能源与动力工程脱硝系统设计毕业论文

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）11 绪论1.1 选题的目的和意义1.1.1 选题的目的大气是包围地球的空气层，是我们全人类以及动植物赖以生存的最根本的条件之一。其重要性毋庸置疑。大气不仅能过通过其本身的活动使得各种能量和资源分布的调节达到动态平衡，给人类创造了一个适宜的生活环境，而且还能阻挡过量的紫外线照射地球表面， 。但是，随着人类生产活动和社会活动的不断增上 的 生 物能 有 效 保 护 人 类 和 地 球加，特别是自第一次工业革命以来，由于燃料大量的燃烧、工业废气及汽车尾气的无节制排放，使得大气环境质量日趋恶化，到目前为止已到了非治不可的地步。我们国家是燃煤大国，因此在各类的大气污染物中，占比最大的是燃煤引起的污染，并且燃煤产生的氮氧化物是我国氮氧化物污染的最大来源。氮氧化物有 生成途径：三 种。其中燃料型生成的 占总生成量的 60%80%。可想而型热 力 型 、 燃 料 型 、 快 速 氮 氧 化 物知燃煤产生的氮氧化物污染控制是我们国家当前大气污染控制领域迫在眉睫的任务。由于我们国家电力行业的现状是以消耗燃煤的火电厂为主，火力发电行业排放的氮氧化物与航空、汽运及其他行业的排放相比，处于主导地位。2010 年，我国排放量达到一千万吨以上。如今我国 成为世界上燃 煤 电 厂 的 氮 氧 化 物 已 经最多的国家。如果不及时加以严格的控制，氮氧化物排放量会逐年排 放 氮 氧 化 物 污 染 物上升，造成严重的污染问题。随着 排放标准的颁布。我国以染 物我 们 国 家 最 新 版 本 的 污及世界各国的 挑战与压力 1。烟 气 脱 硝 技 术 方 面 都 面 临 着 前 所 未 有 的氮氧化物是氮和氧的化合物。常用 NOX 表示。引发环境污染的氮氧化物主要是大气中的 NO 和 NO22。其中 NO2 的毒性比 NO 高 45 倍。人类排放到空气的 NO2。当燃烧 1 吨燃料就会产生 89kg 的 NOX。化石燃料燃烧过程中的主 要 来 自 煤 炭 的 燃 烧氮氧化物有 90%以上是 NO，NO 进入大气后逐渐氧化成 NO2。NO 2 有刺激性。是 毒一 种性很强的棕红色的气体。当 NO2 在大气中累积到一定值并且遇到强烈的阳光、逆温和静风等条件，便会产生一系列的化学反应从而形成了危害更加严重的光化学烟雾。1.1.2 选题的意义人类对自然环境的冲击造成了环境的严重恶化。对此我国针对燃煤导致的大气污染情况进行了综合的防治措施：严格的环境管理，全面规划、合理布局进行综合防治，控制大气污染的技术措施，控制环境污染的经济措施，绿化造林，高烟囱排放。然而光是张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计2这样的方法是不可能满足我们对大气的需求的 4。基于燃煤电厂排放的氮氧化物对人类健康和生态系统的危害，世界各国纷纷行动特别是我国作为燃煤大国给与了高度重视，制定了相应的排放标准并且研究脱销技术，研发脱销设备。使得 NOX 的排放量被控制在内。截止到目前为止，我国采用的是 的排放标准。进入二十一世安 全 范 围 201-3GB纪以来，我国的环境形势更加严峻，氮氧化物对大气环境造成了极大的危害。火电厂排放污染严重的现实已制约了电力工业的发展。因此，既 走一条既要发展电力工业。要 坚 持又要 发展的道路是十分重要的 5。保 护 环 境 的 可 持 续表 1-1 NO2 对人类和动植物的影响Table 1-1 Effects of NO2 on human and animal and plantNO2 的浓度 /ppm。 影响0.5 连续 4 小时接触，肺细胞病理组织发生病变。约 1 闻到臭味。2.5 超过 7 小时。豆类、西红柿等农作物叶子变白。3.5 超过 2 小时，动物细菌感染增强。5 闻到强烈臭味。1015 眼、鼻、呼吸道受到刺激。25 人只能短时暴露才安全。50 1 分钟内就感到呼吸道异常、鼻受刺激。80 3min 内感到胸痛。100150 0.5 到 1 小时就会肺水肿死亡。200 以上 人立即死亡。