热源厂除尘脱硝处理工艺设计课程设计.doc

低调 Cyclone Flue gas denitrification SCR Denitrification process 辽宁科技学院本科生课程设计 第I页 低调 自律 工作室编制 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 II 页 低调 自律 工作室编制 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 III 页 低调 自律 工作室编制 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 低调 自律 工作室编制 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 2 页 低调 自律 工作室编制 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 5 10 m 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 1 m 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 10 20 m 以上的粗尘粒 压力损失一般为 100 1000pa 袋式除尘器 一种干式高效除尘器 可净化粒径 dp 0 1 m 的含尘气体 除尘效率可达 99 以上 它的阻力一般为 1000 2000pa 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 3 页 低调 自律 工作室编制 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 GB13271 2001 中二类区标准执行 辽宁科技学院本科生课程设计 第 4 页 低调 自律 工作室编制 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 5 页 低调 自律 工作室编制 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 85 545 16 1553 71mol s 1533 71 22 4 34803L s m3 h 5 1025 1 NOx 的实际排放量为 0 0143 2 85 0 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 6 页 低调 自律 工作室编制 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 7 页 低调 自律 工作室编制 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 9754 Q 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 8 页 低调 自律 工作室编制 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 50 d 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 9 页 低调 自律 工作室编制 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 500 10 75 内径 mm 498 50 752 500 d 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 10 页 低调 自律 工作室编制 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 11 22 66 1010 2020 35 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 4 3 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10 204 5 自然通风6 102 5 3 代入 hmQ 3901649754 3 smv 15 结果为 md 96 0 圆整取 md1 辽宁科技学院本科生课程设计 第 11 页 低调 自律 工作室编制 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 