR方案為基礎(chǔ)工藝路線，采用液氨作為反應(yīng)過程的還原劑，利用蜂窩式催化劑，搭建催化反應(yīng)器，完成脫硝系統(tǒng)的物料衡算及熱量衡算，進行了主體反應(yīng)器和相關(guān)輔助設(shè)備和管路的設(shè)計，最終初步完成一套技術(shù)上可行，經(jīng)濟上相對合理的脫硝工藝方案，使煙氣中NOx排放指標符合國家和地方排放標準要求。關(guān)鍵詞：氮氧化物（NOX），SCR脫硝，催化劑，系統(tǒng)設(shè)計TOC\o"1-3"\h\u148301緒論 頁共37頁1緒論1.1背景和意義氮氧化物(NOX)作為主要的大氣污染物之一，是生成光化學污染的重要前體物，同時也是形成區(qū)域內(nèi)細微粒子污染及灰霾的重要原因，全世界三個大氣環(huán)境問題（溫室效應(yīng)、酸性降雨、臭氧層破壞）均與NOX的排放密切相關(guān)。氮氧化物含量超過150ppm時，會開始對人類的呼吸器產(chǎn)生強烈的刺激作用，造成兒童肺部發(fā)育受損[1]。氮氧化物還能與大氣層的臭氧結(jié)合生成會導致人類呼吸和眼睛系統(tǒng)疾病的有毒化合物。氮氧化物作為酸性氧化物，與雨水結(jié)合后會形成對建筑物、森林和農(nóng)作物等危害巨大的酸雨。酸雨一方面會與土壤中的礦物質(zhì)結(jié)合造成土壤中礦物質(zhì)的流失，影響植被的正常生長;另一方面會誘發(fā)病蟲害，造成農(nóng)作物減產(chǎn)。酸雨還會引起“黑殼”效用，會溶解建筑物表面的建筑材料，造成建筑物變形、出現(xiàn)裂縫等，破壞建筑物的牢固性和美觀性[2]。近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國能源消費量逐年增加，氮氧化物排放量持續(xù)增長。據(jù)統(tǒng)計，我國氮氧化物年排放總量已超過2500萬噸，年均增長率接近5.2%，排放量位列世界首位，按照目前的發(fā)展趨勢，預計2030年排放量將達到3500萬噸[3]。我國嚴峻的氮氧化物排放現(xiàn)狀造成嚴重的環(huán)境污染問題，尤其是京津冀地區(qū)，環(huán)境污染和霧霾天氣尤為嚴重，控制氮氧化物的排放己刻不容緩?；痣姀S、煉鐵廠、化工廠等有燃料燃燒的固定發(fā)生源以及工業(yè)流程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，排放NOX量約占到人為排放總量的90%以上。目前電力行業(yè)已經(jīng)幾乎實現(xiàn)了超低排放，隨著環(huán)保意識的提高，我國相應(yīng)相繼出臺了部分政策法規(guī)，NOx減排的勢頭已經(jīng)逐步在非電行業(yè)內(nèi)展開[4]。目前，我國焦爐約有2000余座，龐大的焦爐基數(shù)也決定了煉焦產(chǎn)生的氮氧化物量也十分龐大[5,6]。國標GB16171-2012《煉焦化學工業(yè)污染物排放規(guī)定》規(guī)定，從2015年1月1日起，常規(guī)地區(qū)焦爐煙氣中氮氧化物排放量不超過300mg/m3，重點地區(qū)排放量不超過150mg/m3[7]。雖然部分地區(qū)相繼提出更為嚴格的排放限值，如四川省于2020年3月開始執(zhí)行大氣污染物的特別排放限值；山東省頒布DB37/2376—2019《山東區(qū)域性大氣污染物綜合排放標準》，重點地區(qū)執(zhí)行煙塵（10mg/m3）、二氧化硫（30mg/m3）、氮氧化物（100mg/m3）[8]。但在焦爐行業(yè)高煙氣量的現(xiàn)實條件下，氮氧化物產(chǎn)生和排放總量仍十分龐大。表1-1GB16171-2012煉焦化學工業(yè)大氣污染物的特別排放限值排放環(huán)節(jié)煙塵（mg/m3）二氧化硫（mg/m3）氮氧化物（mg/m3）焦爐煙囪1530150因此，研究與治理焦化行業(yè)的NOX污染問題已成為國際環(huán)保領(lǐng)域的主要方向，如果不能有效控制NOX的排放，其將對我國的大氣環(huán)境造成嚴重的污染，對我們?nèi)祟惖慕】翟斐晌：蛽p傷。1.2國內(nèi)外煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展氮氧化物的減排控制最先應(yīng)用于火力發(fā)電行業(yè)，采用的技術(shù)改造路線主要有兩種，一是減少燃燒過程中NOx的生成量，控制技術(shù)為潔凈燃燒技術(shù)；二是對燃燒后煙氣中的NOx進行治理，根據(jù)處理過程及產(chǎn)物中是否有水存在或產(chǎn)生，可分為干法、濕法兩大類[9]。1.3.1潔凈燃燒技術(shù)清潔燃燒技術(shù)包括運用低氮燃燒器和低NOx燃燒技術(shù)，現(xiàn)有工業(yè)窯爐運用較為普遍，運行時無額外的費用，操作簡單，但該技術(shù)效率較低，通常作為氮氧化物的前端控制技術(shù)[10]。表1常見的潔凈燃燒技術(shù)介紹及對比低氮燃燒器空氣分級燃燒燃料分級燃燒煙氣再循環(huán)運用普遍性中多少少脫硝效率一般10-15%，不影響正常生產(chǎn)時為5%～10%。一般可達30%左右，不影響正常生產(chǎn)時為15%～20%?？蛇_30%，不影響正常生產(chǎn)時15%～25%。煙氣循環(huán)量在15-20%時，效率為25%左右。缺點設(shè)備及維修費用較高，一次風和煤粉控制要求較高。掌握好分風和分料的比例，否則分解爐可能出現(xiàn)塌料現(xiàn)象。對分解爐的工況影響較大，施工周期較長。場地大，投資大，效率受循環(huán)風量影響。投資進口：80-130萬左右；國產(chǎn)：30-80萬左右。對應(yīng)的生產(chǎn)線為2500t/d-7200t/d，總投資為50～150萬。50~80萬左右。200萬左右。1.3.2干法煙氣脫硝技術(shù)干式煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇性非催化還原法（SNCR）、選擇性催化還原法(SCR)、熾熱炭法、電子束照射法、活性炭吸附法等[11]。