【導(dǎo)讀】最廣泛，技術(shù)最成熟的脫硝技術(shù)。故本設(shè)計(jì)根據(jù)硝酸廠排放尾氣的特性，采用氨。器進(jìn)行熱量交換，按每臺機(jī)組處理量為11560Nm3/h進(jìn)行計(jì)算。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。萬元以及每噸NOx的處理費(fèi)用為萬元/t。器設(shè)備圖、換熱器設(shè)備圖及處理廠平面布置圖。

　　

【正文】 ～ 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。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。 (2)液氨的管理制度 ○ 1 液氨及氣氨儲存與輸送系統(tǒng)，應(yīng)保持系統(tǒng)有良好的密封性； ○ 2 儲存及輸送區(qū)域內(nèi)不應(yīng)有火源，所有的管線及相關(guān)設(shè)備必須接地，供氨站必須符 合消防的規(guī)定； 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) 17 ○ 3 儲存及輸送區(qū)域內(nèi)應(yīng)遠(yuǎn)離能夠產(chǎn)生腐蝕物質(zhì)的地點(diǎn)； ○ 4 供氨站內(nèi)和其他裝有氨氣的設(shè)備附近均必須嚴(yán)禁煙火，并應(yīng)設(shè)“嚴(yán)禁煙火” 、 “嚴(yán)禁放置易燃易爆品”的警示牌，貯氨區(qū)周圍 (10m 以內(nèi) )應(yīng)設(shè)有圍欄，在貯氨區(qū)應(yīng)備有必要的消防設(shè)備、消防器材，圍欄上設(shè)置必要數(shù)量的警示牌； ○ 5 液氨存儲溫度不可高于 52℃； ○ 6 存儲區(qū)域應(yīng)遠(yuǎn)離頻繁交通區(qū)域和緊急出口； ○ 7 嚴(yán)禁用明火或 其他臨近的熱源加熱液氨儲存罐的任何部分； ○ 8 在液氨卸車結(jié)束后，必須保證足夠的吹掃時(shí)間，以防止液體殘留在封閉的系統(tǒng)內(nèi)； ○ 9 對輸送管路進(jìn)行檢修工作前，必須使用氮?dú)膺M(jìn)行吹掃。通過手持式檢漏儀檢測氨氣濃度在允許范圍內(nèi)之后，方可形如工作； ○ 10 氨區(qū)設(shè)專人值班，值班人員必須經(jīng)過勞動安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局特種設(shè)備培訓(xùn)合格后上崗；非值班人員進(jìn)入供氨站，必須經(jīng)過值班人員許可，進(jìn)入貯氨區(qū)應(yīng)交出火種，并進(jìn)行登記；禁止讓與工作無關(guān)人員進(jìn)入供氨站； ○ 11 禁止在供氨站內(nèi)進(jìn)行帶火作業(yè)或能產(chǎn)生火花的工作，氨氣系統(tǒng)進(jìn)行檢修、運(yùn)行操作時(shí)，嚴(yán)禁使用可能產(chǎn)生火花的工器具，應(yīng)使用銅制工器具。工作人員不準(zhǔn)穿有釘?shù)男?，如必須在供氨站?nèi)進(jìn)行焊接或動火的工作，應(yīng)事先進(jìn)行氨量測定，證實(shí)工作區(qū)內(nèi)空氣中氨氣含量小于 50ppm，并辦理一級明火工作票后方可工作； ○ 12 儲氨設(shè)備 (包括管道系統(tǒng) )進(jìn)行檢修前，必須將檢修部分與連接部分可靠隔斷，加裝嚴(yán)密的堵板，并用氮?dú)膺M(jìn)行置換； ○ 13 控制儲存及充裝時(shí)壓力 在規(guī)定范圍內(nèi)； ○ 14 儲氨罐最大允許存儲容積為儲氨罐容積的 85%，嚴(yán)禁超容積進(jìn)行充裝； ○ 15 儲氨區(qū)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，不得進(jìn)行任何檢修工作，若必須檢修，則需要先停止設(shè)備運(yùn)行，然后根據(jù)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢修工作； (3)還原劑的 配置 液氨由槽車運(yùn)送到液氨儲罐，液氨儲罐輸出的液氨在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，并將氨氣加熱到常溫后送到氨氣緩沖罐儲存?zhèn)溆?，氨氣緩沖罐的氨氣經(jīng)調(diào)壓閥減壓后通過噴氨格柵的噴嘴噴入煙氣中與煙氣充分混合，再經(jīng)靜態(tài)混合器充分混合后進(jìn)入催化反應(yīng)器反應(yīng)，在一定 溫度范圍內(nèi)，在催化劑的作用下，氨氣與 NOx發(fā)生催化氧化還原反應(yīng)，將 NOx還原成 N2和 H2O， 如 圖 所 示。 