【正文】 鍋爐煙氣經(jīng)過除塵脫硫后，可以采用更大的煙氣流速和空速，從而使催攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒 論 11 化劑的消耗量大大的減少。因此對 尾氣 中 NOx 的排放進(jìn)行控制已成為非常緊迫的任務(wù)。 當(dāng)?shù)貧夂驐l件 (1)年平均氣溫 20℃ (2)年平均相對濕度 57% (3)年平均氣壓 88370Pa 本設(shè)計(jì)所采用的物化常數(shù) (1)熱容方程： Cp=a+bT+cT2+dT3 查手冊，列出各組分 a、 b、 c、 d 數(shù)據(jù)如 表 所示 。 表 國內(nèi)幾種催化劑的性能 催化劑型號 75014 8209 81084 8013 粒度 /mm 圓柱 ? 57～ 8 球粒 ? 3～ 6 圓柱 ? 6～ 8 球粒 ? 5～ 6 比表面 /(m2/g) 150 150 180～ 200 孔容 /(mL/g) ～ 堆比重 /(g/cm3) ～ ～ 機(jī)械強(qiáng)度 側(cè)壓 6～ 8kg/顆 正壓 40～ 50kg/顆 總壓 2～ 3kg/顆 側(cè)壓 反應(yīng)溫度范圍 /℃ 250～ 350 230～ 330 190～ 220 190～ 230 反應(yīng)器進(jìn)氣溫度 /℃ 220～ 240 210～ 220 160～ 190 160～ 180 NH3/NOx 摩爾比 ～ ～ ～ ～ 空間速度 /h1 5000～ 7000 10000～ 14000 5000～ 7000 10000 轉(zhuǎn)化率 /% ≥ 90 ～ 95 ≥ 95 ≥ 95 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 工藝流程設(shè)計(jì) 16 國內(nèi)幾種硝酸尾氣 SCR 催化劑的性能列于 表 中。V3NH = 30%=39。 對反應(yīng) () NH3的消耗量 V1=(8 轉(zhuǎn)化率 2NOV)/6=(8 95%)/6=N2的生成量 V2=(7 轉(zhuǎn)化率 2NOV)/6=(7 95%)/6=H2O 的生成量 V3=(12 轉(zhuǎn)化率 2NOV)/6=(12 95%)/6=對反應(yīng) () NH3的 消耗量 V4=(4 轉(zhuǎn)化率 NOV )/6=(4 95%)/6=N2的生成量 V5=(5 轉(zhuǎn)化率 NOV )/6=(5 95%)/6=H2O 的生成量 V6=(6 轉(zhuǎn)化率 NOV )/6=(6 95%)/6=對反應(yīng) () NH3的剩余量 V7=3NHVV1V4==NH3反應(yīng) 消耗量 V8=V7 70%= 70%=O2的消耗量 V9=(3 V8)/4=(3 )/4=N2的生成量 V10=(2 V8)/4=(2 )/4=H2O 的生成量 V11=(6 V8)/4=(6 )/4=(3)出 反應(yīng)器 尾 氣體 的 各組分的體積流量 V 出 ＇ 39。另一種工藝是 單機(jī)組綜合法處理硝酸廠尾氣，即 各機(jī)組的 SCR 系統(tǒng)分別安裝 在該機(jī)組透平膨脹機(jī)之前，為將尾氣 溫度從尾氣預(yù)熱器出口的 140℃升高到 180℃ 進(jìn)入 SCR 反應(yīng)器，流程中設(shè)置了一臺尾氣 換熱器和開工鍋爐 ，在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，利用反應(yīng)器出口的熱凈化氣將尾氣溫度從 140℃升高到 180℃； 開工時(shí)則用高溫 燃?xì)?將尾氣溫度從140℃加熱到 180℃該工藝因每套機(jī)組都需安裝一套 SCR 系統(tǒng)，一次投資較大，但利用催化反應(yīng)放出的熱量對尾氣加熱，運(yùn)行費(fèi)用低 ，如 圖 。 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。隨 著 世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)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。 低粉塵布置的 SCR 工藝的優(yōu)點(diǎn)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(jì)（論文） 緒 論 10 命。其中空塔速度是 SCR 的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)也決定著反應(yīng)器催化劑骨架的沖刷和煙氣的沿程阻力。為了保護(hù)尾部煙道不受強(qiáng)粘性、強(qiáng)腐蝕性的硫酸氫銨的影響，也造成氨的二次污染。 因此 ， 在催化劑設(shè)計(jì)中 ， 應(yīng) 考慮堿金屬對催化劑的影響 ， 增加設(shè)計(jì)余量 ； ○ 3 砷中毒 ： As 中毒主要是由煙氣中的氣態(tài) As2O3 引起的 。 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(jī)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) 。 該模型認(rèn)為催化劑的活性與 NH3吸附的 Br246。臺灣有 100 套以上的 SCR 裝置在運(yùn)行。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 。 同時(shí) 本設(shè)計(jì)計(jì)算得出設(shè)備的成本費(fèi)用為 萬元 以及每噸 NOx 的處理費(fèi)用為 萬元 /t。 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。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。nsted 酸位，而非 Lewis 酸位。 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(jì)（論文） 緒 論 6 SCR 反應(yīng)中，可以達(dá)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(jì)（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 。 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 。 