目前，國內(nèi)外脫除煙氣中氮氧化物的主要方法集中在選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)兩種。選擇性催化還原法（SCR）選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)，是指在催化劑和氧氣存在的條件下，還原劑（如氨、CO或碳氫化合物等）有選擇的將煙氣中的氮氧化物還原成N2和H2O來減少NOX排放的技術(shù)。通過使用恰當?shù)拇呋瘎?，上述反?yīng)可以在280-420℃范圍內(nèi)進行。在NH3/NOX摩爾比等于1的時候，轉(zhuǎn)化率可達到80%-90%。SCR法是脫硝效率最高、最為成熟的脫硝技術(shù)。對于環(huán)境要求日益嚴格的地區(qū)，有相當好的應(yīng)用前景.選擇性非催化還原法（SNCR）選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術(shù)，是把爐膛作為反應(yīng)器，直接向爐膛內(nèi)噴入NH3或氨基還原劑，還原劑與煙氣中的NOX反應(yīng)，將其還原為N2和H2O。該方法不需要催化劑，反應(yīng)溫度較高，當NH3/NOX摩爾比為2-2.3的時候，脫硝效率為30%—50%，而且還原劑消耗量較大。表1常見干法煙氣脫硝技術(shù)介紹及對比SNCRSCR熾熱炭法活性炭吸附法電子束照射法原理不使用催化，利用還原劑將NOx還原成氮氣和水。使用催化劑，利用還原劑將NOx還原成氮氣和水利用炭質(zhì)固體還原NOx，屬于非選擇性非催化還原利用活性炭的較大比表面積來的吸附能力高能電子撞擊H2O,O2產(chǎn)生強氧化性的自由基，將NO氧化成NO2,并于水、氨反映生產(chǎn)硝銨化肥。溫度條件800-1000℃視催化劑溫度活性而定600-850℃小于180℃最佳溫度60-70℃脫硝劑20%~25%氨水20%~25%氨水無無20%~25%氨水效率可達75%。實際運用30-50%90%左右效率受溫度，流速，炭質(zhì)等因素影響30-60%70℃時達到88%優(yōu)缺點系統(tǒng)簡單，占地面積小；無需催化劑；投資費用較低，運行成本較高，氨逃逸高；氨水耗量大；脫硝效率高達95%；氨逃逸低；氨水耗量少，投資成本較高，運行費用較高。需脫硝催化劑，失效為危廢；催化劑需要定期更換；增加系統(tǒng)運行阻力；不需要催化劑，C價格相對便宜，來源廣；煙氣中存在氧氣，C消耗大。脫硫脫硝一體化；適應(yīng)煙氣范圍廣，脫硝效率低；阻力大；占地大；易自燃；再生頻繁，水耗大；投資成本高，運行成本高（包括制酸）可脫硫脫硝，氨吸收后的終極產(chǎn)品是化肥，不產(chǎn)生二次污染，價格運行成本高。1.3.3濕法煙氣脫硝技術(shù)常見的濕法煙氣脫硝技術(shù)包括絡(luò)合吸收法、酸/堿吸收法、氧化吸收法及液相還原吸收法[12,13]。技術(shù)要點如下表所示。液體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。我國化工行業(yè)廢氣處理常采用這些方法，對NOx酸性氧化物中以NO為主的燃煤煙氣不實用。濕法脫硝和脫硫類似，會在煙囪尾部形成白煙，白煙消除目前頻繁被提出，使用濕式技術(shù)需重視這一點[14]。表1常見濕法煙氣脫硝技術(shù)介紹及對比濕式絡(luò)合吸收法酸吸收法堿液吸收法氧化吸收法液相還原吸收法原理液相絡(luò)合劑低溫下直接同NO反應(yīng)，增加NO在水中的溶解性，高溫下解析出高濃度NOx。本質(zhì)是物理吸收。本質(zhì)是酸堿中和反應(yīng)。通過氧化劑將NO氧化成NO2，再采用堿液等吸收。利用液相還原劑將NOX還原成N2的方法。脫硝劑FeSO4等絡(luò)合吸收劑12%以上硝酸多采用NaOH（30%）和Na2CO3（10-15%）作為脫硝吸收劑氧化劑（有催化氧化、化學氧化、硝酸氧化等幾種）+堿液亞硫酸鹽、硫化物、硫代硫酸鹽、尿素等。效率60%以上10-20℃，吸收效率為80%以上，38℃時為20%60-90%如:K2MnO4用于脫硝，效率可達90-95%。隨NOX的氧化度升高而升高。優(yōu)缺點直接添加到石灰石石膏法等脫硫設(shè)備中，可實現(xiàn)脫硫脫硝，節(jié)省高額投資；反應(yīng)速度待提高；NOx解析回收工藝復雜，成本較高工藝簡單，易于控制回收NOx；汽液吸收比率小，酸損耗大，能耗高。NOX中的NO2含量越高，吸收效率最高。常壓下NO的吸收率較低，不適宜于處理低濃度的NOx?？赏瑫r脫硫脫酸，但化學氧化劑往往成本高、制取難；酸氧化方式受溫度影響大，氧化溫度不超過40℃。對NO反應(yīng)速率低，且會發(fā)生副反應(yīng)。1.3設(shè)計任務(wù)本文以16萬Nm3焦化行業(yè)的煙氣為對象，對焦化煙氣的脫硝系統(tǒng)進行具體的工藝設(shè)計和優(yōu)化，借助中低溫SCR脫硝技術(shù)，實現(xiàn)焦爐煙氣排放指標值達到國家標準。已知條件為：原料氣及主要工藝條件：1）排放煙氣中NOx含量：700mg/m3；焦化廠排放的煙氣是經(jīng)過處理后的凈煤氣燃燒后排放的煙氣，因而SOx含量本文忽略不計。2）煙氣排放量：160000Nm3/h；3）煙氣溫度：290℃；4）煙氣壓力：1個標準大氣壓；5）煙氣組成：（單位：體積%）組分：H2OCO2O2N2NOX合計組成：20.196.683.6569.440.04100使排放煙氣中NOX含量<150mg/m3(即脫硝率在79%以上)。設(shè)計內(nèi)容與要求：查閱相關(guān)文獻，收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)工藝路線選擇3）物料及熱量衡算4）設(shè)備計算、設(shè)備選型、工藝設(shè)備一覽表5）物料流程圖6）管道及儀表流程圖7）設(shè)備平面布置圖2工藝流程設(shè)計2.1焦爐煙氣特點冶金行業(yè)中，焦爐是造成大氣污染最嚴重的設(shè)備之一。我國大多數(shù)焦爐使用的是焦爐煤氣加熱方式，其煙囪會排放大量的污染物，焦爐煙氣中會含有硫化氫、CO、甲烷及焦油等多種污染物，煙氣成分相對復雜[15,16]。