【正文】 .............................................................. 39 開工燃燒爐 .................................................................................................. 44 混合熱氣流溫度的確定 ....................................................................... 44 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 ii 混合氣流量的估算 .............................................................................. 44 開工燃燒爐的物料衡算 ....................................................................... 48 開工燃燒爐的尺寸 .............................................................................. 50 4 經(jīng)濟(jì)費(fèi)用概預(yù)算 ................................................................................................... 54 占地面積 ...................................................................................................... 54 工作制度及人員編制 .................................................................................... 54 運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算 ............................................................................................... 54 成本費(fèi)用計(jì)算 ............................................................................................... 54 各設(shè)備的用鋼重量計(jì)算 ....................................................................... 55 鋼材成本費(fèi)用計(jì)算 .............................................................................. 58 其他費(fèi)用 ............................................................................................ 58 設(shè)備總成本費(fèi)用 ................................................................................. 59 小結(jié) ............................................................................................................. 59 5 結(jié) 論 ..................................................................................................................... 60 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 61 致 謝 ............................................................................................................................ 63 附工程圖紙 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒 論 1 1 緒 論 世界環(huán)境污染日趨嚴(yán)重 ， 尤其對(duì)一次能源消費(fèi)以燃煤為主的中國(guó)來(lái)說(shuō)更加明顯。據(jù)有關(guān)部門發(fā)布的資料顯示 [1]， 到 2020 年為止 ， 全國(guó)氮氧化物排放總量達(dá)到 1600 萬(wàn)噸左右 ，如不趕緊采取措施，到 2020 年 NOx排放量為 3500 萬(wàn)噸。 