【正文】 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 主要設(shè)備設(shè)計 21 表 反應(yīng)器內(nèi)物料衡算 項目 輸 入 輸 出 體積流量 (Nm3/h) Kmol 數(shù) (Kmol/h) 重量 (kg/h) Mol 百分數(shù) (%) 體積流量 (Nm3/h) Kmol 數(shù) (Kmol/h) 重量 (kg/h) Mol 百分數(shù) (%) NO NO2 O2 H2O N2 NH3 合計 SCR 反應(yīng) 器 的 熱量衡算 在 SCR 反應(yīng)器中還會進行熱量交換，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 進行 SCR 反應(yīng)器熱量衡算。NH3 = 106 NOx的含量 =’總VV 39。V3NH = 30%=39。VOH2 =+++=39。V2NO = 5%= Nm3/h=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。 根據(jù)如 圖 進行反應(yīng)器內(nèi)的物料衡算。 SCR 反應(yīng) 器 SCR 反應(yīng)器 的 物料衡算 本設(shè)計采用單層 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。工作人員不準穿有釘?shù)男?，如必須在供氨站?nèi)進行焊接或動火的工作，應(yīng)事先進行氨量測定，證實工作區(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) )進行檢修前，必須將檢修部分與連接部分可靠隔斷，加裝嚴密的堵板，并用氮氣進行置換； ○ 13 控制儲存及充裝時壓力 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%，嚴禁超容積進行充裝； ○ 15 儲氨區(qū)設(shè)備在運行時，不得進行任何檢修工作，若必須檢修，則需要先停止設(shè)備運行，然后根據(jù)有關(guān)規(guī)定進行檢修工作； (3)還原劑的 配置 液氨由槽車運送到液氨儲罐，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。 (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； 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 工藝流程設(shè)計 17 ○ 3 儲存及輸送區(qū)域內(nèi)應(yīng)遠離能夠產(chǎn)生腐蝕物質(zhì)的地點； ○ 4 供氨站內(nèi)和其他裝有氨氣的設(shè)備附近均必須嚴禁煙火，并應(yīng)設(shè)“嚴禁煙火” 、 “嚴禁放置易燃易爆品”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)遠離頻繁交通區(qū)域和緊急出口； ○ 7 嚴禁用明火或 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間，以防止液體殘留在封閉的系統(tǒng)內(nèi)； ○ 9 對輸送管路進行檢修工作前，必須使用氮氣進行吹掃。 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) ～ ～ 機械強度 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 攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 工藝流程設(shè)計 16 國內(nèi)幾種硝酸尾氣 SCR 催化劑的性能列于 表 中。 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。該廠四套機組可共用一臺開工燃燒爐。另一種工藝是 單機組綜合法處理硝酸廠尾氣，即 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 反應(yīng)器，流程中設(shè)置了一臺尾氣 換熱器和開工鍋爐 ，在機組正常運行過程中，利用反應(yīng)器出口的熱凈化氣將尾氣溫度從 140℃升高到 180℃； 開工時則用高溫 燃氣 將尾氣溫度從140℃加熱到 180℃該工藝因每套機組都需安裝一套 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，運行費用低 ，如 圖 。由于 尾氣 經(jīng)透平機回收能量后溫度已從 140℃降至 70℃左右，遠離 SCR 反應(yīng)器所需的 180℃ ，因此流程中需設(shè)置燃煤爐，在機組運行過程中自始至終都需要燃煤一定量燃料氣，以產(chǎn)生高溫燃氣與 尾氣 混合，使之達到催化反應(yīng)所需的溫度。 由于個人的知識水平和能力有限，設(shè)計中不包含操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)方面的設(shè)計。節(jié)能與降耗并重，做好工藝余熱的回收和水的重復利用，提高水的循環(huán)利用率。 ○ 2 重視優(yōu)化設(shè)計方案工作，提高設(shè)計水平和降低工程投資額； ○ 3 治理工藝要落實可靠，排出物必須符合國家及地方的 “三廢 ”排放標準，并盡可能做到綜合利用； ○ 4 在設(shè)計中應(yīng)當采用能耗小、物耗小，污染物產(chǎn)生量少的清潔生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)工業(yè)污染防治從末端治理向生產(chǎn)全過程控制的轉(zhuǎn)變。 當?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 。 (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 )。 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。 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。 表 綜合法生產(chǎn)硝酸產(chǎn)生的尾氣組成 成 分 NO NO2 O2 H2O N2 合計 含量 % 95 100 該廠自投產(chǎn)以來，硝酸尾氣不經(jīng)處理直接排放，嚴重污染了當?shù)卮髿猸h(huán)境 。 每噸硝酸 (按 100%計 )的尾氣量為 3400Nm3/h。 通過選擇性催化還原法處理硝酸廠尾氣能有效的控制 NOx 的排放，從而減少硝酸廠尾氣對環(huán)境的影 響。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。因此對 尾氣 中 NOx 的排放進行控制已成為非常緊迫的任務(wù)。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。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。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。 NO2是棕色氣體，有特殊的刺激性臭味，被吸入肺后能與肺部的水分結(jié)合成可溶性硝酸，嚴重時會引起肺氣腫。 NOx 主要是 NO 和 NO2。 ○ 2 很難找到符合反應(yīng)條件的催化劑 (已工業(yè)化運用或中試 )。 ○ 3 不會產(chǎn)生 SO3，防止二次污染。 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 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，從而使催攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒 論 11 化劑的消耗量大大的減少。 ○ 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。 ○ 3 NH3的泄漏量比高粉塵布置方式的泄漏量要少。 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院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒 論 10 命。 ○ 4 由于流程較長，容易發(fā)生 NH3 的泄露，從而生成腐蝕性更強的硫酸銨鹽物質(zhì)，所以容易腐蝕后續(xù)的空氣預(yù)熱器和靜電除塵器。 ○ 2 省煤器是與鍋爐本體相連的，對于大型的機組而言， SCR 反應(yīng)器的重量是比較大的，所以一般要設(shè)置獨立的 SCR 反應(yīng)器的支撐鋼架，這就涉及到鍋爐的重新調(diào)整和負荷的重新計算的問題。 ○ 3 早已完成工業(yè)化運用，并且已有 20 年的運行經(jīng)驗，是目前火電廠煙氣脫硝廣泛采取的工藝。 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。這種方式不需要對煙氣進行再加熱，可減少熱效損失。 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。 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。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 (標準狀態(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。沖刷腐蝕造成的催化劑失效快，只要增加初始的催化劑體積或加快催化劑的更換速度，才能保證同樣的脫硝率和氨逃逸率；第四：液態(tài)排渣爐的灰粘性更強，堵塞程度更嚴重；積聚的飛灰復燃可能造成催化劑燒結(jié)損失。 (5)飛灰濃度： ○ 1 飛灰量高，極易導致堵塞，風機壓損增加； ○ 2 飛灰量高，飛灰所含有毒物質(zhì)量高，對催化劑的毒害機率大大增加； ○ 3 催化劑價格大幅上升。 因此燃煤機組一般將 NH3的排放控制在 2 106 以下，以減少對飛灰資源化利用的影響和減少對后續(xù)裝置的堵塞。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含量必將導致較高的氨逸出。 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 。所以煙氣流速增