通常其特點可概括為以下幾點：（1）煙氣水含量差異大。高爐煤氣的可燃成分以CO為主，而焦爐煤氣的可燃成分以H2和CH4為主。用高爐煤氣或混合煤氣加熱的焦爐，煙氣含水量一般在5%~8%；而用焦爐煤氣加熱的焦爐，煙氣中的水含量可達20%左右。由于燃料含氫量的差異，兩種煙氣含水量相差10%以上。（2）SO2含量較低。焦爐使用的高爐煤氣或焦爐煤氣燃燒之前已經(jīng)過凈化，所以含硫量較低。焦爐煙氣中SO2濃度一般在60~800mg/Nm3，多數(shù)在100~300mg/Nm3之間。（3）煙塵含量低。焦爐燃燒的高爐煤氣或焦爐煤氣基本上沒有攜帶粉塵，焦爐煙氣粉塵含量一般在10~50mg/Nm3在之間。（4）氮氧化物的濃度變化范圍廣、濃度高；燃燒溫度對熱力型NOx生成有決定性的作用，當溫度高于1600℃后，熱力型NOx量按指數(shù)規(guī)律迅速增加。大型焦爐在用混合煤氣加熱時，火焰溫度通常為1750~1800℃，煙氣中的NOx含量一般在300~500mg/Nm3；用焦爐煤氣加熱時，火焰溫度通常為1850~1900℃，煙氣中的NOx可達1000-1500mg/Nm3[17]。（5）溫度相對較低，通常溫度在180℃-208℃之間；用高爐煤氣加熱的焦爐，排煙溫度一般在230~300℃；用焦爐煤氣加熱的焦爐，排煙溫度一般在170~210℃。對于多數(shù)焦化廠而言，煙氣溫度在180~250℃之間。（6）SO2和氮氧化物隨生產(chǎn)周期性變化，且濃度變化范圍較大；由于焦爐換向的需要，焦爐煙氣排放量及煙氣中NOx含量均呈周期性波動，波動的極值差別較大。（7）焦爐爐體存在煙風竄漏，由于焦爐炭化室墻面有不同程度的裂紋或縫隙存在，且炭化室內(nèi)荒煤氣為正壓，墻面另一側(cè)燃燒室立火道為負壓，當炭化室墻面上的裂紋或縫隙未被沉積碳完全堵死時，荒煤氣就會從炭化室漏入燃燒室立火道。隨著焦爐爐齡增長，裂縫數(shù)量越來越多，裂縫寬度越來越大，焦爐串漏問題難以完全避免[18]。焦爐串漏導致煙氣中含有焦油、碳粉、煤粉等復雜成分，同時會引起NOx和SO2含量的變化。（8）焦爐煙囪必須始終屬于熱備用狀態(tài)，煙氣溫度不允許低于煙氣的露點溫度，且不能低于130℃。2.2工藝路線選擇選擇具體工藝路線也就是選擇適宜的脫硝方法，通過對現(xiàn)有脫硝方法的全面對比分析，從中選擇出技術(shù)先進、經(jīng)濟相對合理的工藝路線，在技術(shù)成熟度、投資額及運行成本等多方面權(quán)衡比較，以保證技術(shù)實施后后能達到高產(chǎn)值、低能耗、優(yōu)質(zhì)和安全運轉(zhuǎn)等運行指標[19,20]。工藝路線確定通常情況下重點考慮以下幾個方面的內(nèi)容：（1）NOx排放濃度和排放量必須滿足國家和當?shù)卣h(huán)保要求;（2）脫硝工藝要適用于工程已確定的煤種條件,并考慮燃煤來源的變化可能性;（3）脫硝工藝要做到技術(shù)成熟、設(shè)備運行可靠,并有較多成功的運行業(yè)績;（4）根據(jù)工程的實際情況盡量減少脫硝裝置的建設(shè)投資;（5）脫硝裝置應(yīng)布置合理（6）脫硝劑要有穩(wěn)定可靠的來源;（7）脫硝工藝脫硝劑、水和能源等消耗少,盡量減少運行費用;（8）檢修和維護費用小。本工程待處理的煙氣為焦化廠排放煙氣，煙氣量達到16Nm3/h，且原煙氣中NOx數(shù)值達到700mg/m3，要滿足現(xiàn)有國家及地方規(guī)范中要求的排放指標150mg/m3，甚至更為嚴格的100mg/m3，不僅所需要的還原劑消耗量巨大，且脫硝效率至少要達到79%-86%以上。且通常情況下，焦爐煙氣是經(jīng)過處理后的凈煤氣燃燒后排放的煙氣，SO2含量很低，能避免粘結(jié)性的硫酸氫氨產(chǎn)生。綜合分析上述所列舉的脫硝技術(shù)路線的優(yōu)缺點和投資經(jīng)濟性，要滿足上述脫硝效率及其他相關(guān)要求，本文最終決定選用選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝。2.3工藝流程設(shè)計工藝路線確定后，緊接著進行工藝流程設(shè)計。工藝流程設(shè)計是項嚴謹復雜的工作，需要從技術(shù)、經(jīng)濟、社會安全和環(huán)保等多方面進行綜合考慮。常規(guī)設(shè)計過程中，需要嚴格按照標準及規(guī)范要求，并充分考慮廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)有可利用的資源及條件，已降低工藝技術(shù)的運行成本，提升技術(shù)先進性指標。2.2.1選擇性催化還原法的工藝原理選擇性催化還原法SCR的反應(yīng)機理比較復雜，化學過程的實質(zhì)是以氨為還原劑，在一定溫度和催化劑的作用下，有選擇性地將焦爐煙氣中的NOX還原成氮氣：4NO+4NH3+O2—4N2+6H2O（1）2NO2+4NH3+O2—3N2+6H2O（2）常規(guī)焚燒煙氣中95%地氮氧化物以NO形式存在，而NO2占比甚少，因此在設(shè)計計算過程中主要考慮氮氧化物是NO，（1）反應(yīng)是催化還原的主要反應(yīng)方程式。通常在無催化劑條件下，催化還原法的反應(yīng)溫度在980℃左右，也就是常規(guī)SNCR的反應(yīng)溫度區(qū)間，但催化劑可降低催化反應(yīng)的活化能，合理選擇適宜的催化劑，可使反應(yīng)溫度得到顯著降低，常規(guī)催化劑在280℃-420℃就可以反應(yīng)，化學反應(yīng)所需的NH3/NOX摩爾比約為1。通過在網(wǎng)絡(luò)查詢和論文資料中了解到，目前市面上還開發(fā)了反應(yīng)溫度低至200℃的活性催化劑，并已經(jīng)在焦化行業(yè)內(nèi)得到使用，也實現(xiàn)了焦化行業(yè)煙氣中NOx的超低排放[21]。通常，在280℃-420℃反應(yīng)溫度范圍內(nèi)仍會發(fā)生一系列的副反應(yīng)。