热源厂除尘脱硝处理工艺设计课程设计1.doc

辽宁科技学院本科生课程设计 第i页 辽辽 宁宁 科科 技技 学学 院院 本科课程设计 题目： 热源厂除尘脱硝处理工艺设计热源厂除尘脱硝处理工艺设计 摘 要 经调查：烟气脱硝在国内外一直是一个非常棘手的难题。所以本设计采用选择性催化剂 还原烟气脱硝技术（scr）以及旋风除尘器脱硝除尘。 scr 工艺采用垂直的催化剂反应塔与无水氨，从燃煤燃烧装置及燃煤电厂的烟气中除去 氮氧化物（nox）。具体为采用氨（nh3）作为反应剂，与锅炉排出的烟气混合后通过催化 剂层，在催化剂层，在催化剂的作用下将 nox 还原分解成无害的氮气（n2）和水（h2o）。 该工艺脱硝率可达 90%以上，nh3逃逸低于 5ppm，设备使用效率高，基本上无二次污染，是 目前世界上先进的电站烟气脱硝技术，在全球烟气脱硝领域市场占有率高达 98%。 在机械除尘器之中，旋风除尘器是效率最高的一种，从技术、经济等诸多方面考虑，旋 风除尘器压力损失控制范围一般在 500-2000pa。因此，它属于中效除尘器，且可用于高温烟 气的净化，是应用广泛的一种除尘器，多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘以及预除尘。 关键词：除尘；旋风除尘器；烟气脱硝；scr；脱硝工艺 abstract after investigation: flue gas denitrification at home and abroad has been a very difficult problem. therefore, this design uses selective catalytic reduction flue gas denitrification technology (scr) and denitrification cyclone dust. scr process using a vertical column with anhydrous ammonia catalyst from coal fired power plants and combustion device removing nitrogen oxides in flue gas (nox). specifically the use of ammonia (nh3) as a reactant, mixed with the boiler flue gas discharged after passing through the catalyst layer, the catalyst layer, in the role of a catalyst in the reduction of nox into harmless nitrogen (n2) and water (h2o). the process denitrification rate of up to 90%, nh3 escape less than 5ppm, high-efficiency equipment, basically no secondary pollution, is an advanced power plant flue gas denitrification technology in the world, the global market share in the field of flue gas denitrification up 98%. among the mechanical filter, a cyclone is the highest efficiency from many aspects to consider technical, economic, etc., cyclone pressure loss control range is generally 500-2000pa. therefore, it belongs in the efficiency filter, and can be used in high temperature flue gas purification, is widely used as a filter, and more used in the boiler flue dust, dust, and multi-stage pre-dust. key words: dust; cyclone; flue gas denitrification; scr; denitrification process 辽宁科技学院本科生课程设计 第i页 目录 绪论绪论 -1 1 概述概述-3 1.1 设计任务书 -3 1.1.1 资料背景-3 1.1.2 要求-3 1.1.3 编制初步设计文件并提交。 -3 1.1.4 设计原始资料（经计算） -3 1.2 除尘器工艺方案的确定-4 2 烟气量、烟尘和氮氧化物浓度的计算烟气量、烟尘和氮氧化物浓度的计算 -5 2.1 标准状态下的理论烟气量-5 2.2 标准状态下的烟气含尘浓度-5 3 除尘器的选择除尘器的选择 -7 3.1 除尘器应达到的除尘效率-7 3.2 除尘器的选择-7 3.2.1 工况下的烟气流量-7 4 管道系统的布置及设计计算管道系统的布置及设计计算 -9 4.1 各装置及管道布置的原则-9 4.2 管径的确定-9 5 烟囱的设计烟囱的设计-10 5.1 烟囱高度的确定 -10 5.3 烟囱的抽力 -11 6 系统阻力的计算系统阻力的计算-12 6.1 摩擦压力损失 -12 6.2 局部压力损失 -13 6.2.1 除尘器入口前的管道-13 6.2.2 除尘器出口至风机入口的管道 -14 6.2.3 t 形三通管 -14 7 系统中烟气温度的变化系统中烟气温度的变化-16 7.1 烟气在管道中的温度降 -16 7.2 烟气在烟囱中的温度降 -16 8 风机及电动机的选择和计算风机及电动机的选择和计算-18 8.1 风机风量的计算 -18 8.2 风机风压的计算 -18 8.3 电动机功率的计算 -19 9 scr 脱硝工艺脱硝工艺-20 9.1 scr 基本原理 -20 9.2 典型 scr 系统组成-21 9.3 scr 工艺流程 -21 9.4 scr 工艺系统布置分类 -22 9.4.1 高温高尘布置-22 9.4.2 高温低尘布置-22 9.4.3 低温低尘布置-23 9.5 催化剂 -24 9.6 还原剂原料 -26 9.6.1 液氨-26 9.6.2 氨水 -26 9.6.3 尿素 -26 9.7 scr 反应器 -27 9.8 喷氨格栅 -29 9.9 吹灰器 -30 9.10 影响 scr 脱硝性能的几个关键因素-30 9.10.1 催化剂-30 9.10.2 反应温度-31 9.10.3 适当的氨气输入量及与烟气的均匀混合-31 10 scr 系统的设计与计算系统的设计与计算 -32 10.1 项目执行标准-32 10.2 原始参数-32 10.3 scr 反应器设计计算-32 10.3.1 scr-33 10.3.2 塔的设计计算-35 10.3.3 催化剂的选型-37 10.3.4 喷氨系统喷射管设计-38 10.3.5 氨气/烟气静态混合器-38 10.3.6 吹灰器设计-39 11 scr 辅助设备选型辅助设备选型 -41 11.1 供氨装置-41 11.1.1 卸氨压缩机-41 11.1.2 液氨储罐-42 11.1.3 液氨蒸发器-42 11.1.4 氨气缓冲罐-44 11.1.5 氨气稀释槽-44 11.1.6 氨/空气混合器-45 11.1.7 废水泵-45 11.2 液氨提升泵的选型-45 11.3 省煤器旁路-46 11.4 进出口烟道-46 12 结论与建议结论与建议 -47 12.1 结论-47 12.2 建议-47 参考文献参考文献-48 辽宁科技学院本科生课程设计 第1页 绪论 按照国际标准化组织（iso）作出的定义，空气污染：通常系指由于人类活动和自然过 程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体 的舒适、健康和福利或危害了环境。大气污染物的种类非常多，根据其存在状态，可将其概 括为两大类：气体状态污染物和气溶胶状态污染物。 随着工业的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。就现在我国 的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在人的生存每时每刻都 离不开空气，大气的质量与人类的生存环境息息相关，所以对大气的修复比较困难。虽然人 们在大气环境治理方面做了相当大量的工作，但目前的空气质量仍然不尽人意，因此防止污 染、改善空气环境成为当今迫切的环境任务。燃煤锅炉排放的二氧化硫严重的污染了我们赖 以生存的环境。我国的大气污染仍是以煤烟型为主，其中粉尘与酸雨危害最大。因此，净化 燃煤烟气中的粉尘和氮氧化物是我国改善大气的空气质量和减少酸雨的关键性问题。 粉尘的危害：粉尘的危害不仅取决于它的暴露浓度，还在很大程度上取决于它的组成成 分、物理性质、化学性质、粒径和生物的活性等等。粉尘的成分和物理化学性质是对人体危 害的主要因素。有毒的金属粉尘和非金属粉尘（铬、锰、镐、铅、汞、砷等）进入人体后， 会引起中毒以致死亡。 氮氧化物包括多种化合物，如一氧化二氮(n2o)、一氧化氮 (no)、二氧化氮(no2)、三氧 化二氮 (n2o3)、四氧化二氮(n2o4)和五氧化二氮(n2o5)等。氮氧化物中氧化亚氮（笑气）作 为吸入麻醉剂，不以工业毒物论；余者除二氧化氮外， 遇光、湿或热可产生二氧化氮，主要 为二氧化氮的毒作用，主要损害深部呼吸道。一氧化氮尚可与血红蛋白结合引起高铁血红蛋 白血症。