【正文】 V總 =+++++=(4)凈化后氣體中 NOx和 NH3的含量 NH3的含量 =’總VV 39。 V NH 3V 進V 消耗V 出 ＇ 圖 反應(yīng)器物料衡 算圖 (1)進反應(yīng)器尾氣 的 各組分體積流量 V 進 (計算過程均為標(biāo)況 ) NOV =11560 %=3/h=2NOV=11560 %=2OV=11560 %=OH2V =11560 %=3/h=2NV=11560 95%=10982Nm3/h=3NHV=11560 (%+%)=(2)催化反應(yīng) 消耗的各組分體積 V 消耗 反應(yīng)器中可能發(fā)生如下反應(yīng)： 2223 ??? ??? () 8 0 9OH6N5NO6NH4 223 ??? ??? () 2 6 7OH6N2O3NH4 2223 ??? ??? () 223 ??? ?? () 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 主要設(shè)備設(shè)計 20 0 7OH6NO4O5NH2 223 ??? ??? () 反應(yīng) ()和反應(yīng) ()在 300℃以下可以忽略不計；參與反應(yīng) ()的 NH3的量，按 NH3在完成反應(yīng) ()和 ()后剩 余的部分有 70%被氧化計算。根據(jù)對比本設(shè)計選擇8013 型號作為催化劑，所選催化劑的性能和所采用的數(shù)據(jù)見 表 表 本設(shè)計選用 8013 型催化劑的性能和所采用的數(shù)據(jù) 項目 中試或生產(chǎn)資料 本設(shè)計采用數(shù)據(jù) 反應(yīng)溫度范圍 /℃ 190～ 230 180～ 230 反應(yīng)器進氣溫度 /℃ 160～ 180 180 NH3/NOx 摩爾比 ～ 空間速度 /h1 10000 10000 進氣 NOx 體積分?jǐn)?shù) /106 － 4000 排氣 NOx 體積分?jǐn)?shù) /106 － 排氣 NH3 體積分?jǐn)?shù) /106 － NOx 轉(zhuǎn)化率 /% ≥ 95 95 還原劑的選擇 及配置 (1)SCR 脫硝還原劑的類型及特點 (液氨、尿素、氨水 )比較 見 表 表 不同還原劑性能比較 項目 液氨 氨水 尿素 反應(yīng)劑費用 便宜 較貴 最貴 運輸費用 便宜 貴 便宜 安全生 有毒 有害 無害 存儲條件 高壓 常壓 常壓，干態(tài) 存儲方式 液態(tài) 液態(tài) 微粒狀 初投資費用 便宜 貴 貴 運行費用 便宜 貴，需要高熱量蒸發(fā)蒸餾水和氨 貴，需要高熱量水解尿素和蒸發(fā)氨 設(shè)備安全要求 有法律規(guī)定 需要 基本不需要 本設(shè)計根據(jù) SCR 脫硝還原劑的安全性、經(jīng)濟性、技術(shù)成熟性等方面進行考慮，選擇液氨做為還原劑。該工藝的優(yōu)點是一次投資小，但因全過程不僅消耗大量燃料氣， 而且 提供燃煤爐助燃空氣的羅茨風(fēng)機也必須連續(xù)運轉(zhuǎn)，造成運行費用升高。 (2)標(biāo)態(tài)下氣體的摩爾體積： (3)絕對溫度： 0K=℃ 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 工藝流程設(shè)計 13 表 氣體摩爾定壓熱容與溫度關(guān)系式中的常數(shù)值 分子式 分子量 狀態(tài) a b102 c105 d109 溫度范圍 (K) NH3 g 273～ 1500 NO g 273～ 1500 NO2 g 273～ 1500 O2 g 273～ 1800 H2O g 273～ 1800 N2 g 273～ 1800 CO2 g 273～ 1800 CH4 g 273～ 1800 C2H6 g 273～ 1800 空氣 g 273～ 1800 相關(guān)環(huán)境法律法規(guī) 本設(shè)計中參考相關(guān)的法律法規(guī)如下 ： (1)《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 GB30951982 (2)《環(huán)境 空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 GB30951996 (3)《 火 電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB132231996 (4)《 2020－ 2020 年全國污染防治工作要點》 (5)《硝酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB261312020 設(shè)計原則及范圍 (1)設(shè)計 原則 工藝設(shè)計一般應(yīng)遵循技術(shù)先進、安全可靠、質(zhì)量第一、經(jīng)濟合理的原則，本設(shè)計中主要包括以下幾項： ○ 1 積極貫徹執(zhí)行國家基本建設(shè)的方針政策 , 嚴(yán)格執(zhí)行國家和項目所在省、市頒布的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)定，使設(shè)計做到切合實際，技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全適用 。