一般在溫度達到350℃左右時，氨在高溫下會發(fā)生氧化反應(yīng)，副反應(yīng)化學方程式如下：4NH3+5O2—4NO+6H2O(3)若溫度進一步升高，當溫度達到420℃時，NH3即將發(fā)生熱分解反應(yīng)，反應(yīng)化學如下：2NH3—N2+6H2O(4)此外，在催化劑活性物質(zhì)釩的作用下，煙氣中的一部分SO2在高溫和氧氣的作用下，會被催化氧化成SO3,SO3/SO2的比值被稱為硫的轉(zhuǎn)化率，該值一般要求低于1%，其高低與溫度、催化劑及SO2濃度等因素息息相關(guān)，也是硫酸氫氨和硫酸銨形成的充要條件之一。2.2.2脫硝還原劑選擇脫硝劑氨在反應(yīng)過程中起到關(guān)鍵的作用，在選擇性催化還原反應(yīng)中，制氨系統(tǒng)穩(wěn)定才能保證SCR反應(yīng)系統(tǒng)的順利運行。制備脫硝反應(yīng)所需氨氣，一般有三種方法：純氨法（脫硝劑為液氨）、氨水法（脫硝劑為氨水）、尿素法（脫硝劑為尿素）。液氨純氨有刺激性惡臭味，常溫常壓下為無色氣體，通常以加壓液化方式來儲存，液氨中氨含量通常不低于99.6%。液氨變氣態(tài)時，體積會發(fā)生膨脹至850倍左右，并形成氨云現(xiàn)象。氨蒸汽與空氣混合物爆炸極限為15.7%-27.4%（最易引燃濃度為17%），氨和空氣混合物濃度達到上述范圍遇到明火會燃燒和爆炸。氨為有毒氣體，會導致人急、慢性中毒，嚴重時可導致人死亡。泄漏時，會對人身安全造成很大程度的危害。因而，在交通運輸以及SCR系統(tǒng)使用過程中，都要采取相應(yīng)的安全措施。GB28128-2000《重大危險源辨識》規(guī)定，氨作為有毒物質(zhì)，生產(chǎn)場所儲存量超過10t，則屬于重大危險源，近年來發(fā)生幾期重大爆炸事故，重大危險源液氨的使用和管理也愈發(fā)嚴格，電力行業(yè)紛紛積極開展將液氨儲罐重大危險源治理，推進尿素代替液氨的改造升級進度，盡管這是一種相對不經(jīng)濟的的運行方式[22]。氨水氨水為無色透明液體，有強烈的刺激性氣味，較無水氨相對安全。用于脫硝的還原劑濃度在20%-30%之間，一般采用濃度為25%的氨水。由于運輸?shù)捏w積較大，運輸?shù)某杀鞠鄬^高。氨水呈弱堿性和強腐蝕性，對人體有害，在空氣中達到一定濃度時，也有爆炸的危險。非電行業(yè)其氨水安全性明顯優(yōu)于液氨，目前采用氨水脫硝的項目占據(jù)主導地位。尿素與無水氨和氨水相比，尿素是無毒、無害的化學品，無爆炸可能性，完全沒有危險性。為白色或淺黃色的結(jié)晶體，吸濕性較強，易溶于水。尿素在運輸、儲存中無需安全及危險性任何的考量，更不需任何的緊急程序來確保安全。尿素作為脫硝劑經(jīng)濟性上面較差，尿素參與脫硝反應(yīng)時，還原成份仍是氨，因而在脫硝項目中，尿素需要先進行分解。目前尿素分解制氨主要有尿素熱解制氨和尿素水解制氨，分解過程需要借助高溫環(huán)境或者外界熱原來綜合進行，屬于耗能環(huán)節(jié)。從上述脫硝還原劑的物理化學性質(zhì)和國家相關(guān)的法律法規(guī)看，三種制氨氣方法中，液氨法最具有危險性，尿素法最安全，且在國內(nèi)外脫硝工程中都具有非常廣泛的應(yīng)用。使用液氨制備氨的方法，其系統(tǒng)最簡單，初期投資和運行費用均較低，但是其對安全性要求很高，因為存儲時需要較高的壓力，可能會產(chǎn)生泄漏。尿素制氨法最安全，不受當?shù)胤ㄒ?guī)的限制，并且尿素易于運輸，但是此種方法系統(tǒng)設(shè)備較復雜，設(shè)備投資和運行費用最高。氨水法的占地面積、設(shè)備投資、運行費用介于兩種之間。表3三種脫硝還原劑的比較SCR還原劑液氨氨水尿素脫硝劑成本便宜貴最貴生成1Kg氨氣所需原料1.01kg（99%氨）4kg（25%氨）1.76kg運輸成本便宜貴便宜安全性有毒有害無害儲存條件高壓常壓常壓，干態(tài)（防潮解）儲存方式儲罐（液態(tài)）儲罐（液態(tài)）料倉（微粒狀）初始投資費用總投資額小總投資額大總投資額大運行費用便宜，需熱量蒸發(fā)液氨貴，需高熱量蒸發(fā)貴，需高熱量水解尿素和蒸發(fā)氨設(shè)備運行要求有相關(guān)法律規(guī)定需要基本不需要通常同一工程相同技術(shù)條件下，液氨：尿素：氨水的消耗量之比為1:4:1.8，目前液氨價格約3000元/噸，氨水（濃度22%）價格大約為800元/噸，尿素價格約為1500元/噸，因而三種脫硝還原劑原料中，液氨的投資、運輸和使用成本都為三者最低，但是液氨在運輸和使用過程中，都需要嚴格執(zhí)行相關(guān)的安全法律法規(guī)。尿素基本無危險性，購買、運輸都很方便，但是制氨系統(tǒng)復雜、占地面積大、初期投資大、運行費用高。氨水法濃度較低，較液氨稍安全，與液氨相比，運輸和貯存不存在液氨的安全問題，但是運輸和貯存費用較液氨高，但當使用氨水作為還原劑時，通常焦爐煙氣溫度通常較低，甚至部分項目采用熱風爐補燃的方式，氨水噴入后，水分汽化吸熱會降低煙氣溫度，影響催化劑活性，對項目正常運行會帶來隱患。綜上所述，經(jīng)過綜合比較選擇液氨作為還原劑較為適宜，雖然液氨具有一定危險性，但是該技術(shù)總體上比較成熟，只要在設(shè)計過程中充分關(guān)注不安全因素，可最大程度消除危險隱患。2.2.3催化劑的選擇催化還原反應(yīng)的發(fā)生是催化劑來促進的，因而催化劑在脫硝反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。催化劑的投資在整個脫硝系統(tǒng)中占據(jù)較大比例，常規(guī)項目催化劑投資約占總投資的40%左右。催化劑的壽命一般在2-3年左右，催化劑更換頻率的高低直接影響整個脫硝系統(tǒng)的運行成本，因此，催化劑的選擇是整個SCR系統(tǒng)中重點。SCR催化劑主要有三種形式即：板式催化劑、蜂窩式催化劑和波紋板式催化劑，其中主要以版式和蜂窩狀為主。催化劑通常以TiO2為載體，活性成分為V2O5、WO3、MoO2等，板式催化劑是以不銹鋼網(wǎng)格為基材,表面涂TiO2和一定數(shù)量的活性成分V2O5、WO3、MoO2。而蜂窩式催化劑無基材,在TiO2中摻入一定比例的活性成分,然后通過擠壓成型[23]?