【正文】 [ 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 。 高粉塵布置的 SCR 工藝的優(yōu)點(diǎn)是： ○ 1 由于反應(yīng)溫度較高，可選擇的催化劑的種類較多。 ○ 2 相對(duì)于低粉塵布置和末端布置來說省去了煙氣再熱系統(tǒng)，從而節(jié)省了投資和運(yùn)行成本。 ○ 3 早已完成工業(yè)化運(yùn)用，并且已有 20 年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，是目前火電廠煙氣脫硝廣泛采取的工藝。 其缺點(diǎn)是 ： ○ 1 由于粉塵濃度較高，所以粉塵對(duì)催化劑的沖刺和磨損較大。 ○ 2 省煤器是與鍋爐本體相連的，對(duì)于大型的機(jī)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(dú)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(fù)荷的重新計(jì)算的問題。 ○ 3 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(qiáng)的硫酸銨鹽物質(zhì)。 ○ 4 由于流程較長(zhǎng)，容易發(fā)生 NH3 的泄露，從而生成腐蝕性更強(qiáng)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。 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 。 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(zhǎng)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。 ○ 2 與鍋爐本體獨(dú)立，不影響鍋爐的正常運(yùn)行。 ○ 3 NH3的泄漏量比高粉塵布置方式的泄漏量要少。 其缺點(diǎn)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(qiáng)的硫酸銨鹽物質(zhì)。 ○ 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 國(guó)內(nèi)沒有運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，并且國(guó)外可供參考的工程實(shí)例也較少。 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(diǎn) 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(fēng)機(jī)電除塵器FG D噴氨系統(tǒng)GGH催化劑煙囪混合器氨水儲(chǔ)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(diǎn)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(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。 ○ 2 NH3的逃逸量是最少的，并且不會(huì)腐蝕構(gòu)筑物 (煙囪采用防腐煙囪 )。 ○ 3 不會(huì)產(chǎn)生 SO3，防止二次污染。 其缺點(diǎn)是 ： ○ 1 一定要設(shè)置煙氣再熱系統(tǒng)，增加了投資和運(yùn)行成本。 ○ 2 很難找到符合反應(yīng)條件的催化劑 (已工業(yè)化運(yùn)用或中試 )。 本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) 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(yáng)光的作用下產(chǎn)生二次大氣污染 ―― 光化學(xué)煙霧。 NOx 主要是 NO 和 NO2。 NO雖然毒性不大，但是高濃度的 NO 會(huì)引起神經(jīng)中樞障礙，而且它很容易轉(zhuǎn)化為劇毒的 NO2。 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(yán)重時(shí)會(huì)引起肺氣腫。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(huì)中毒。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。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(huì)的有序發(fā)展，對(duì)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)。因此，正確處理環(huán)境與發(fā)展之間的關(guān)系是人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵所在。煤炭是儲(chǔ)量最豐富、來源最廣泛、使用最廉價(jià)的一種能源，是現(xiàn)今世界各國(guó)的主要能源之一。我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消耗國(guó)，煤燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的SO2和 NOx 等污染物，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。有研究資料表明，如果繼續(xù)不加強(qiáng)對(duì)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。因此對(duì) 尾氣 中 NOx 的排放進(jìn)行控制已成為非常緊迫的任務(wù)。 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)。其原理是在催化劑存在的條件下，采用氨、CO 或碳?xì)浠衔锏茸鳛檫€原劑，將煙氣中的 NO 還原為 N2。選擇性催化劑脫硝法，脫硝裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無副產(chǎn)品、運(yùn)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。 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(duì)環(huán)境的影 響。 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) 12 2 工藝流程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)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。 每噸硝酸 (按 100%計(jì) )的尾氣量為 3400Nm3/h。尾氣組 成如 表 所示 。 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(jì) 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(yán)重污染了當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境 。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)。 而由于硝酸廠 排放的 尾氣中不含 SO２ 和大量粉塵， 這 對(duì)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。 為改善 該廠周圍的大氣 環(huán)境質(zhì)量， 本設(shè)計(jì)采用氨選擇性催化還原法處理硝酸尾氣中的 NOx。 設(shè)計(jì)依據(jù) 尾氣 的性質(zhì) (1)尾氣量：每噸硝酸 (按 100%計(jì) )的尾氣量為 3400Nm3/h。一套 30000t/a 綜合法硝酸機(jī)組每小時(shí)產(chǎn) HNO3為 ，則每套機(jī)組每小時(shí)的尾氣量為 11560Nm3/h。 (2)尾氣溫度與壓力：尾氣出吸收塔平均溫度為 30℃ ，經(jīng)兩臺(tái)尾氣預(yù)熱到140℃后進(jìn)入本體設(shè)計(jì)系統(tǒng)，壓力為 (表壓 )。 (3)尾氣的組成如 表 所示。 當(dāng)?shù)貧夂驐l件 (1)年平均氣溫 20℃ (2)年平均相對(duì)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(cè)，列出各組分 a、 b、 c、 d 數(shù)據(jù)如 表 所示 。 (2)標(biāo)態(tài)下氣體的摩爾體積： (3)絕對(duì)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(guó)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(guó)家基本建設(shè)的方針政策 , 嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)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 。 ○ 2 重視優(yōu)化設(shè)計(jì)方案工作，提高設(shè)計(jì)水平和降低工程投資額； ○ 3 治理工藝要落實(shí)可靠，排出物必須符合國(guó)家及地方的 “三廢 ”排放標(biāo)準(zhǔn)，并盡可能做到綜合利用； ○ 4 在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)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(shí)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。 ○ 5 設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以最小的經(jīng)濟(jì)代價(jià) 實(shí)現(xiàn)治理目標(biāo)。節(jié)能與降耗并重，做好工藝余熱的回收和水的重復(fù)利用，提高水的循環(huán)利用率。 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) 14 (2)設(shè)計(jì)范圍 根據(jù)該廠的尾氣排放情況，具體設(shè)計(jì)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(jì) 計(jì)算 ，換熱器主體設(shè)備及附屬設(shè)備的設(shè)計(jì) 計(jì)算 ，開工燃燒爐的設(shè)計(jì)以及對(duì)這些設(shè)備的成本費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算。 由于個(gè)人的知識(shí)水平和能力有限，設(shè)計(jì)中不包含操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)。 SCR 脫硝 工藝方案 設(shè)計(jì) 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 。由于 尾氣 經(jīng)透平機(jī)回收能量后溫度已從 140℃降至 70℃左右，遠(yuǎn)離 SCR 反應(yīng)器所需的 180℃ ，因此流程中需設(shè)置燃煤爐，在機(jī)組運(yùn)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?xì)馀c 尾氣 混合，使之達(dá)到催化反應(yīng)所需的溫度。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。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(tái)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(duì)尾氣加熱，運(yùn)行費(fèi)用低 ，如 圖 。 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(jì)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(jì)（論文） 工藝流程設(shè)計(jì) 15 反應(yīng)器，流程中設(shè)置了尾氣換熱器，在機(jī)組正常運(yùn)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(shí)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(yùn)行后，停止開工燃燒 爐的運(yùn)行。該廠四套機(jī)組可共用一臺(tái)開工燃燒爐。這樣， SCR 系統(tǒng)的一次投資將減少，運(yùn)行費(fèi)用低。 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(jī)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(dāng)前流行的成熟催化劑有蜂窩式、波紋狀和平板式等。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。 表 國(guó)內(nèi)幾種催化劑的性能 催化劑型號(hào) 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) ～