選擇性催化還原法是當(dāng)前采用的煙氣脫硝技術(shù)，也是最為成熟的脫硝技術(shù)。 選擇性催化還原法是當(dāng)前火電廠廣泛采用的煙氣脫硝技術(shù)，尤其是在西歐和日本，也是最為成熟的脫硝技術(shù)。在大氣中的氮氧化合物達到100～ 150ppm 的高濃度時，人連續(xù)呼吸 30～ 60min 便會中毒。 ○ 2 NH3的逃逸量是最少的，并且不會腐蝕構(gòu)筑物 (煙囪采用防腐煙囪 )。 電除塵器引風(fēng)機脫硫裝置煙囪脫硝裝置GGH送風(fēng)機鍋爐 圖 高粉塵布置的 SCR 工藝流程圖 低粉塵布置的 SCR 工藝及其特點 低 粉塵布置的 SCR工藝 是將 SCR反應(yīng)器置于 靜電除塵器之前和空氣預(yù)熱器之后 ， 如 圖 。 各 工藝 的特點如下 [ 30]： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒 論 9 高粉塵布置的 SCR 工藝及其特點 高粉塵布置的 SCR 工藝 是將 SCR 反應(yīng)器置于 空氣預(yù)熱器和靜電除塵器之前 ，如 圖 。 SCR 反應(yīng) 器 結(jié)構(gòu)設(shè)計對工藝的影響 SCR 反應(yīng) 器 結(jié)構(gòu)設(shè)計因素主要有 ： 煙氣流速、催化劑層數(shù)、導(dǎo)流葉片的設(shè)置、噴氨格柵的設(shè)計 [28]及 空塔速度 (SV)等。 理論上該脫除效率可以提高到非常高的比率 (99%以上 )，但將導(dǎo)致氨的消耗 增加 。 (2)煙氣溫度 ： ○ 1 SCR 催化劑對溫度敏感性比較大，當(dāng)負荷變動過大，低于合適的反應(yīng)溫度時，將使尾部氨逃逸濃度升 高。對于高灰段 SCR 工藝 ，為了 確保催化劑通道通暢 ， 應(yīng)安裝吹灰器 ； 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒 論 7 ○ 6 飛灰侵蝕 ： 催化劑的侵蝕 ， 磨損主要是由于飛灰撞擊在催化劑表面造成的 。 其機理是吸附在催化劑活性位置上的堿金屬離子占據(jù)了催化劑表面酸性位 ， 降低了催化劑活性 。 CuO/AC[21]在以 NH3 為還原劑的攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒 論 6 SCR 反應(yīng)中，可以達到 90%以上的脫硝效率 ， 但銅的氧化物對煙氣中的二氧化硫比較敏感。對于常用的脫硝催化劑，當(dāng)氣體溫度為 200～ 400℃時，采用各種模型得到的計算結(jié) 果均表明有效擴散系數(shù)處于 103～ 102cm2/s 的范圍內(nèi)，并隨著溫度的升高而增加 。nsted 酸位，而非 Lewis 酸位。這一機理主要基于 FTIR 研究獲得的，但與公認的反應(yīng)機理特征并 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 提出的機理 最近， Topsoe 等 [13]采用在線 FTIR 分析的方法得出了反應(yīng)機理模型 ，如 圖攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒 論 4 。另一種觀點認為反應(yīng)遵從 EleyRidal 機理，也是目前比較公認的氨法 SCR 工藝的反應(yīng)機理，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。 德國于 20 世紀(jì) 80 年代引進該技術(shù)，并規(guī)定發(fā)電量50MW 以上的電廠必須配備 SCR 裝置。 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。 世界各國對燃煤電廠煙氣、汽車尾氣中的 NOx 含量制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。 