1.2 国内外研究现状1.2.1 脱硝技术综述为了减少燃煤电厂发电行业带来的氮氧化物污染的危害，世界各国都纷纷出台相应的法律并制定氮氧化物排放的标准。控制 应从减少燃烧过程中氮氧化物的氮 氧 化 物 污 染产生量和降低烟气中氮氧化物的排放量两个方面入手。当前烟气脱硝技术有以下几种。低氮氧化物燃烧技术 LNB（燃料型；热力型；快速型或瞬时性） ；（SNCR ） ；选择性催化还原脱硝（ SCR） ；其他脱硝方法（如电子选 择 性 非 催 化 还 原 反 应束照射法和脉冲电晕等离子法；炽热炭法；湿式络合吸收法；活性炭吸收；微生物法） 6。但在实际应用中，考虑到 NH3 损耗和 NH3 泄露等问题，SNCR 设计效率为 30%50%。根据报道，当 SNCR 与低氮氧化物燃烧技术结合时，其效率可达 65%。SCR 技术脱硝率高。理论上可以接近 100%的脱硝率。商业燃煤、燃气和燃油锅炉烟气 SCR 脱硝系统，设计脱硝率可大于 90%，有一定的运行经验，且没有二次污染。维持这种 费用高。实际高 效 率辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3SCR 系统的 在 70%90%之间 7。操 作 效 率1.2.2 国内脱硝技术研究现状我国是世界产煤和燃煤大国。由燃煤排放的 SO2、NO 2 造成的酸雨已经影响到全国40%近四百万平方千米的面积。我们国内从二十世纪八十年代初就开始了对火电厂烟气脱硝设备的研究工作，并且取得了一定的成效。随着我国 的排放标准的不断提升，氮 氧 化 物仅仅依靠燃烧控制已不能满足保护环境的要求，因此实施烟气脱硝技术得到了我国政府的重视。本装置使用后运行效果较好，氮氧化物的排放浓度只有 85mg/m3，与此同时也存在着一系列的问题。比如说前期的设备投资巨大、生产运行费用较高的问题。经过多年来的研究与实验，我国研制出了拥有自主知识产权的选择性催化还原脱硝技术。国华太仓发电有限公司 7 号机组（2600MW）是国内第一家采用我国自主研发的 SCR 烟气脱硝技术的机组。此机组于 2006 年 1 月 20 日成功进行生产运行。这一项技术着实推动了我们国家烟气脱硝历史的进程 8。1.2.3 国外脱硝技术研究现状国外研究现状： SCR 法的发明权属于美国，而日本率先于 20 世纪 70 年代对其实现了商业化，目前这一技术在发达国家已经得到了比较广泛的应用，欧洲、日本、美国是当今世界上对燃煤电厂氮氧化物排放控制最先进的地区和国家。在这些地区和国家，除了采用燃烧控制之外，都大量地使用了 SCR 烟气脱硝技术。德国于 20 世纪 80 年代引入SCR 技术，并规定发电量 50MW 以上的电厂都得配备 SCR 除氮氧化物系统，其火力发电厂的烟气脱硝装置中 SCR 法大约占 95%11。美国在 1998 年颁布氮氧化物 SIP 法令时，EPA 预计 75GW 的选择性催化还原系统将被安装以便满足氮氧化物法令的要求，至今已经超过 10GW 的 SCR 系统被安装。氮氧化物控制技术近 10 年来在美国得到了迅速的发展，各种低氮氧化物燃烧技术和烟气脱硝技术的开发使得降低氮氧化物排放有了技术保证 12。日本和欧洲在应用 SCR 方面所取得的经验已经见诸文献资料，关于氨的逃逸量、空间速度、氮氧化物的脱除率、空气预热器的设计和运行等的研究在日本和欧洲都取得了很大的进步 13。1.3 未来发展前景随着烟气脱硫和烟气脱硝技术的发展，各国都开展了烟气同时脱硫脱硝技术的研究，目的是开发具有低于传统 FGD 和 SCR 组合工艺费用的新的 SO2 和 NOX 联合脱除技术，目前多数新工艺处在开发阶段，尚未得到商业应用 14。但经过各国科学家的不懈努力，张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计4我相信在不久的将来，工业化的 SO2 和 NOX 联合脱除技术会在商业上得到普及，使烟气净化技术更加具有经济可行性。工业化 SO2 和 NOX 联合脱除工艺是采用高性能石灰/ 石灰石烟气脱硫（FGD）系统来脱除 SO2 和用 SCR 工艺脱除 NOX15。该联合工艺能脱除 90%以上的 SO2 和 80%以上的NOX。石灰/石灰石烟气脱硫体系属湿式工艺，SCR 体系属于干式工艺。