【正文】 的設(shè)計 目的 及意義 氮氧化物 (NOx)是空氣中的 N2 和 O2 在高溫高壓下的反應(yīng)產(chǎn)物，它能在陽光的作用下產(chǎn)生二次大氣污染 ―― 光化學(xué)煙霧。 NO雖然毒性不大，但是高濃度的 NO 會引起神經(jīng)中樞障礙，而且它很容易轉(zhuǎn)化為劇毒的 NO2。在大氣中的氮氧化合物達(dá)到100～ 150ppm 的高濃度時，人連續(xù)呼吸 30～ 60min 便會中毒。近幾十年來，各類環(huán)境問題日益突出，已嚴(yán)重制約著人類社會的有序發(fā)展，對全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展乃至人類的生存提出了嚴(yán)厲挑戰(zhàn)。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。有研究資料表明，如果繼續(xù)不加強(qiáng)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。 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)。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(dá) 90%以上。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 工藝流程設(shè)計 12 2 工藝流程設(shè)計 設(shè)計任務(wù)書 某 廠采用綜合法生產(chǎn)硝酸，共有 4 套機(jī)組，每套機(jī)組的能力為 30000t/a。尾氣組 成如 表 所示 。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)。 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。一套 30000t/a 綜合法硝酸機(jī)組每小時產(chǎn) HNO3為 ，則每套機(jī)組每小時的尾氣量為 11560Nm3/h。 (3)尾氣的組成如 表 所示。 (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(jìn)、安全可靠、質(zhì)量第一、經(jīng)濟(jì)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(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，安全適用 。 ○ 5 設(shè)計應(yīng)當(dāng)以最小的經(jīng)濟(jì)代價 實現(xiàn)治理目標(biāo)。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 工藝流程設(shè)計 14 (2)設(shè)計范圍 根據(jù)該廠的尾氣排放情況，具體設(shè)計內(nèi)容包括： SCR 反應(yīng)器主體設(shè)備及附屬設(shè)備的設(shè)計 計算 ，換熱器主體設(shè)備及附屬設(shè)備的設(shè)計 計算 ，開工燃燒爐的設(shè)計以及對這些設(shè)備的成本費用和運行費用的計算。 SCR 脫硝 工藝方案 設(shè)計 工藝流程 的 選擇 硝酸尾氣處理一般分為兩種工藝，一種是 綜合法處理硝酸廠尾氣，即 幾套機(jī)組的 尾氣 分別經(jīng)透平機(jī)回收能量后，集中在一套 SCR 反 應(yīng)器處理 ，如 圖 。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(jī)也必須連續(xù)運轉(zhuǎn)，造成運行費用升高。 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(jī) 組 尾氣處理工藝，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攀枝花學(xué)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(jī)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。這樣， SCR 系統(tǒng)的一次投資將減少，運行費用低。平板式催化劑一般是以不銹鋼金屬網(wǎng)格 為基材負(fù)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。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(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 (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(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。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、運行操作時，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。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 工藝流程設(shè)計 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（論文） 主要設(shè)備設(shè)計 19 3 主要設(shè)備設(shè)計 計算 通過工藝流程的確定，本設(shè)計主要對 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)計計算。操作壓力約為 (表壓 )。 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。VNO = 5%=Nm3/h=39。V2O ==39。V2N =10982+++=39。V總 =+++++=(4)凈化后氣體中 NOx和 NH3的含量 NH3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 小時為基 準(zhǔn) )。 ? ?????? 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（論文） 主要設(shè)備設(shè)計 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： ? ? ?