同時 本設(shè)計計算得出設(shè)備的成本費用為 萬元 以及每噸 NOx 的處理費用為 萬元 /t。 通過對整個流程 的 把握及各設(shè)備的計算選型，最后得出流程圖、 SCR 反應(yīng)器設(shè)備圖、換熱器設(shè)備圖及處理廠平面布置圖。越來越多的 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 。 低 NOx燃燒技術(shù) [5]是指通過燃燒降低 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 降低過量空氣系數(shù)， 阻止 過濃燃燒，來降低燃料周圍氧濃度，即降低過量空氣燃燒 ； ○ 3 在適宜的過量空氣條件下，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)中的停留時間。臺灣有 100 套以上的 SCR 裝置在運行。 Murakami 等 [11]對純 V2O5的 DeNOx反應(yīng)進行了研究，認為反應(yīng)按照 ER 機理進行。 該模型認為催化劑的活性與 NH3吸附的 Br246。 V5 +OH N+H 3N H 3V5 +O HV5 +O +H 3 N N ON 2 H 2 O+V5 +O +H 3 N N O H O V4 +V5 +O +H 3 N H O V4 +H O V4 +O V5 +O 2H 2 ON OA c i d R e d o x圖 Topsoe 提出的機理 SCR 脫硝的動力學(xué)研究 SCR 煙氣脫硝反 應(yīng) 是一種氣固非均相催化反應(yīng) ， 以蜂窩狀催化劑為 例 ， 當(dāng)混有 NH3的氣體從催化劑孔道通過時，其反應(yīng)步驟是 [15]： ○ 1 反應(yīng)組分 (NO、 NH3)從孔道內(nèi)氣體主流向孔道壁面擴散； ○ 2 反應(yīng)組 分 在催化劑壁的微孔內(nèi)擴散； ○ 3 反應(yīng)組分在催化劑固體上吸附； ○ 4 反應(yīng)組分在催化劑固體上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； ○ 5 反應(yīng)生成物 (N2和 H2O)從催化劑固體上解吸 ； ○ 6 反應(yīng)生成物在催化劑壁的微孔內(nèi)擴散； ○ 7 反應(yīng)生成物從催化劑壁面向孔道內(nèi)氣體主流擴散。 表面反應(yīng)動力學(xué)：對于催化劑表面反應(yīng)過程，有兩種機理模型，即 ER 模型假設(shè) NH3吸附在催化劑上，吸附的 NH3與氣體中的 NOx反應(yīng) 。 Yoshikawa 等 [22]用瀝青基活性炭纖維負載錳制備的催化劑在低溫下有高的 NO 脫除率， 但其活性溫度區(qū)間較窄。 因此 ， 在催化劑設(shè)計中 ， 應(yīng) 考慮堿金屬對催化劑的影響 ， 增加設(shè)計余量 ； ○ 3 砷中毒 ： As 中毒主要是由煙氣中的氣態(tài) As2O3 引起的 。磨 損 強度與氣流速度 、 飛灰特性 、 撞擊角度及催化劑本身特性有關(guān) 。為了保護尾部煙道不受強粘性、強腐蝕性的硫酸氫銨的影響，也造成氨的二次污染。且研究表明 [27]出口的 NOx 含量與出口的氨逸出量成反比，通過增加氨量來降低出口的 NOx含量必將導(dǎo)致較高的氨逸出。其中空塔速度是 SCR 的一個關(guān)鍵設(shè)計參數(shù) ， 這是煙氣體積流量 (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)的停留時間的大小 ，它在某種程度上也決定反應(yīng)物是否完全反應(yīng)，同時也決定著反應(yīng)器催化劑骨架的沖刷和煙氣的沿程阻力。 高粉塵布置的 SCR 工藝的優(yōu)點是： ○ 1 由于反應(yīng)溫度較高，可選擇的催化劑的種類較多。 低粉塵布置的 SCR 工藝的優(yōu)點是 ： ○ 1 鍋爐煙氣經(jīng)過靜電除塵器之后，粉塵濃度較低，可延長催化劑的使用壽攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒 論 10 命。 ○ 3 不會產(chǎn)生 SO3，防止二次污染。隨 著 世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工業(yè)化進程的加快及 人口的迅猛膨脹，人類賴以生存的地球正承受著越來越沉重的壓力。其原理是在催化劑存在的條件下，采用氨、CO 或碳氫化合物等作為還原劑，將煙氣中的 NO 還原為 N2。 而由于硝酸廠 排放的 尾氣中不含 SO２ 和大量粉塵， 這 對催化劑的影響較小 ，故用選擇性催化還原處理硝酸廠尾氣是可行的。 ○ 2