人吸入二氧化氮 1 分钟的 mlc 为 200ppm。 大气控制的措施主要包括：严格的环境管理；以环境规划为中心，实行综合防治；制定 大气污染的技术政策；控制环境污染的经济政策；高烟囱扩散；绿化造林；安装废弃净化装 置；加强环境科学研究，检测和教育。 据统计，我国目前约有 30 万台中小型燃煤工业锅炉，耗煤量占全国原煤产量的 1/3。而这些 锅炉中，大部分没有安装脱硫设备，致使许多地区酸雨频频发生，严重危害了工农业生产和 人类健康。因此烟气的脱硫是当前环境保护的一项重要工作。能拥有烟气脱硫的除尘设备有 很多，但要满足运转稳定可靠，不影响生产的同时去除且压力降较小等要求，以袋式除尘器 和旋流板为宜。 除尘设备：从气体总去除或捕集固态或液态微粒的设备。 旋风除尘器：对于捕集 510m 以上的粉尘效率较高，其除尘效率可达 80%以上，被广 泛地应用于化工、石油、冶金、建筑等工业部门。 旋风除尘器结构简单，除尘器本身无结构部件，不需特殊的附件设备，占地面积小，制 造、安装投资少。操作维护简单，压力损失中等，动力损耗不大，运转、维护费用低。操作 弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度的限制。碎玉粉尘的物理性质无特殊要求， 同时可根据化工生产的不同要求，选用不同材料制成，或内衬各种不同的耐磨、耐热材料， 以提高使用寿命。 电除尘器：除尘器的除尘效率与电场强度、集尘板面积、烟气流量、粉尘驱进速度，尤 其是粉尘的导电性有关，电除尘器具有很高的除尘效率（可达 99.99%），可捕集 0.1m 以 上的尘粒。它阻力小，运行费用低，处理烟气量大，运行操作方便，可完全实现自动化。缺 点是设备庞大，投资费用高。此外对制造、安装质量要求较高。 惯性除尘器：用于净化密度和颗粒较大的金属或矿物性粉尘时，具有较高的除尘效率 65%75%。对于粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而不宜采用。由于净化效率不高，一般只 用于多级除尘中的第一级除尘，捕集 1020m 以上的粗尘粒。压力损失一般为 1001000pa。 袋式除尘器：一种干式高效除尘器，可净化粒径 dp0.1m 的含尘气体，除尘效率可达 99%以上。它的阻力一般为 10002000pa。另外，若除尘器阻力过高，还会使除尘系统的处理 气体量下降，影响生产系统的排风效果。因此，除尘阻力达到一定数值后要及时清灰，清灰 不能过分，即不应破坏粉尘初层，否则会引起除尘效率显著下降。由于所用滤布受到温度、 腐蚀性等限制，只适用于净化腐蚀性小，温度低于 300的含尘气体。 湿式除尘器：是应用最多的就是文丘里洗涤器除尘器，文丘里洗涤器的除尘效率一般在 95%以上，它随液滴直径、喉管气速的增加而增加。当液滴直径比尘粒大 50 倍时，其除尘效 率最高。这种除尘器结构简单，除尘效率高，水滴还能吸收烟气中的二氧化硫和三氧化硫。 其缺点是阻力大，需要有污水处理装置。 1 概述 1.1 设计任务书 1.1.1 资料背景 根据本溪市经济开发区总体规划，在开发区建设集中热源厂，以满足开发区企事业单位 的供热需求，热源厂承担该地区集中供热的建设，根据供热需求，集中供热中心分三期建设， 一期建造一座 300t/h 容量的锅炉，安装一台 29mw 热水锅炉，二期安装一台 58mw 的热水 锅炉，三期安装两台 58mw 热水锅炉。所使用煤炭为山西出产的烟煤。 1.1.2 要求 收集设计前期资料，确定烟气产量及各项标准，设计烟气除尘脱硝处理工艺，绘制工艺流 程图及总平面布置图。 1.1.3 编制初步设计文件并提交。 1.1.4 设计原始资料（经计算） 设计耗煤量：2.85kg/s=1.26t/h 排烟温度：160 烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3 空气过剩系数：=1.4 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16% 烟气在锅炉出口前阻力：800pa 当地大气压力：97.86kpa 冬季室外空气温度：-13 空气含水（标准状态下）按 0.01293kg/m3 烟气其他性质按空气计算 煤的工业分析值：cy=81.4% hy=5.6% sy=0.92% oy=10.6% ny=1.43% wy= 6.92% 按锅炉大气污染物排放标准（gb132712001）中二类区标准执行。 烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200mg/m3 氮氧化物排放浓度（标准状态下）：- mg/m3 1.2 除尘器工艺方案的确定 本设计选用旋风除尘器。 旋风除尘器是利用旋风气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。