，F(xiàn)將兩種常見催化劑比較結(jié)果列如下表：表4催化劑形式比較表項目蜂窩式板式催化劑活性活性良活性良制作工藝TiO2和活性組分擠壓成型，活性均勻用不銹鋼作為基材，表面涂層為活性組分比表面積幾何比表面積大幾何比表面積小同等條件下所需體積量體積相對較小體積相對大抗中毒能力抗中毒能力中等抗中毒能力強抗堵塞能力壁面夾角小，需增大孔徑壁面夾角小，不易堵灰抗磨損能力耐沖刷較差，迎灰面硬化處理耐沖刷性好煙氣阻力阻力適中阻力小SO2/SO3轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率高轉(zhuǎn)化率低本文設(shè)計煙氣是凈煤氣燃燒后的產(chǎn)物，故飛灰量極少，煙氣溫度相對固定在290℃左右，熱沖擊能力很小。綜合比較應(yīng)用較為普遍的板式和蜂窩催化劑，在相同煙氣條件下蜂窩式所需體積量小，反應(yīng)器體積也相應(yīng)減小。焦爐煙氣通常溫度較低，目前市面上存在特種中低溫催化劑和常溫催化劑，其價格差別也較大。綜合本文煙氣情況和投資額，最終選擇常規(guī)蜂窩式催化劑。表5常規(guī)蜂窩式催化劑典型規(guī)格孔數(shù)孔202540催化劑截面mm150150150長度mm500-1000500-1000500-1000孔道密度孔/cm孔道壁厚mm截距mm幾何比表面積m2/m3430520860孔隙率——0.660.630.66單位壓降hPa/m根據(jù)上述催化劑規(guī)格和設(shè)計焦化煙氣情況，從節(jié)省投資和縮小反應(yīng)設(shè)備體積等方面考慮，本文選用常規(guī)多孔催化劑規(guī)格，具體參數(shù)如下表所列：催化劑形式催化劑截面(mm)長度(mm)孔數(shù)（孔）孔道密度(孔/cm2)孔道壁厚（mm）截距（mm）幾何比表面積（m2/m3）孔隙率蜂窩式150800408600.662.2.4工藝流程確定國內(nèi)脫硝最先起步于燃煤電廠，因而火電行業(yè)煙氣脫硝在工藝和技術(shù)上比較成熟，焦化行業(yè)近年來煙氣排放標準漸嚴，不少廠區(qū)也相繼進行了煙氣脫硝工藝改造。火電行業(yè)和和焦化行業(yè)燃料雖然都是煤炭，但煙氣卻差別較大，焦化行業(yè)排放煙氣是經(jīng)預處理后煤氣燃燒排放地煙氣，火電行業(yè)是煤碳燃燒后直接排放的煙氣，工藝流程和關(guān)鍵設(shè)備均差異較大。本設(shè)計通過借鑒大量科技文獻和網(wǎng)絡(luò)資源，對比分析了目前脫硝技術(shù)的特點和常規(guī)催化劑的反應(yīng)最佳條件，最終確定了SCR催化脫硝放應(yīng)工藝和常規(guī)蜂窩式催化劑，下圖為工藝流程簡圖：290℃煙氣直接排放或余熱回收SCR290℃煙氣直接排放或余熱回收SCR反應(yīng)器鍋爐鍋爐氨/空氣混合器氨/空氣混合器氨氣緩沖罐氨氣緩沖罐液氨蒸發(fā)器液氨蒸發(fā)器液氨儲罐液氨儲罐工藝流程具體描述如下：液氨由槽車輸送至液氨儲罐內(nèi)貯藏，液氨儲存壓力一般取決于儲罐溫度。脫硝催化反應(yīng)進行時，通過液氨蒸發(fā)器中的熱氣、熱水加熱作用，液氨被減壓升溫蒸發(fā)成氨氣，再輸送至氨氣緩沖罐內(nèi)留以備用，緩沖罐中儲存氨氣經(jīng)調(diào)壓閥減壓輸送到空氣/氨氣混合器中。此時系統(tǒng)內(nèi)鼓風機向混合器中送進與氨氣量成固定配比的空氣量，形成的混合氣體中保證氨氣含量不大于5%，稀釋后的氨氣空氣混合氣體經(jīng)噴射系統(tǒng)注入到反應(yīng)器內(nèi)的煙道格柵中，與焦爐內(nèi)的原燃燒煙氣混合?；旌暇鶆虻臒煔庠诜磻?yīng)器中經(jīng)導流板初步整流，再通過整流格柵均布流場后與催化劑層充分接觸反應(yīng)，選擇性催化還原過程進而發(fā)生，原焦爐煙氣中的NOX進而反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無污染特性的的N2和H2O,使煙氣達到國家規(guī)定的排放要求值，然后直接排放大氣中或進一步余熱回收。本文原煙氣溫度設(shè)定為290℃，屬于選擇性催化還原反應(yīng)中常規(guī)催化劑的活性反應(yīng)區(qū)間，可直接接入SCR催化反應(yīng)器入口。查閱部分企業(yè)的工程案例，有部分煙氣溫度達不到SCR活性反應(yīng)溫度區(qū)間的，其通常在SCR反應(yīng)前端增設(shè)燃燒煤氣的熱風爐，通過高溫燃燒廢氣來提升原煙氣溫度，保證反應(yīng)的發(fā)生；也有部分項目采用低溫催化的技術(shù)路線，不提升煙氣溫度，改用低溫下高活性的低溫SCR催化劑，上述兩種路線設(shè)計計算的理念和思路也大同小異，均能保證脫硝效果。

3工藝平衡計算3.1物料衡算3.1.1已知條件本文設(shè)計的煙氣條件具體如下表，煙氣溫度在290℃，標況下煙氣量為160000nm3。煙氣中主要成分包括為H2O、N2、CO2、O2，不考慮SO2、HCl等成分。煙氣情況煙氣成分總流量m3/h溫度℃壓強paNOX濃度mg/m3H2OCO2O2N2NOX1600002901013257000.20190.06680.03650.69440.0004圖3-1為SCR脫硝反應(yīng)的物料流程示意圖，NH3/NOX摩爾比設(shè)計為1，在進入脫硝反應(yīng)器之前，NH3與空氣預先混合，混氣體合的中氨濃度為5%，空氣為理想空氣，只考慮N2和O2,反應(yīng)溫度在290℃時，煙氣中NOX轉(zhuǎn)化率在85-90%。NH3NH3、N2、O2HH2O、CO2、O2、N2、NO、NO2、NH3SCR反應(yīng)器SCR反應(yīng)器H2O、COH2O、CO2、O2、N2、NO、NO2圖3-1物料流程示意圖3.1.2數(shù)據(jù)計算根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程中氣體P、V、T的計算關(guān)系，可求得煙氣在工況下的體積流量為329870.03m3/h。由已知煙氣成分數(shù)據(jù)可求得煙氣的平均摩爾質(zhì)量M為：M=18.0153×0.2019+28.013×0.6944+31.9988×0.0365+46.0055×0.0004+44.0095×0.0668=27.20煙氣密度確定也可參考上式，采用加權(quán)平均計算的方式求取標態(tài)下的煙氣密度。