NOx不僅是酸雨形成的主要原因 ， 而且可與碳?xì)浠锏确磻?yīng)形成光化學(xué)煙霧 ， 同時(shí)其對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)還有很多負(fù)面影響 。 在 我國(guó) NOx的排放中，燃煤電站鍋爐排放 NOx占了相當(dāng)大的比重 ， 它所造成的大氣污染已成為制 約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要影響因素 。 有研究院資料表明 [2]，如果繼續(xù)不加強(qiáng)對(duì)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。因此對(duì)燃煤電站鍋爐氣中 NOx 的排放進(jìn)行控制已成為非常緊迫的任務(wù)。 世界各國(guó)對(duì)燃煤電廠煙氣、汽車尾氣中的 NOx 含量制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。越來(lái)越多的 NOx 排放 控制 技術(shù)被應(yīng)用于燃煤電廠的煙氣處理工藝中 。 煙氣脫硝研究 現(xiàn)狀 (1)NOx的種類及形成 氮氧化物 (NOx)是鍋爐排放氣體中的有害物之一。 NOx有 6 種不同形式 ：一氧化二氮 (N2O)、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)， 其中 NO 和 NO2 是重要的大氣污染物。 生成 NOx的途徑有三個(gè) [3]： ○ 1 熱力型 NOx： 它是空氣中氮?dú)庠诟邷叵卵趸傻?NOx； ○ 2 燃料型 NOx： 它是燃料中含有的氮化合物在燃燒過(guò)程中熱分解而又接著氧化生成的 NOx； ○ 3 快速型 NOx： 它是燃燒時(shí)空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)等反應(yīng)生成的NOx。 而 煤粉燃燒進(jìn)程中 NOx 的形成主要取決于燃燒三要素 (三 “ T” 原理 )，即溫度 (Temperature)， 時(shí)間 (Time)和湍流混合 (Turbulence)， 即 NOx的形成主要取決于燃燒火焰溫度、燃料 /空氣混合物在爐內(nèi)高溫火焰區(qū)的停留時(shí)間，以及燃料氮含量與過(guò)量空氣量 (氧分壓 )等。 (2)NOx的治理技術(shù) 世界各國(guó)開發(fā)的燃煤煙氣治理技術(shù)種類比較多，按脫除機(jī)理不同，主要分成兩大類，即 等離子體過(guò)程治理技術(shù) [4]和 傳統(tǒng)煙氣治理技術(shù)。 等離子體過(guò)程煙氣 NOx 脫除技術(shù)的核心是通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞疆a(chǎn)生等離子體，攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒 論 2 依靠等離子體內(nèi)部的微 觀物理化學(xué)過(guò)程脫除 NOx。 傳統(tǒng)煙氣治理技術(shù)中應(yīng)用較多的有：低 NOx 燃燒技術(shù)、選擇性非催化還原法 (SNCR) 、選擇性催化還原法 (SCR)等。 低 NOx燃燒技術(shù) [5]是指通過(guò)燃燒降低 NOx的生成量的技術(shù)，其主要途徑 有 ： ○ 1 選用 氮 含量較低的燃料，包括燃料脫氮 ； ○ 2 降低過(guò)量空氣系數(shù)， 阻止 過(guò)濃燃燒，來(lái)降低燃料周圍氧濃度，即降低過(guò)量空氣燃燒 ； ○ 3 在適宜的過(guò)量空氣條件下，降低溫度峰值 ， 以減少熱力 NOx生成 ； ○ 4 在氧濃度較低的情況下，增加可燃物在火焰前部和反應(yīng)區(qū)中的停留時(shí)間。 選擇性非催化還原技術(shù)是指在不使用催化劑的情況下，在爐膛煙氣溫度適宜處 (850～ 1050℃ )噴入氨或尿素等含氨基的還原劑，將煙氣中的 NOx還原為 N2和H2O。 SNCR 技術(shù)的脫硝率中等，但 SNCR 法不需要催化劑，運(yùn)行費(fèi)用較低，建設(shè)周期短，適合于中小型鍋爐的改造 [6]。 催化劑還原劑煙氣煙氣NOx 圖 SCR 反 應(yīng)原理簡(jiǎn)圖 選擇性催化還原法 (SCR)的發(fā)明權(quán)屬于美國(guó)，而日本率先于 20 世紀(jì) 70 年代實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用 [7]。 目前該技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛的應(yīng)用。日本有 93%以上的廢氣脫硝采用 SCR，運(yùn)行裝置超過(guò) 300 套。美國(guó)政府也將 SCR 技術(shù)作為主要的電廠控制 NOx的主要技術(shù) 。 德國(guó)于 20 世紀(jì) 80 年代引進(jìn)該技術(shù)，并規(guī)定發(fā)電量50MW 以上的電廠必須配備 SCR 裝置。臺(tái)灣有 100 套以上的 SCR 裝置在運(yùn)行。大慶石化總廠化肥廠、川化集團(tuán)公司、北京燕山石化公司合成橡膠廠和福建漳州電廠等也從國(guó)外引進(jìn)了 SCR 裝置 [8]。