FGD 和 SCR 工艺是采用不同技术各自独立工作。其中一个优点是不管入口处 SO2/NOX 的浓度比为多少，它都能达到各自理想的脱除率。至今，还是很少有这样的装置在大规模地工业化应用。然而，这种联合脱除 SO2 和 NOX 工艺的技术已得到较大的改进。典型的工艺有干法和湿法：干式工艺包括固相吸收和再生法、气/固催化工艺、辐射法、碱式喷雾干燥等；湿式工艺主要是氧化/吸收法和铁的螯合物吸收法等。未来的技术肯定会向着高效率、低投入、设备占用面积小、运行可靠、不造成新的污染等方向发展 16。表 1-2 主要烟气脱硝工艺的比较Table 1-2 Comparison of main flue gas denitrification processes脱硝工艺 适用性及特点 优缺点 脱硝率 投资SCR 适合排气量大， 连续排放源。 二次污染小，净化效率高。技术成熟，设 备投资高。关键技术难度大。 80%90% 较高SNCR 适合排气量大， 连续排放源。不用催化剂，设备和运行费用少。NH 3 用量大，有二次污染。难以保证反应温度和停留时间。30%60% 较低液体吸收法 处理烟气量很小 情况下可取。工艺设备简单、投资少。收益显著，有些方法能回收 NOX。效率低，副产物不易处理。目前常用的方法不适于处理燃煤电厂烟气。效率低 较低微生物吸附法 适用范围较大。工艺设备简单、能耗及处理费用低。效率高、无二次污染。微生物环境条件难以控制。仍处于研制阶段。80% 低活性炭吸附法 排气量不大。同时脱硫脱硝。回收 NOX 和 SO2。运行费用低，吸收剂用量多。设备庞大。一次脱硫脱硝效率低。再生频繁。80%90% 高电子束法 适用范围较大。 同时脱硫脱硝。无二次污染，设备费用高。 关键设备技术含量高。不易掌握。 85% 高1.4 我国的污染物排放控制要求1.4.1 我国污染物排放标准表 1-2 火力发电锅炉及燃气轮机组大气污染排放浓度限值Table 1-2 Coal-fired boiler and gas tubrine units air pollution emission concentration limit辽宁工程技术大学毕业设计（论文）5单位：mgm -3（烟气黑度除外）序号燃料和热能转化设施类型 污染物项目 试用条件 限值污染物排放监控位置烟尘 全部 30新建锅炉 100200二氧化硫现有锅炉 200400氮氧化物（以 NO2 计） 全部 1002001 燃煤锅炉汞及其化合物 全部 0.03烟囱或烟道1.4.2 大气污染物基准氧含量排放浓度折算方法实测的火电厂烟尘、二氧化硫、氮氧化物和汞及其化合物排放浓度，必须执行GB13223-2011 规定，按公式（1-1）折算为基准氧含量排放浓度。各类热能转化设施的基准氧含量按表 1-3 的规定执行。表 1-3 基准氧含量Table 1-3 Oxygen reference content序号 热能转化设施类型 基准氧含量（O 2）/%1 燃煤锅炉 62 燃油锅炉及燃气锅炉 33 燃气轮机组 15（1-21Oc1）式中： 大气 基准氧含量排放浓度。mg/m 3；C污 染 物实测的大气污染物排放浓度。mg/m 3；实测的氧含量，% ；2O基准氧含量，%。张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计62 阜新发电厂的概况2.1 阜新市发电厂参数确定2.1.1 阜新市发电厂简介2.1.2 阜新市发电厂锅炉的主要参数为了响应国家的脱硝政策的号召，我在搜罗各种资料的前提下，为阜新市发电厂设计一套脱硝系统。确定发电机组：国产 35 万 KW 机组，煤种：阜新市各煤矿混合煤（褐煤） 。电厂购买的煤为阜新混合煤（褐煤） 。褐煤的煤龄短，挥发成分较高大于 40%，且挥发分析出的温度较低，故着火及燃烧都比较容易。但由于它的碳化程度不如烟煤，含碳量 40%50%，密度约为 1.11.2kg，无角质层厚度，而水分含量 =20%40%，灰分含arM量 =6%40%，发热值约为 =11.521.0MJ/kg 。褐煤表面呈褐色。质脆易风化，arAp,netarQ也很容易自然。不适合远途运输和长时间贮存。具体参数见表 2-1 和表 2-2。