【正文】 V2O ==39。這樣， SCR 系統(tǒng)的一次投資將減少，運行費用低。一套 30000t/a 綜合法硝酸機組每小時產(chǎn) HNO3為 ，則每套機組每小時的尾氣量為 11560Nm3/h。煤炭是儲量最豐富、來源最廣泛、使用最廉價的一種能源，是現(xiàn)今世界各國的主要能源之一。 其缺點是 ： ○ 1 高粉塵布置一樣，煙氣中含有大量的 SO2，催化劑可以使部分 SO2氧化，生成難以處理的 SO3，并可能與 NH3生成腐蝕性更強的硫酸銨鹽物質(zhì)。 對于固態(tài)排渣高灰段布置的 SCR 反應(yīng)器，空間速度選擇一般為 2500～ 3500h1[29]。 氣體流速增大不利于反應(yīng)氣在催化劑微孔內(nèi)的擴散、吸附以及反應(yīng)氣和產(chǎn)物氣的解吸、擴散過程。 因此 ， 在催化劑制備進程中 ，應(yīng)采用控制催化劑孔分布的方法使催化劑內(nèi)孔分布均勻 ， 以控制毛細孔分布數(shù)量來減少 “ 毛細冷凝 ” 。 影響 SCR 法脫硝率的因素 催化劑特性對工藝的影響 脫硝催化劑是 SCR 系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分 ， 其類型、結(jié)構(gòu)和表面積對脫除 NOx效果都有很大影響 。nsted 酸中心上吸附并通過相鄰的 V5+=OH基團得到活化，隨 后被還原成 V4+OH。 原 理如 圖 ， 選擇性催化劑脫硝法，脫硝裝置結(jié)構(gòu)簡單、無副產(chǎn)品、運行方便、可靠性高、脫硝效率高，可以用來處理大量煙氣，脫硝率可達 90%以上 ，但 SCR 法 也存在一些問題 [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，煙氣中的部分 SO2被氧化生成 SO3， SO3與 NH3進一步反應(yīng)生成的氨鹽會 造成催化劑中毒或攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（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 )的存在會使催化劑中毒或活性顯著降低 ； ○ 4 過量的 NH3 可能會和 O2 反應(yīng)生成 N2O，盡管 N2O 對人體無害，但近來的研究表明， N2O 是導致溫室效應(yīng)的氣體之一。 生成 NOx的途徑有三個 [3]： ○ 1 熱力型 NOx： 它是空氣中氮氣在高溫下氧化而生成的 NOx； ○ 2 燃料型 NOx： 它是燃料中含有的氮化合物在燃燒過程中熱分解而又接著氧化生成的 NOx； ○ 3 快速型 NOx： 它是燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團等反應(yīng)生成的NOx。 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 氨選擇性催化還原處理硝酸廠 尾氣的設(shè)計 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要 I 摘 要 NOx 的排放對我國的環(huán)境造成越來越大的危害，而選擇性催化還原 是使用最廣泛，技術(shù)最成熟的脫硝技術(shù)。 而 煤粉燃燒進程中 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)的停留時間，以及燃料氮含量與過量空氣量 (氧分壓 )等。 這些問題還有待進一步的改進。一旦 NH3被活化，煙氣中的 NO 即與這進行反應(yīng)生成中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物最終分解成 N2 和 H2O。 催化劑的種類有很多 ，根據(jù)原材料、結(jié)構(gòu)、工作溫度、用途等標準可進行不同的分類 [20]，如鉑系列、鈦系列、釩系列及混合型系列催化劑，金屬載體和 陶瓷載體催化劑，高溫型和低溫型催化劑，貴金屬催化劑，金屬氧化物催化劑，分子篩催化劑等。 另外 ， 可在催化劑中加入 MoO3， 以 MoO3 與氣相 As2O3反應(yīng)來減少 As 中毒 ； ○ 4 鈣的影響 ： 飛灰中游離 CaO 與 SO3反應(yīng)形成的 CaSO4可吸附在催化劑表面 ， 從而阻止了反應(yīng)物向催化劑表面擴散并進入催化劑內(nèi)部 。所以煙氣流速增大，會引起催化劑體積的趨勢，但不十分顯著。 氨法 SCR 反應(yīng) 器 的布置方案 根據(jù)鍋爐煙 氣 系統(tǒng)和 SCR脫硝的溫度要求 ， SCR系統(tǒng)通常有 3種布置方式：○ 1 位于空氣預(yù)熱器和靜電除塵器之前； ○ 2 位于靜電除塵器之前和空氣預(yù)熱器之后； ○ 3 位于空氣預(yù)熱器和靜電除塵器之后。 ○ 2 由于煙氣溫度低 (大概在 160℃ 左右 )，可供選擇的催化劑的種類較少。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消耗國，煤燃燒時會產(chǎn)生大量的SO2和 NOx 等污染物，對環(huán)境造成嚴重污染。 (2)尾氣溫度與壓力：尾氣出吸收塔平均溫度為 30℃ ，經(jīng)兩臺尾氣預(yù)熱到140℃后進入本體設(shè)計系統(tǒng)，壓力為 (表壓 )。 流 程如 圖 所示： 氧化器催化反應(yīng)器開工鍋爐換熱器尾氣預(yù)熱器吸收塔氨凈化氣去透平過熱蒸氣透平來N Ox 氣 圖 單機組 綜合法處理 工藝 催化劑的選擇 SCR 系統(tǒng)中的重要組成部分是催化劑，當前流行的成熟催化劑有蜂窩式、波紋狀和平板式等。VOH2 =+++=39。V2NO = 5%= Nm3/h=39。該廠四套機組可共用一臺開工燃燒爐。 設(shè)計依據(jù) 尾氣 的性質(zhì) (1)尾氣量：每噸硝酸 (按 100%計 )的尾氣量為 3400Nm3/h。因此，正確處理環(huán)境與發(fā)展之間的關(guān)系是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵所在。 ○ 3 NH3的泄漏量比高粉塵布置方式的泄漏量要少。 空塔速度通常是根據(jù) SCR反應(yīng)塔的布置、脫硝效率、煙氣溫度、允許的氨逃逸量以及粉塵濃度來確定。特別又在低負荷時，會影響 SCR 的投運可用率，可加裝電暖器加熱稀釋風； ○ 3煙溫過高，會使催化劑燒結(jié)或使之再結(jié)晶失效； ○ 4 脫硝過程中 不同溫度 可能發(fā)生以下副反應(yīng)： OH6N23ONH4 2223 ??? 223 H3NNH2 ?? OH6NO4O5NH4 223 ??? (3)煙氣流速 ： 氣體流速較快會使催化劑顆粒表面的層流層變薄 ， 提高擴散性能 ， 但由于流速加快 ， 反應(yīng)氣與催化劑的接觸時間變短 ， 使得氣固相反應(yīng)不夠充分 ， 按照 SCR 反應(yīng)機理 ， NH3 首先吸附到催化劑表面酸性位 ， 然后與氣相中的 NO 反應(yīng) ， 該反應(yīng)為慢反應(yīng)屬控制步驟 。 一般來說 ， 在干法排渣鍋爐中 ， 由于靜電除塵器后的飛灰再循環(huán) ， 催化劑砷中毒是一個嚴重的問題 。文獻 [19]研究認為， NH3在催化劑上吸附， NOx不在催化劑上吸附，本文采用 ER 機理模型，其表面化學反應(yīng)動力學議程為 [19]： 3333NHNHNHNHNOCNO CK1 CKCKR ???? 式中： NOR － NO 的反應(yīng)速率； CK － 化學反應(yīng)速率系數(shù)；3NHK－ NH3吸附系數(shù)；3NHNO CC 、－ NO 和 NH3的組分濃度。 NH3在 Br246。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。 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。故 本 設(shè)計 根據(jù)硝酸廠 排放 尾氣的特性 ，采用 氨選擇性催化還原法 進行 處理 ， 以 4 臺 SCR 反應(yīng)器 進行 脫硝 處理， 并用 4 臺換熱器進行熱量交換， 按每臺機組處理量為 11560Nm3/h 進行計算。 (2)NOx的治理技術(shù) 世界各國開發(fā)的燃煤煙氣治理技術(shù)種類比較多，按脫除機理不同，主要分成兩大類，即 等離子體過程治理技術(shù) [4]和 傳統(tǒng)煙氣治理技術(shù)。 SCR 脫硝反應(yīng)機理研究 20 世紀 80 年代以來，很多研究者對釩基催化劑的 SCR 反應(yīng)機理進行了研究，取得了重要的成果。通過與煙氣中的 O2反應(yīng)將 V4+OH 氧化為 V5+=O而再生。 工業(yè)中常用的催化劑主要是 V2O5/TiO2或 V2O5WO3/TiO2，在 300～ 400℃ 表現(xiàn)出高的 NOＸ 脫除率。 催化劑制造商多通過控制催化劑內(nèi)部孔徑分布和采用適當節(jié)距等方法來減少 CaSO4 對催化劑的影響 ； ○ 5 催化劑堵塞 ： 催化劑的堵塞主要是由于銨鹽及飛灰的小顆粒沉積在催化劑小孔中 ， 阻礙 NOx、 NH O2到達催化劑活性表面 ，引 起催化劑鈍化 。 (4)NH3/NOx摩爾比 ： 氨是還原劑 ， 當沒有 氨噴射時 NOx不會被轉(zhuǎn)化 ， 而 NOx出口和進口濃度相等 。目前工程大多采用第 1種布置方式。 ○ 3 國內(nèi)沒有運用經(jīng)驗，并且國外可供參考的工程實例也較少。有研究資料表明，如果繼續(xù)不加強對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。 (3)尾氣的組成如 表 所示。平板式催化劑一般是以不銹鋼金屬網(wǎng)格 為基材負載上含有活性成份的載體壓制而成，蜂窩式催化劑一般是把載體和活性成份混合物整體擠壓成型；波紋狀催化劑外形如起伏的波紋，從而形成小孔。V2N =10982+++=39。VNO = 5%=Nm3/h=39。 硝酸尾氣燃料氣氨空氣水封燃燒爐 反應(yīng)器換熱器排氣水封水封 圖 綜合法硝酸尾氣處理工藝 本設(shè)計采用單機 組 尾氣處理工藝，各機組的 SCR 系統(tǒng)分別安裝在該機組透平膨脹機之前，為將尾氣溫度從尾氣預(yù)熱器出口的 140℃升高到 180℃進入 SCR攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 工藝流程設(shè)計 15 反應(yīng)器，流程中設(shè)置了尾氣換熱器，在機組正常運行過程中，可利用反應(yīng)器出口的熱凈化氣將 尾氣溫度從 140℃加熱到 180℃；為減少投資，開工時則用開工燃燒爐產(chǎn)生的熱凈化氣將尾氣溫度從 140℃加熱到 180℃，反應(yīng)器正常運行后，停止開工燃燒 爐的運行。 為改善 該廠周圍的大氣 環(huán)境質(zhì)量， 本設(shè)計采用氨選擇性催化還原法處理硝酸尾氣中的 NOx。近幾十年來，各類環(huán)境問題日益突出，已嚴重制約著人類社會的有序發(fā)展，對全球經(jīng)濟發(fā)展乃至人類的生存提出了嚴厲挑戰(zhàn)。 ○ 2 與鍋爐本體獨立，不影響鍋爐的正常運行?？臻g速度大，煙氣在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間短，則反應(yīng)有可能不完全，這樣氨的逃逸量就大，同時煙氣對催化劑骨架的沖刷也大?？偘桃话阋笤诘陀谝欢囟认峦Ｖ箛姲?； ○ 2 冬季時，稀釋的溫度較低，會降低空預(yù)器入口的煙氣溫度。 擴散進入催化劑內(nèi)部孔道中 ， 并在催化劑的毛細孔中發(fā)生毛細凝結(jié) ， 或者與催化劑的活性位發(fā)生反應(yīng)從而引起催化劑活性降低 。 LH 模型假設(shè) NH3和 NOx均吸附在催化劑上，吸附的 NH3與吸附的 NOx進行反應(yīng)。nsted 酸位 V5+OH有關(guān)， V5+=OH亦與吸附的氨的活性有關(guān)。大慶石化總廠化肥廠、川化集團公司、北京燕山石化公司合成橡膠廠和福建漳州電廠等也從國外引進了 SCR 裝置 [8]。 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。首先 確定 出整個脫硝過程的 工藝流程 ，并 以 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)和 每小時 尾氣 量為依據(jù)，通過物料衡算和熱量衡算 對設(shè)備進行設(shè)計計算，得出 SCR 反應(yīng)器 內(nèi)徑為 1000mm，催化劑床層高 1500mm；換熱器內(nèi)徑 1000mm， 有 240 根直徑 38mm 長 2800mm 的 換熱管；開工燃燒爐直徑 600mm，高 1200mm。 等離子體過程煙氣 NOx 脫除技術(shù)的核心是通過適當?shù)姆绞疆a(chǎn)生等離子體，攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒 論 2 依靠等離子體內(nèi)部的微 觀物理化學過程脫除 NOx。目前主要存在兩種不同的觀點 [10]：一種觀點認為 SCR催化反應(yīng)遵從 LangmuirHinshelwood 機理 ， 反應(yīng)物通過在催化劑表面相鄰的活性中心上吸附結(jié)合。值得指出的是，這一機理可以看作是 Ramis等 [14]機理的改進，不同的是 NH3吸附位是 Br246。為此，選擇性催化還原法 (SCR)裝置須安裝在空氣預(yù)熱器之前和省煤器之后，以利用過程的煙氣溫度 。 可以通過調(diào)節(jié)氣流分布 ， 選擇合理的催化劑間距和單元空間 ， 并使進入 SCR 反應(yīng)器煙氣的溫度維 持在銨鹽沉積溫度之上 ， 以防止催化劑堵塞 。 通過增加氨噴射流量來提高反應(yīng)器進口的 NH3/NOx比率 ，從而提高 NOx脫除效率 。這種方式不需要對煙氣進行再加熱，可減少熱效損失。 鍋爐電除塵器脫硝裝置 脫硫裝置煙囪 圖 低粉塵布置的 SCR 工藝流程圖 末端布置的 SCR 工藝及其特點 末端 布置的 SCR 工藝 是將 SCR 反應(yīng)器置于 靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之后 ，如 圖 鍋爐鼓風機電除塵器FG D噴氨系統(tǒng)GGH催化劑煙囪混合器氨水儲存裝置氨水 圖 末端 塵布置的 SCR 工藝流程圖 末端布置 SCR 工藝的優(yōu)點是 ： ○ 1