它具有结构简单、 应用广泛、种类繁多等优点，虽然在除尘原理及结构性能方面的研究很多，但由于旋风除尘 器内气流和粒子运动状态复杂，准确测定较困难，至今理论研究仍不够完善。 旋风除尘器的优点是结构简单，造价便宜，体积小，无运动部件，操作维修方便，压力 损失中等，动力消耗不大；缺点是除尘效率不高，对于流量变化大的含尘气体性能较差。 在机械除尘器之中，旋风除尘器是效率最高的一种，从技术、经济等诸多方面考虑，旋 风除尘器压力损失控制范围一般在 500-2000pa。因此，它属于中效除尘器，且可用于高温烟 气的净化，是应用广泛的一种除尘器，多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘以及预除尘。 工艺流程图： 2 烟气量、烟尘和氮氧化物浓度的计算 2.1 标准状态下的理论烟气量 建立煤燃烧的假定： 1.煤中固定氧可用于燃烧； 2.煤中氮主要被氧化为 nox； 3.不考虑 so2 的生成。 山西无烟煤的热值 qdw=26377kj/kg,设计热效率为 45%。 则电厂的煤炭消耗量为：。 skg /85 . 2 %4522588 1029 3 以完全燃烧 1kg 为基准，计算各组分的摩尔数、需氧量和产生烟气量如下： 因此，燃烧 1kg 烟煤需要的理论氧气量为：（67.83+14-3.32+0.29）mol=78.8mol。 需要的实际空气量为：78.8（1+3.78）1.4=527.33mol 产生的烟气量为：（67.83+28+0.51+0.29）+527.33-78.8=545.16mol 总共产生的烟气量为：2.85545.16=1553.71mol/s=1533.7122.4=34803l/s=m3/h。 5 1025 . 1 nox 的实际排放量为：0.01432.850.85=0.035kg/s 实际 nox 排放浓度为： 3 6 /92.109 1000318416 10035 . 0 mmg 2.2 标准状态下的烟气含尘浓度 标准状态下烟气含尘浓度为： 组分/mol质量/g摩尔数/mol需氧量/mol燃烧后烟气量 c81467.8367.8367.83（co2） h56561428 （h2o） o1066.63-3.320 n14.31.0200.51（n2） s9.20.290.290.29（so2） )/( 3 mkg q ad c s y sh 式中： 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数，16%； sb d 煤中不可燃成分的含量，15%； y a 标准状态下实际烟气量，m3/kg。 s q 结果为： c=0.00234 （kg/m3） =2340 （mg/m3） 3 除尘器的选择 3.1 除尘器应达到的除尘效率 c cs 1 式中： c 标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3； 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3。 s c 结果为： %45.91 3.2 除尘器的选择 根据烟尘的粒径分布或种类、工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定除 尘器的种类、型号和规格。然后确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失、捕集粉尘 量等。 3.2.1 工况下的烟气流量 工况下的烟气流量为： hm t qt q/ 3 式中： q 标准状态下的烟气流量，m3/h； t工况下烟气温度，k； t标准状态下温度，273 k。 结果为： )/(9754q 3 hm 则烟气的流速为： sm q / 7 . 2 3600 9754 3600 3 根据工况下的烟气量、烟气的温度以及要求达到的除尘效率来确定除尘器，查阅相关资 料，选择 xld-4 型陶瓷多管式旋风除尘器。产品的性能如下表 3.1 和 3.2。 表表 3.1 xld-4 型陶瓷多管旋风除尘器产品性能型陶瓷多管旋风除尘器产品性能 型号 配套锅炉容量 /(j/h) 处理烟气量 )/( 3 hm 除尘效率 /% 设备阻力 /pa 分割粒径 m)/(50d 质量 /kg xld-441200092-95932-11283.06-3.32369 表表 3.2 xld-4 型陶瓷多管旋风除尘器的外型结构尺寸型陶瓷多管旋风除尘器的外型结构尺寸 abcdefghmn 14001400300503501000298544607004235 图图 3.1 xld-4 型陶瓷多管旋风除尘器外型结构尺寸型陶瓷多管旋风除尘器外型结构尺寸 4 管道系统的布置及设计计算 4.1 各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况和锅炉房现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定了各装置的位 置，管道的布置也就基本可以确定了。