在溫度、壓力一定時，理想氣體的密度和相對分子量成正比，通?？諝庠跇藨B(tài)下的分子量為29，標準狀態(tài)下密度為1.292kg/m3，則計算得到標態(tài)下煙氣密度為：ρ=kg/m3。則煙氣中摩爾體積流量為：H2O的摩爾流量為：CO2的摩爾流量為：O2的摩爾流量為：N2的摩爾流量為：NOX的摩爾流量為：NO的摩爾流量為：NO2的摩爾流量為：噴氨前煙氣流量數(shù)據(jù)（摩爾流量kmol/h）合計H2OCO2O2N2NOXNONO27129.4121439.428476.244260.2244950.662.8522.7090.143因為NH3/NOX的設(shè)計摩爾比為1，所以NH3和NOx的摩爾流量相同，供入的氨流量為：2.852kmol/h。氨氣與空氣混合的濃度為5%，故求得加入的空氣摩爾流量為：空氣中氮氣和氧氣比值為79：21，故計算加入氧氣摩爾流量為：加入的氮氣摩爾流量為：液氨蒸發(fā)后的噴氨流量數(shù)據(jù)（摩爾流量kmol/h）NH3空氣N2O22.85257.03545.05811.977故進入SCR反應(yīng)器前，煙氣中包括的氣體組分有原煙氣、氨氣和空氣混合氣，故進入反應(yīng)器前的入口煙氣組分匯總后，如下表（單位kmol/h）：總煙氣流量H2OCO2O2N2NONO2NH37189.2991439.428476.245272.2014995.7212.7090.1432.852進口煙氣各組分質(zhì)量流量為：H2O：18×1439.428=25909.708kg/hCO2：44×4776.245=20954.767kg/hO2：32×272.201=8710.43kg/hN2：28×4995.721=139880.120kg/hNO:30×2.709=81.275kg/hNO2；46×0.143=6.559kg/hNH3：17×2.852=48.48kg/h組分進料kg/h質(zhì)量分數(shù)/%H2O25909.70813.247N2139880.12071.517O28710.434.45NH348.480.025NO81.2750.042NO26.5590.003CO220954.76710.714總計195591.4191煙氣中主要進行以下兩個反應(yīng)：4NO+4NH3+O2—4N2+6H2O（1）2NO2+4NH3+O2—3N2+6H2O（2）脫硝率為85%，所以反應(yīng)物和生成物的摩爾質(zhì)量為(單位kmol/h)反應(yīng)物(單位kmol/h)生成物(單位kmol/h)NONH3O2NO2N2H2O2.3012.5450.6360.1212.4853.818反應(yīng)器出口煙氣流量為H2ON2=O2=NH3=NO=NO2=CO2=反應(yīng)器出口煙氣流量數(shù)據(jù)表（單位kmol/h）H2ON2O2NH3NONO2CO2總計1443.2464998.206271.5650.3070.4060.021476.2457189.996出口煙氣各組分質(zhì)量流量為：H2O：18×1443.246=25978.429kg/hCO2：44×476.245=20954.767kg/hO2：32×271.565=8690.068kg/hN2：28×4998.246=139949.768kg/hNO:30×0.406=12.191kg/hNO2：46×0.021=0.984kg/hNH3：17×0.307=5.212kg/h組分出料kg/h質(zhì)量分數(shù)/%H2O25978.42913.282N2139949.76871.552O28690.0684.443NH35.2120.0027NO12.1910.006NO20.9840.0005CO220954.76710.713總計195591.4191003.1.3物料衡算表物料衡算表數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤恚罕怼?物料衡算表組分進料出料kg/h質(zhì)量分數(shù)/%kg/h質(zhì)量分數(shù)/%H2O25909.70813.24725978.42913.282N2139880.12071.517139949.76871.552O28710.434.458690.0684.443NH348.480.0255.2120.0027NO81.2750.04212.1910.006NO26.5590.0030.9840.0005CO220954.76710.71420954.76710.713總計195591.419100195591.4191003.2熱量衡算3.2.1已知條件SCR催化還原反應(yīng)過程NOX被還原消除，兩個反應(yīng)工藝過程均是放熱反應(yīng)。原煙氣系統(tǒng)中NOX以NO為主體，占據(jù)95%以上，而NO2所占比例不足5%，因此熱量衡算過程中SCR反應(yīng)器內(nèi)主要發(fā)生NO的還原放熱反應(yīng)。因煙氣中不考慮硫的存在，設(shè)計時也不計算硫的的反應(yīng)熱。SCR催化還原反應(yīng)中的主要反應(yīng)方程式如下：4NO+4NH3+O2—4N2+6H2O上述反應(yīng)式的化學反應(yīng)焓計算公式如下：式中：為上述反應(yīng)在標況下的反應(yīng)焓差值；通過文獻可得，在標準狀況下上述反應(yīng)中各參與的反應(yīng)物和生成物的摩爾生成焓值，匯總?cè)缦卤?。?7標況下的摩爾生成焓（KJ/mol）90.25-46.1100-241.82反應(yīng)焓的計算通常借用根據(jù)蓋斯定律，計算得到總反應(yīng)焓方程式如下：=+=-406.87KJ/mol3.2.2數(shù)據(jù)計算以標準狀態(tài)下（273.15K）為基準，求進入反應(yīng)內(nèi)煙氣帶入的熱量。