其原理是在催化劑存在 的條件下，采用氨、CO 或碳?xì)浠衔锏茸鳛檫€原劑，將煙氣中的 NO 還原為 N2。 原 理如 圖 ， 選擇性催化劑脫硝法，脫硝裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)副產(chǎn)品、運(yùn)行方便、可靠性高、脫硝效率高，可以用來(lái)處理大量煙氣，脫硝率可達(dá) 90%以上 ，但 SCR 法 也存在一些問(wèn)題 [9]： ○ 1 未反應(yīng)的氨排出系統(tǒng)造成二次污染 ； ○ 2 燃用高硫煤時(shí)，煙氣中的部分 SO2被氧化生成 SO3， SO3與 NH3進(jìn)一步反應(yīng)生成的氨鹽會(huì) 造成催化劑中毒或攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒 論 3 堵塞 ； ○ 3 飛灰中的重金屬 (主要是 AS)或堿性氧化物 (主要有 MgO、 CaO、 Na2O、K2O 等 )的存在會(huì)使催化劑中毒或活性顯著降低 ； ○ 4 過(guò)量的 NH3 可能會(huì)和 O2 反應(yīng)生成 N2O，盡管 N2O 對(duì)人體無(wú)害，但近來(lái)的研究表明， N2O 是導(dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體之一。 這些問(wèn)題還有待進(jìn)一步的改進(jìn)。 SCR 脫硝反應(yīng)機(jī)理研究 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，很多研究者對(duì)釩基催化劑的 SCR 反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究，取得了重要的成果。目前主要存在兩種不同的觀點(diǎn) [10]：一種觀點(diǎn)認(rèn)為 SCR催化反應(yīng)遵從 LangmuirHinshelwood 機(jī)理 ， 反應(yīng)物通過(guò)在催化劑表面相鄰的活性中心上吸附結(jié)合。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為反應(yīng)遵從 EleyRidal 機(jī)理，也是目前比較公認(rèn)的氨法 SCR 工藝的反應(yīng)機(jī)理，即多相反應(yīng)中吸附在活性中心上的一種反應(yīng)物和氣相中的另一種反應(yīng)物結(jié)合，而不是在相鄰活性中心結(jié)合。 Murakami 等 [11]對(duì)純 V2O5的 DeNOx反應(yīng)進(jìn)行了研究，認(rèn)為反應(yīng)按照 ER 機(jī)理進(jìn)行。氨吸附在 Br246。nsted 酸性中心形成銨離子，遵從 ER 機(jī)理與氣態(tài) NO 反應(yīng)生成 N H2O 及飽和酸性中心，飽和酸性中心再與 O2反應(yīng)還原為 Br246。nsted 酸性中心和 H2O。 NH3被快速?gòu)?qiáng)烈的化學(xué)吸附在催化劑表面上，反應(yīng)速度與 NO 的分壓成正比。 Ramis 等 [12]提出了 “ 酰胺 氮化酰胺 ” 原理，認(rèn)為 NH3吸附在 Lewis 酸位從而活化后生成酰胺物種，同時(shí)導(dǎo)致催化劑活性點(diǎn)的減少。酰胺物種繼而與氣相NO 通過(guò)基團(tuán)耦合生成中間產(chǎn)物亞硝胺，此中間產(chǎn)物極易分解成 N2 和 H2O，反應(yīng)過(guò)的催化劑與 O2 進(jìn)行反應(yīng)再生。這一機(jī)理主要基于 FTIR 研究獲得的，但與公認(rèn)的反應(yīng)機(jī)理特征并 不符合，如 圖 所示： NHHHVOOOO*VOOO HON*HH* N O*VOOO HONHHN O*VOOO HON 2 H2 O+VOOOO1 / 4 O 21 / 2 H2 O 圖 Ramis 提出的機(jī)理 最近， Topsoe 等 [13]采用在線 FTIR 分析的方法得出了反應(yīng)機(jī)理模型 ，如 圖攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒 論 4 。 該模型認(rèn)為催化劑的活性與 NH3吸附的 Br246。nsted 酸位 V5+OH有關(guān)， V5+=OH亦與吸附的氨的活性有關(guān)。 NH3在 Br246。nsted 酸中心上吸附并通過(guò)相鄰的 V5+=OH基團(tuán)得到活化，隨 后被還原成 V4+OH。一旦 NH3被活化，煙氣中的 NO 即與這進(jìn)行反應(yīng)生成中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物最終分解成 N2 和 H2O。通過(guò)與煙氣中的 O2反應(yīng)將 V4+OH 氧化為 V5+=O而再生。值得指出的是，這一機(jī)理可以看作是 Ramis等 [14]機(jī)理的改進(jìn)，不同的是 NH3吸附位是 Br246。nsted 酸位，而非 Lewis 酸位。 V5 +OH N+H 3N H 3V5 +O HV5 +O +H 3 N N ON 2 H 2 O+V5 +O