对各装置及管道的布置应力求简单、紧凑，管路短， 占地面积小，并使安装、操作和检修方便。 4.2 管径的确定 管道直径： )( 4 m q d 式中： q 工况下管道内烟气流量，m3/s； v 烟气流速 m/s (对于锅炉烟尘 v=10-15 m/s)，取 v=14 m/s。 结果为： md0.49 圆整并选取风道： 表表 4.1 风道直径规格表风道直径规格表 钢制板风管 外径 d/mm 外径允许偏差/mm壁厚/mm 50010.75 内径： mm 498.50.752-500d 则由公式 4.1 可算出实际烟气流速： 2 4 d q v 结果为： 13.9 m/s v 5 烟囱的设计 5.1 烟囱高度的确定 首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放 标准中的规定确定烟囱的高度。 表表 5.1 锅炉烟囱高度表锅炉烟囱高度表 锅炉总额定出力（t/h）小于 1122661010202035 烟囱最低 （高度/m）202530354045 已知每台锅炉的额定出力为 4t/h，则锅炉总额定出力为 43=12（t/h）， 故选取的烟囱高度为 40 m。 5.2 烟囱直径的计算 烟囱出口的直径可按下式计算： （m) v q d0188 . 0 式中： q 通过烟囱的总烟气量，m3/h； v 按下表 5.2 选取的烟囱出口烟气流速，m/s。 表表 5.2 烟囱出口烟气流速烟囱出口烟气流速 运行情况 通风方式 全负荷时最小负荷 机械通风102045 自然通风6102.53 代入 ， hmq/ 3901649754 3 smv/ 15 结果为： md 96 . 0 圆整取 md1 烟囱底部直径： d1 = d2 + 2ih (m) 式中： d2 烟囱出口直径，m； h 烟囱高度，m； i 烟囱锥度，通常取 i = 0.020.03。 代入 d2 =1.0m，h=40m，i=0.03 结果为： md4 . 3 1 5.3 烟囱的抽力 )() 273 1 273 1 (0342 . 0 pab p t k t h y s 式中： h 烟囱高度，m； 外界空气温度，； k t 烟囱内烟气平均温度，； p t b 当地大气压，pa。 代入 h=40m，=-13，=177，b=97.86kpa=97680pa k t p t 结果为： pasy 217 6 系统阻力的计算 6.1 摩擦压力损失 （1）对于圆管： )( 2 2 pa d l l p 式中： l 管道长度，m； d 管道直径，m； 烟气密度，kg/m3； 管中气流平均速率，m/s； 摩擦阻力系数，是气体雷诺数 re 和管道相对粗糙度的函数。可以查手册得到（实际 d k 中对金属管道值可取 0.02，对砖砌或混凝土管道值可取 0.04）。 对于直径 500m 的圆管： ml5 . 9 )(kg/m81 . 0 450 273 34 . 1 177273 273 3 n 根据公式 6.1 得： )( 4 .30 2 9 . 1381 . 0 5 . 0 5 . 9 02 . 0 2 papl （2）对于砖砌拱形烟道： 222 224 2）（ b bds 式中： s 烟道的面积，； 2 mm d 直径，； mm b拱形两内柱的距离，。 mm 其中 d=500mm，计算 b=450 mm。 6.2 局部压力损失 )( 2 2 pap 式中： 异型管件的局部阻力系数，可在相关手册中查到； 与相对应的断面平均气流速率，； v sm/ 烟气密度，。 3 /mkg 6.2.1 除尘器入口前的管道 除尘器入口前的管道分为三部分，第一部分为一个渐缩管，由 600mm 管径缩至 500mm。 时， 45 1 . 0 取=45， smv/ 9 . 13 结果为： ）（pap 1 . 8 2 8 . 1381 . 0 1 . 0 2 渐缩管长度： (m)12 . 0 5 . 67tan05 . 0 1 l 除尘器入口前的管道中的第二部分为 30的 z 形弯头。 弯头高度： ）（mh 6 . 0595 . 0 39 . 2 -985 . 2 （m） 12 . 0 5 . 06/ . 0 /dh 取 157. 0 re 查资料得 0 . 1 re 结果为： 157 . 0 157 . 0 0 . 1 则： ）（pap 7 .12 2 9 . 1384 . 0 157. 0 2 除尘器入口前的管道中的第三部分为一个渐扩管。 79 . 1 4 4985. 0 14 . 3 135. 0 2 2 1 a a 取，则 30 19 . 0 结果为： ）（pap 4 . 15 2 9 . 1381 . 0 19. 0 2 渐扩管长度： 07(m) . 0 .067015tan 2 4985 . 0 -1 3 ）（ ）（ ml 6.2.2 除尘器出口至风机入口的管道 除尘器出口