T=查《實用無機熱力學數(shù)據(jù)手冊》[24]，并用插值法求得元煙氣中的各組分在418.15K的定壓比熱：=34.674=42.934=29.650=30.728=30.422=41.408=39.223表-8各組分計算定壓比熱（）H2OCO2N2O2NONO2NH334.67442.93429.65030.72830.42241.40839.223根據(jù)Q=VCP△t計算各組分所帶入熱量為：=1439428×34.674×290476245×42.934×290=5929656159=4995721×29.650×290=42955710559=272200×30.728×290=2425615251=2709×30.422×290=23901384=143×41.408×290=1712245=2852×39.223×290=32437882帶入的總熱量Q=6.58×1010Q=406478.15×2.301kmol/h=934899745J/hQ總=6.58×1010+9.35×108=6.68×1010根據(jù)工廠經(jīng)驗反應(yīng)器熱損失取2%。CP=A1+A2×10-3T+A3×105T-2+A4×10-6T2查《工程熱力學》教材中相關(guān)表格，各組分的A1、A2、A3、A4如下表：CO2H2ON2NONO2O2NH3A144.14129.99927.86527.65635.69029.95725.794A29.03710.7114.2687.44822.8864.18431.623A3-8.5350.335-0.167-4.686-1.6740.351A4-1.423-6.318Q總=Q×0.98=(476245×+1443246×+4998206×+406×+21×+271565×+307×)T經(jīng)迭代試算，求得T=296.5℃，溫升6.5℃，反應(yīng)溫度處在催化劑的活性范圍內(nèi)，且由于溫度升高，催化劑活性進一步增強，NOx催化轉(zhuǎn)化效率進而進一步提高。各組分氣體帶出熱量為：=476245××296.5=5.52×109=1443246××296.5=1.519×1010=4998206××296.5=4.606×1010=406××296.5=3.803×106=21××296.5=2.256×105=271565××296.5=2.669×109=307××296.5=3.373×1063.2.3熱量衡算表熱量衡算表如下：熱量衡算表輸入/(J/h)輸出/(J/h)帶入熱6.58×1010CO25.52×109H2O1.519×1010N24.606×1010NO3.803×106反應(yīng)熱9.35×108NO22.256×105O22.669×109NH33.373×106熱損失2.671×109Q=6.678×1010Q=6.678×1010

4脫硝設(shè)備工藝設(shè)計及選型SCR工藝系統(tǒng)設(shè)計主要包括脫硝反應(yīng)系統(tǒng)和供氨系統(tǒng)兩大系統(tǒng)。脫硝反應(yīng)系統(tǒng)主要進行脫硝反應(yīng)器和催化劑方案的計算。供氨系統(tǒng)主要包括卸料壓縮機選型、液氨儲罐設(shè)計計算、緩沖罐設(shè)計計算、風機計算及選型等，此外尚需需要考慮吹灰系統(tǒng)設(shè)計。4.1脫硝反應(yīng)器設(shè)計4.1.1設(shè)計參數(shù)煙氣量一定時，脫硝反應(yīng)器的入口煙道尺寸規(guī)格（橫截面積）直接決定煙道內(nèi)的煙風流速，而煙風流速直接進一步影響NH3與NOX的混合均勻程度。通常情況下，煙風流速不足,焚燒過程產(chǎn)生的飛灰容易在催化劑表面附著,長時間輔著后會降低催化劑的反應(yīng)活性,進而相同NOx脫除效率下需要的SCR反應(yīng)空間將越大,脫硝反應(yīng)設(shè)備和催化劑反應(yīng)效率不能充分利用,影響整個項目的經(jīng)濟性；但是，若煙風流速過大,煙氣在脫硝反應(yīng)器內(nèi)停留時間過短,NOx物與氨的反應(yīng)時間過短，則在反應(yīng)不充分的條件下氨逃逸量也會增大,同事脫硝效率達不到設(shè)計標準,此外在高風量及高風速下，流動的煙氣對催化劑迎風面的沖刷較大，催化劑強度要求高。反應(yīng)器入口煙道橫截面反應(yīng)器入口煙道采用矩形煙道，煙道的橫截面尺寸計算公式如下：S=L×W上式中：L為反應(yīng)器入口煙道的長(m)，W為入口煙道的寬(m)。已知實際風量，在通常情況下，一般煙道管中的煙風流速取值為15~22m/s，本設(shè)計取煙風流速為16m/s，通過簡單計算可求得，煙道截面積為：S=329870.03/16/3600=5.73m2根據(jù)所求矩形的橫截面積，合理分配橫截面的長和寬。本文取煙道橫截面尺寸為長2.9m、寬為2m。催化劑層線速度vl=Q/(F×3600)(m/s)式中，Q為氣體的體積流量，m3/h；F為反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層的斷面積，也可按按催化劑單元尺寸計算的截面積和單元數(shù)的乘積之值，m2。面速度va=Q/(VCβ)[m3/(h·m2)或m/h]式中，VC為催化劑的體積，m3；β為單位催化劑體積的表面積（即單位比表面積），m2/m3。va描述氣流掠過催化劑表面的速度，其定義為催化劑幾何形體的單位表面積承載的氣體流量?？臻g速度SV=Q/VC(h-1或s-1)空間速度的定義是單位體積的催化劑在單位時間內(nèi)所能處理的氣體體積，即單位時間內(nèi)流過催化劑的氣體體積與催化劑體積之比。式中Q為氣體標準狀態(tài)下的體積?？臻g速度的倒數(shù)即為接觸時間：t=1/SV一般說，V/Ti系催化劑的最佳Sv值介于6000~7000h-1之間（1.7~2.0s-1）。按空速考慮接觸時間約為0.5~0.6s-1。相關(guān)文獻空速SV設(shè)定值為6500h-1即1.8s-1,根據(jù)SV=Q/VC，可求得VC=24.62m3;根據(jù)tN=1/SV，可求得tN=0.55s-1.