02 0 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 12 页 低调 自律 工作室编制 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 13 页 低调 自律 工作室编制 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 辽宁科技学院本科生课程设计 第 14 页 低调 自律 工作室编制 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 除尘器出口至风机入口处的管道为一个 Z 字形 分为三部分 上半部分是一个渐缩管 故取 45 1 0 30 smv 9 13 结果为 Pa 1 8 2 9 13810 1 0 2 22 v p 渐缩管长度 L 同上述渐扩管长度一样 L 0 07m 除尘器出口至风机入口管道的中间部分和下部各为一个 90 弯头 D 500m 取 R D 则 23 0 结果为 Pap 7 18 2 9 1381 0 23 0 2 两个弯头则为 Papp 4 37 7 1822 6 2 3 T 形三通管 则 78 0 Pa v p 3 63 2 13 90 81 78 0 2 22 对于 T 形合流三通 则 55 0 Pap 6 44 2 9 1381 0 55 0 2 所以 系统的总阻力 其中锅炉出口前阻力为 932Pa 除尘器阻力为 1128Pa 为 辽宁科技学院本科生课程设计 第 15 页 低调 自律 工作室编制 Pah22801128932 6 44 3 63 4 371 8 4 15712 1 8 4 30 7 系统中烟气温度的变化 辽宁科技学院本科生课程设计 第 16 页 低调 自律 工作室编制 当烟气管道较长时 必须考虑烟气温度的降低 除尘器 风机 烟囱的烟气流量应按各 点的温度计算 7 1 烟气在管道中的温度降 V CQ Fq t 1 式中 标准状态下烟气流量 m3 h Q F 管道散热面积 m2 CV 标准状态下烟气平均比热容 一般为 1 352 1 357kJ m3 q 管道单位面积散热损失 室内 q 4187 kJ m2 h 室外 q 5443 kJ m2 h 室内管道长 mL 46 1 12 0 6 0 18 2 29 25 046 1 14 3 2 mDLF 室外管道长 mL 04 8 46 1 5 9 2 62 125 004 8 14 3 mF 所以 由公式 7 1 得 4 9 354 1 6150 12 62 54432 29 4187 22112211 14 vvv CQ FqFq CQ Fq CQ Fq t 7 2 烟气在烟囱中的温度降 D AH t 2 式中 H 烟囱高度 m D 合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和 t h A 温降系数 可由下表查得 表表 7 1 烟囱温降系数烟囱温降系数 辽宁科技学院本科生课程设计 第 17 页 低调 自律 工作室编制 烟囱 种类 钢烟囱 无衬筒 钢烟囱 有衬筒 砖烟囱 小于 50m 壁厚小于 0 5m 砖烟囱 壁厚大于 0 5m A20 80 40 2 由公式 7 2 得 4 44 4 040 2 t 则 总温度降为 4 1344 9 21 ttt 8 风机及电动机的选择和计算 辽宁科技学院本科生课程设计 第 18 页 低调 自律 工作室编制 8 1 风机风量的计算 3 325 101 273 273 1 1hm B t Q Y Q p 式中 1 1 风量备用系数 风机前标准状态下风量 m3 h Q 风机前烟气温度 若管道不太长 可以近似取锅炉排烟温度 p t B 当地大气压力 kPa 结果为 8 11109 86 97 325 101 273 160273 61501 1 3 hmQY 8 2 风机风压的计算 293 1325 101 273 273 2 1Pa y B y t p t Y Sh Y H 式中 1 2 风压备用系数 系统前总阻力 Pa h 烟囱抽力 Pa Y S 风机前烟气温度 p t 风机性能表中给出的试验用气体温度 y t 标准状况下烟气密度 1 34kg m3 y 结果为 PaHy 2122 34 1 293 1 86 97 325 101 240273 160273 217 22802 1 根据和选定风机 查阅资料得出 选用 Y5 