各 工藝 的特點(diǎn)如下 [ 30]： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒 論 9 高粉塵布置的 SCR 工藝及其特點(diǎn) 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 。 ○ 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 )。 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)。 (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(jì)（論文） 工藝流程設(shè)計(jì) 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(jì)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(diǎn)》 (5)《硝酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB261312020 設(shè)計(jì)原則及范圍 (1)設(shè)計(jì) 原則 工藝設(shè)計(jì)一般應(yīng)遵循技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、質(zhì)量第一、經(jīng)濟(jì)合理的原則，本設(shè)計(jì)中主要包括以下幾項(xiàng)： ○ 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(xiàng)目所在省、市頒布的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)定，使設(shè)計(jì)做到切合實(shí)際，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，安全適用 。根據(jù)對比本設(shè)計(jì)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(jì)選用 8013 型催化劑的性能和所采用的數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 中試或生產(chǎn)資料 本設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù) 反應(yīng)溫度范圍 /℃ 190～ 230 180～ 230 反應(yīng)器進(jìn)氣溫度 /℃ 160～ 180 180 NH3/NOx 摩爾比 ～ 空間速度 /h1 10000 10000 進(jìn)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(diǎn) (液氨、尿素、氨水 )比較 見 表 表 不同還原劑性能比較 項(xiàng)目 液氨 氨水 尿素 反應(yīng)劑費(fèi)用 便宜 較貴 最貴 運(yùn)輸費(fèi)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(fèi)用 便宜 貴 貴 運(yùn)行費(fèi)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(jì)根據(jù) SCR 脫硝還原劑的安全性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)成熟性等方面進(jìn)行考慮，選擇液氨做為還原劑。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(jìn)V 消耗V 出 ＇ 圖 反應(yīng)器物料衡 算圖 (1)進(jìn)反應(yīng)器尾氣 的 各組分體積流量 V 進(jìn) (計(jì)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(jì)（論文） 主要設(shè)備設(shè)計(jì) 20 0 7OH6NO4O5NH2 223 ??? ??? () 反應(yīng) ()和反應(yīng) ()在 300℃以下可以忽略不計(jì)；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(jì)算。該工藝的優(yōu)點(diǎn)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(jī)也必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成運(yùn)行費(fèi)用升高。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)。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 便會中毒。 電除塵器引風(fēng)機(jī)脫硫裝置煙囪脫硝裝置GGH送風(fēng)機(jī)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(diǎn) 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 。 SCR 反應(yīng) 器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對工藝的影響 SCR 反應(yīng) 器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì) [28]及 空塔速度 (SV)等。 (2)煙氣溫度 ： ○ 1 SCR 催化劑對溫度敏感性比較大，當(dāng)負(fù)荷變動過大，低于合適的反應(yīng)溫度時(shí)，將使尾部氨逃逸濃度升 高。 其機(jī)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 。對于常用的脫硝催化劑，當(dāng)氣體溫度為 200～ 400℃時(shí)，采用各種模型得到的計(jì)算結(jié) 果均表明有效擴(kuò)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 。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： N