根據(jù)相關(guān)文獻和論壇信息，煙氣流速一般速度為4~6m/s，本設(shè)計取煙氣速度為6m/s，根據(jù)公式vl=Q/(F×3600),可計算得出：F=15.27m2單個催化劑截面積為0.15×0.15=0.0225m2，長度為800mm，所以催化劑單體體積為：0.0225×0.8=0.018m3共需催化劑單體個數(shù)為：24.62/0.018=1368個催化劑布置形式為2+1得形式，根據(jù)催化劑層截面積F，催化劑床層布置為兩層，每層684個，催化劑截面積為：684×0.0225=15.38m2A器=1.1A催=1.1×15.38=16.92m2va=Q/（VCβ）=329870.03/（24.62×860）=15.58m/h催化劑布置長度方向為27個，長度為0.15×27=4.05m，寬度方向上布置26個，寬度為26×0.15=3.9m。反應(yīng)器長寬分別取4.2m和4.0m。每層催化劑留有0.5m安裝余量和吹掃器空間，并多設(shè)置一個預留層。最上層安裝有整流裝置，空間高度為0.8m。故反應(yīng)器總高度為（0.8+0.5）×3+0.8=4.7m反應(yīng)器壓降包括兩個部分，一部分為催化劑本體的阻力，另一部分為安裝余量空間和預留層的阻力。本文主要考慮催化劑本體的阻力損失，其他區(qū)域阻力很小，忽略不計。管道阻力要視現(xiàn)場管道走向，參考下式進行計算?！鱌=ζ×=0.13×=743Pa名稱SCR反應(yīng)器材質(zhì)Q235A空速/h-16500線速度m/s6面速度m/h15.58催化劑體積m324.62催化劑層數(shù)2+1進口煙道2900×2床層間距mm500壓降pa743長mm4200寬mm4000高mm4700此外，在反應(yīng)器入口拐彎處安裝導流板，可以減少煙氣阻力，避免渦流。在最上層催化劑上方安裝整流格柵，整流格柵孔徑大小接近催化劑孔徑大小?？梢允拱币部諝獬浞只旌?，提高轉(zhuǎn)化率。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及網(wǎng)絡(luò)文獻要求。常規(guī)反應(yīng)器入口第一層催化劑上部煙氣情況要求滿足以下情況。項目偏差要求速度最大偏差平均值的±15%溫度最大偏差平均值的±10℃氨氮摩爾比的最大偏差平均值的<5%煙氣入射催化劑角度與垂直方向的夾角小于等于±10°4.2液氨儲罐4.2.1設(shè)備結(jié)構(gòu)及選型液氨儲罐是選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)液氨的儲存設(shè)備，為能承受一定壓力載荷的罐體。氨罐的容積正常情況下選擇考慮工況下10天的液氨用量，并且保證液氨儲罐上部至少留有10%的容積。氨儲罐屬三類容器，其設(shè)計原則執(zhí)行SHT3007-2007《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》，選用臥式罐[25]。10天的液氨用量為：2.852×24×10×17=11635.2kg=11.64t液氨在25℃時的密度為0.5kg/L，所以所需液氨的體積為11635.2/0.5=23270.4L=23.27m3。一般液氨體積占儲罐體積的85%，所以儲罐體積為：23.27/0.85=27.376m3圓整為28m3設(shè)計壓力為2.16MPa，工作壓力為1.90MPa。設(shè)計溫度-19~50℃。儲罐所用材料為壓力容器專用鋼板Q345R，儲罐規(guī)格可選用常用型號，1個30m3的液氨儲罐或兩個15立方的液氨儲罐。表-9液氨儲罐的管口清單管口名稱用途注意事項備注液氨出口液氨至蒸發(fā)器考慮管口在罐體上的位置（溫度較低地區(qū)設(shè)置在罐底，溫度較高地區(qū)布置在罐頂）關(guān)斷閥要盡量靠近管口布置（距罐體表面1m以內(nèi)）液氨入口從液氨裝運車到罐入口管口布置在罐頂部管道止回閥靠近罐體入口布置壓力平衡口安全閥為安全目的設(shè)置的閥門人孔為了人員進入內(nèi)部檢查在儲罐頂部開設(shè)排污口用來排放罐內(nèi)液體以及雜質(zhì)在儲罐底部開設(shè)需安裝兩個安全閥溫度開關(guān)接口用來接溫度開關(guān)罐頂開口溫度計口測量現(xiàn)場溫度壓力計口測量現(xiàn)場壓力壓力開關(guān)接口用來接壓力開關(guān)液位計口測量液位罐頂和罐底各安裝一個液位報警接口放置液位開關(guān)名稱液氨儲罐材質(zhì)Q345R設(shè)計壓力MPa2.16工作壓力MPa1.9體積m315×2直徑mm1600筒體長mm7500筒體厚度mm12封頭厚度mm14設(shè)計溫度℃-19-504.3液氨蒸發(fā)器目前，燃煤電站選擇性催化還原脫硝工程中的液氨蒸發(fā)器一般以螺旋管式為主，管內(nèi)為液氨，管外為溫水浴。蒸發(fā)罐的氣化能力一般是最大需氨量的1.2~1.5倍。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。在液氨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，是氨氣至緩沖槽維持穩(wěn)定的壓力和溫度。蒸發(fā)器也安裝安全閥，可防止設(shè)備異常壓力過高。液氨進入蒸汽加熱水浴式蒸發(fā)器內(nèi)，通過熱媒的換熱將液氨受熱蒸發(fā)到40℃,加熱源為蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽管道(350℃,1.29MPa的輔助蒸汽),蒸發(fā)器的殼程充裝熱媒,蒸汽進口控制閥門與氨氣出口溫度連鎖控制,調(diào)節(jié)輔助蒸汽進量,保證氨氣出口溫度40℃，達到液氨蒸發(fā)的目的。進氨流量48.48kg/h，進液氨蒸發(fā)槽液氨壓力0.8MPa，進液氨槽液氨溫度10℃。名稱液氨蒸發(fā)器材質(zhì)Q235R進氨流量kg/h48.48設(shè)計壓力MPa1.6氨氣溫度℃40水蒸汽溫度℃3504.4緩沖罐液氨經(jīng)過液氨蒸發(fā)器蒸發(fā)為氨氣后進入氨氣緩沖罐，其作用是對氨氣有一個緩沖作用，保證氨氣有一個穩(wěn)定的壓力[26]。從蒸發(fā)槽蒸發(fā)的氨氣進入氨氣緩沖槽，通過調(diào)壓閥減壓到0.18MPa，再經(jīng)氨氣輸送管道輸送到氨/空氣混合器。4.4.1圓筒的計算壁厚，材料