47 型 N0 7c 的引风机 Y5 47 型引 Y Q y H 风机是在原有的该型号引风机性能基础上改进的产品 该引风机最佳工况点的全压内效率为 85 6 与原来的性能相比较 由于进行了一系列的改进 使噪声值有显著降低 噪声指标 辽宁科技学院本科生课程设计 第 19 页 低调 自律 工作室编制 为 12 5dB 其性能如下表 表表 8 1 引风机性能表引风机性能表 机号传动方式 转速 r min 流量 hm 3 全压 Pa 内效率 内功率 kw 所需功率 kw C 式23201166330307912 4217 00 8 3 电动机功率的计算 10003600 21 kW HQ N YY e 式中 风机风量 m3 h Y Q 风机风压 Pa Y H 风机在全压头时的效率 一般风机为 0 6 高效风机约为 0 9 1 机械传动效率 当风机与电机直联传动时 1 用联轴器连接时 0 95 0 98 用 V 形 2 2 2 带传动时 0 95 2 电动机备用系数 对引风机 1 3 结果为 kw 9 14 95 06 010003600 3 1212211109 e N 根据电动机功率 风机的转速 传动方式选定 Y180M 2 型电动机 功率为 22Kw 符合 设备运行的要求 9 SCR 脱硝工艺 9 1 SCR 基本原理 选择性催化还原 SCR 脱硝原理是在一定的温度和催化剂的作用下 还原剂有选择地 辽宁科技学院本科生课程设计 第 20 页 低调 自律 工作室编制 把烟气中的 NOx 还原为无毒无污染的 N2和 H2O 催化的作用是降低分解反应的活化能 使 其反应温度降低至 150 450 之间 因为电厂实际使用的温度范围是 290 430 若无催 化剂 反应温度较高 980 左右 超出了电厂温度范围 还原剂有氨水 液氨及尿素 工 业上常应用的是液氨 其次是尿素 以氨为还原剂的 SCR 反应如下 主反应方程式 4NO 4NH3 O2 4N2 6H2O NO 2NO2 2NH3 2N2 3H2O 6NO 4NH3 5N2 6H2O 6NO2 8NH3 2N2 6H2O 副反应方程式 4NH3 3O2 2N2 6H2O 2NH3 N2 3H2 4NH3 3O2 4NO 6H2O 2SO2 O2 2SO3 NH3 SO3 H2O NH3HSO4 2NH3 SO3 H2O NH4 SO4 其中第一步反应为主要反应 因为烟气中的几乎 95 的 NOX均是以 NO 的形式存在 在 反应过程中 NH3可以选择性地和 NOX反应生成 N2和 H2O 而不是被 O2所氧化 其基本原 理如图 9 1 所示 图图9 1 SCRSCR基本反应原理基本反应原理 9 2 典型 SCR 系统组成 烟气脱硝系统由还原剂的制备系统和脱硝反应系统两部分组成 见图 9 2 脱硝反应系 统有 SCR 催化反应器 喷氨系统 稀释空气供应系统所组成 液氨存储和供应系统有液氨卸 辽宁科技学院本科生课程设计 第 21 页 低调 自律 工作室编制 料压缩机 液氨储槽 液氨蒸发槽 氨气缓冲槽 氨气稀释槽 废水泵和废水池等 图图9 2 SCR脱硝系统组成脱硝系统组成 9 3 SCR 工艺流程 典型的 SCR 主要工艺流程为 还原剂即液氨用灌装卡车运输 以液体形态储存于氨罐中 液态氨在注入 SCR 系统烟气之前经由蒸发器蒸发汽化 汽化的氨和稀释空气混合 通过喷氨 格栅喷入 SCR 反应器上游的烟气中 充分混合后的还原剂和烟气在 SCR 反应器中催化剂的 作用下发生反应 以达到去除 NOX的目的 SCR 的基本操作运行主要包含以下几个步骤 1 氨的准备与储存 2 氨的蒸发并与预混空气相混合 3 氨与空气的混合气体在反应器的适当位置喷入烟气系统中 其位置通常在反应器入口附 近的烟气管路内 4 喷入的混合气体与烟气的混合 5 各反应物向催化剂表面的扩散并进行反应 9 4 SCR 工艺系统布置分类 根据 SCR 反应器工作环境 如温度 粉尘浓度的不同 主要有高尘 低尘和尾部布置方式 9 4 1 高温高尘布置 辽宁科技学院本科生课程设计 第 22 页 低调 自律 工作室编制 该布置方式中 SCR 反应器在省煤器的下游 空气预热器和除尘装置的上游 烟气温度约为 350 的位置 SCR 高温高尘布置工艺系统见图 9 3 所示 图图 9 3 高温高尘布置高温高尘布置 这种布置的优点是进入反应器的烟气温度达到 280 420 多数催化剂在这个温度范 围内有足够的活性 缺点是催化剂在未经除尘的烟气中 寿命会受以下因素影响 1 飞灰含有 Na K Ca Si As 等 使催化剂中毒 