表 2-1 煤质分析Table 2-1 Coal quality analysis项目 符号 单位 设计煤种 校核煤种收到基低位发热值 Qnet，ar kJ/kg 17.50103 15.90103收到基全水分 Mar % 8.62 10.55空气干燥基水分 Mad % 2.18 2.59空气干燥基挥发分 Vad % 29.85 28.73收到基灰分 Aar % 31.21 32.23收到基碳 Car % 43.34 39.77收到基固定碳 FCar % 32.28 30.84收到基氢 Har % 3.52 4.23收到基氧 Oar % 11.65 11.24收到基氮 Nar % 0.75 1.08收到基全硫 St，ar % 0.9 0.9可磨性系数 HGI 57/难磨 59/难磨灰变形温度 DT 1190 1100灰软化温度 ST 1200 1160灰半球温度 HT 1210 1180灰流动温度 FT 1220 1220灰成分分析SiO2 % 56.78 55.71辽宁工程技术大学毕业设计（论文）7Al2O3 % 18.93 19.05Fe2O3 % 8.96 8.64CaO % 3.58 3.29TiO2 % 0.78 0.8K2O % 3.07 2.87NaO % 1.20 0.98MgO % 2.70 3.15SO3 % 1.46 1.82灰的比电阻温度 1520时 cm 1.13109 4.50109温度 80时 cm 1.47109 4.30109温度 100时 cm 1.31109 5.40109温度 120时 cm 1.19109 6.80109温度 160时 cm 8.50109 5.001010温度 180时 cm 5.401010 1.131011表 2-2 性能数据表（基于滑压运行）Table 2-2 performance data sheet (based on sliding pressure operation)序号 名称 单位 BMCR 额定ECR 75%ECR 50%ECR 30%ECR1 汽轮机负荷 MW 386 350 262.5 175 115汽水流量省煤器入口 t/h 1165 1045 707 468 329过热器出口 t/h 1165 1061 761 509 3492再热器出口 t/h 969 890 651 444 308空气温度。空气预热器进口一次风 26.1 26.1 26.1 26.1 38.3空气预热器出口一次风 314 313 301 281 269空气预热器进口二次风 22.8 22.8 22.8 33.9 36.73空气预热器出口二次风 328 326 311 286 272烟气温度。排烟（修正前） 130 128 115 107 1054排烟（修正后） 125 123 110 101 985 燃料消耗量（按计算煤种） t/h 163.8 152.0 115.4 80.6 57.8锅炉型号：HG-1165/17.46（亚临界； ；自然循环；平衡通风；一 次 再 热。 ）燃 煤 汽 包 锅 炉过热蒸汽：最大连续蒸发量 B-MCR 1165t/h；额定蒸汽压力 17.45Mpa(绝对压力)；额定蒸汽温度 541；张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计8再热蒸汽：蒸汽流量 969 t/h；进/出口蒸汽压力 3.61/3.423Mpa(绝对压力)；进/出口温度 319.4/541；给水温度 275.6；锅炉热力特性（B-MCR 工况）机械未完全燃烧损失 q4 1.3%；保证热效率（按低位发热值） 93.00（汽机额定工况） ；空气预热器进风温度：一次风 26；二次风 23；空气预热器出口热风温度：一次风 313；二次风 326；炉膛出口空气过剩系数 1.20；空气预热器空气过量系数 1.268；炉膛出口排烟温度：修正前 128；修正后 123；燃料消耗量 B：B-MCR 工况 163.8 t/h；按设计煤种计算 152.0t/h；氮氧化物排放量不大于 450mg/Nm3；锅炉的热效率为 93%；锅炉在投产后的第一年内运行小时数 不小于 7800 小时。SCRt2.