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) 18 風(fēng)機(jī) 加熱器蒸發(fā)器混合器氨泵流量控制液氨罐控制系統(tǒng)催化劑層整流層氨注入柵格 圖 脫硝系統(tǒng)配置 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) 19 3 主要設(shè)備設(shè)計(jì) 計(jì)算 通過工藝流程的確定，本設(shè)計(jì)主要對 SCR 反應(yīng)器、換熱器、開工燃燒爐及相應(yīng)的附屬設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 SCR 反應(yīng) 器 SCR 反應(yīng)器 的 物料衡算 本設(shè)計(jì)采用單層 絕熱立式 催化反應(yīng)器，尾氣和 NH3 混合氣自上部接管進(jìn)入反應(yīng)器，凈化氣由下部接管排出，并輔以各種支撐構(gòu)件來滿足承載催化劑、承受荷載和抵抗應(yīng)力的要求。操作壓力約為 (表壓 )。 根據(jù)如 圖 進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)的物料衡算。 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。 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。VNO = 5%=Nm3/h=39。V2NO = 5%= Nm3/h=39。V2O ==39。VOH2 =+++=39。V2N =10982+++=39。V3NH = 30%=39。V總 =+++++=(4)凈化后氣體中 NOx和 NH3的含量 NH3的含量 =’總VV 39。NH3 = 106 NOx的含量 =’總VV 39。NOx =(+)/= 106 現(xiàn)將上述 SCR 反應(yīng)器物料衡算數(shù)據(jù)歸納 在 表 (以每 小時(shí)為基 準(zhǔn) )。 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) 21 表 反應(yīng)器內(nèi)物料衡算 項(xiàng)目 輸 入 輸 出 體積流量 (Nm3/h) Kmol 數(shù) (Kmol/h) 重量 (kg/h) Mol 百分?jǐn)?shù) (%) 體積流量 (Nm3/h) Kmol 數(shù) (Kmol/h) 重量 (kg/h) Mol 百分?jǐn)?shù) (%) NO NO2 O2 H2O N2 NH3 合計(jì) SCR 反應(yīng) 器 的 熱量衡算 在 SCR 反應(yīng)器中還會進(jìn)行熱量交換，設(shè) 180℃尾氣帶入熱量 Q1， 10℃氨氣帶入熱量 Q2， T℃凈化氣帶出熱量 Q3，催化反應(yīng)放出熱量 Q 反 ，熱損失為 Q 損 ，根據(jù)如 圖 進(jìn)行 SCR 反應(yīng)器熱量衡算。 ? ?????? 21TT 32 dT)dTcTbTa(B1 8 式中， B— Kmol 數(shù) T1— 積分基準(zhǔn)溫度 T2－ 積分上線溫度 18 0 ℃尾氣帶入Q 110 ℃氨氣帶入Q 2T℃凈化氣帶入Q 3Q 反Q 損 圖 SCR 反應(yīng)器熱量衡算圖 (1)180℃尾氣帶入熱量 Q1 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) 22 ? ? ? ?? ?h/kJ7 7 4 8 3 4 6 7 8 dTdTcTbTaB4 . 1 8 7Q 4 5 3 .1 539252TT32NO1212????????????????????? ? ? ? ?? ?h/ . 2 3 2 dTdTcTbTaB4 . 1 8 7Q 4 5 3 .1 539252TT32NO121?????????????????????? ? ? ?? ?h/ 5 8 3 3 5 2dTT106 8 6 . 1 9 3 0T100 3 7 5 dTdTcTbTaB4 . 1 8 7Q 4 5 3 .1 539252TT32N1212?????????????????????? ? ? ?? ?h/ 1 1 8 5 3dTT103 1 3 . 1 7 0 9T100 . 3 6 3 dTdTcTbTaB4 . 1 8 7Q 4 5 3 .1 539252TT32O1212?????????????????????? ? ? ?? ?h/J1 9 0 4 5 . 7 0 5 k . 2 5 2 1T100 . 0 4 5 9 . 0 9 dTdTcTbTaB4 . 1 8 7Q 4 5 3 .1 539252TT32OH1212?????????????????????尾氣帶入熱量 Q1為 ： Q1=++++=(2)10℃ NH3帶入熱量 Q2 ? ?? ?h/7 2 9 . 1 2 2 k JdTT101 . 5 9 8 3T100 . 2 3 6 6 3T100 . 6 1 2 5 16 . 5 8 4 62 . 0 6 dTdTcTbTaB4 . 1 8 7Q 2 8 3 .1 539252TT32221?????????????????????(3)催化劑反應(yīng)放出熱量 Q 反 反應(yīng) 1 放熱： ? ? ? ? ? ? h/kJ3 3 5 2 6 9 . 6 7 062 2 . 4/102 7 3 5 . 4%95VQ 3NO12 ??????反 反應(yīng) 2 放熱： ? ? ? ? ? ? h/kJ3 6 9 7 0 2 . 8 2 062 2 . 4/ 8 0 9%95VQ 3NO22 ??????反 反應(yīng) 3 放熱： ? ? ? ? ?