受污染 2 催化剂受飞灰磨损 3 飞灰是催化剂通道堵塞 4 烟气温度降低 NH3和 SO3反应生成 NH3 SO4 使反应器通道和下游的空气预热器堵 塞 为了尽可能延长催化剂的使用寿命 除了应选择合适的催化剂外 还要使反应器通道有 足够的空间以防堵塞 同时要有防腐和防磨的措施 9 4 2 高温低尘布置 当静电除尘器布置在空气预热器的上游时 通常使用低尘 SCR 系统 如图 9 4 所示 低尘 SCR 系统较高尘 SCR 系统具有更低的成本 图图 9 4 高温低沉布置高温低沉布置 高温低尘布置的优点 1 烟气经静电除尘器后 粉尘浓度降低 可延长催化剂的寿命 辽宁科技学院本科生课程设计 第 23 页 低调 自律 工作室编制 2 独立存在 不影响锅炉的正常运行 3 氨泄漏量与高温高尘布置方式的相比要少 缺点 1 烟气通过静电除尘器后 温度会下降 2 烟气含大量的 SO2 催化剂使部分 SO2转化为 SO3 与泄漏的氨生成具很强腐蚀性的硫 酸铵盐 3 国内运用经验很少 可供参考的工程实例也少 9 4 3 低温低尘布置 这种布置方式通常将 SCR 反应器布置在所有的气体排放控制设备之后 此时的烟气经前 面的气体控制设备 已经除去了绝大多数对催化剂有害的成分 SCR 低温低尘布置工艺系统 如图 9 5 所示 低温低尘布置的优点 1 烟气经过了除尘脱硫 可采用更大的流速 使催化剂消耗量减少 2 氨逃逸量与其它布置方式相比是最少的 3 不会产生 SO3 防止二次污染 缺点 1 烟气经除尘脱硫后 温度降低 低于氨还原 NOX反应所需的温度 需要重新加热 增 加投资和运行成本 2 很难找到符合反应条件的催化剂 图图 9 5 低温低尘布置低温低尘布置 综上所述 由于高温高尘工艺布置是目前应用最为广泛的一种 在 SCR 市场中 其占有 绝对的优势 国内的脱硝系统几乎采用这种布置方式 以下的设计中采用高温高尘布置方式 辽宁科技学院本科生课程设计 第 24 页 低调 自律 工作室编制 9 5 催化剂 选择优良的催化剂是 SCR 技术的关键 催化剂有贵金属和普通金属 贵金属易与硫氧化 物反应 又昂贵 工程中不建议采用 常用的金属基催化剂含有氧化矾 V2O5 氧化钛 TiO2 等 其中 V2O5的活性好 表面呈酸性 容易将碱性的 NH3 捕捉到催化剂表面 其特 定的氧化优势有利于将氨和 NOX转化为氨水和水 并且工作温度较低 350 450 能在 富氧环境下工作 抗中毒能力较强 可负载于 Al2O3 SiO2等氧化物中 电厂所用的 V2O5催 化剂大都是负载在锐钛矿晶型 TiO2上的钒氧化物 辅以钨与钼为助催化剂 一般做成蜂窝形 状或敷于陶瓷介质上 以下对催化剂的种类进行介绍 按温度分类 可分为三类 高温催化剂 345 590 中温催化剂 260 380 低温催化剂 80 300 目前 国内外 SCR 系统大多采用高 温催化剂 反应温度在 280 420 之间 按原材料分类 有三种类型 贵金属型 金属氧 化物型和离子交换的沸石分子筛型 第一类催化剂主要 Pt Rh 和 Pd 贵金属类催化剂 通常以氧化铝等整体式陶瓷作为载体 早期设计的 SCR 系统中多采用此类催化剂 其对 SCR 反应有较高的活性 且反应温度较低 缺点是是对 NH3有一定的氧化作用 目前仅应用于低温条件下以及天然气燃烧后 NOX的脱 除 第二类的金属氧化物类催化剂 广泛应用的 SCR 催化剂大多是以二氧化钛为载体 以 V2O5或 V2O5 WO3 V2O5 MoO3为活性成分 其次是氧化铁基催化剂 以 Fe2O3 为基础 添 加 CrOx Al2O3 ZrO2 SiO2及微量的 MnOx CaO 等组成 这种催化剂活性较氧化钛基催 化剂要低 40 通常催化剂载体主要作用是提供具有大的比表面积的微孔结构 在 SCR 反应 中所具有的活性极小 当采用第二类催化剂时 通常以氨或尿素作为还原剂 反应机理通常是氨吸附在催化剂 的表面 而 NO 的吸附作用很小 在这一类催化剂中 以具有锐钛矿结构的 TiO2为载体 锐 钛矿作为主要活性成分的催化剂在工程中应用最为广泛 其技术发展也最为成熟 其活性唯 独区间为 300 400 在这类催化剂中通常还加入 WO3和 MoO3 其主要作用是增加催化 剂的活性和热稳定性 防止锐钛矿的烧结和比表面积丧失 另外 WO3和 MoO3的加入能和 SO3竞争 TiO2表面的碱性位 并代替它 从而限制其硫酸盐化 在催化剂的制备过程中还加 入玻璃丝 玻璃粉 硅胶等以增加强度 减少开裂 并加聚乙烯 淀粉 石蜡等有机化合物 作为成型黏结剂 辽宁科技学院本科生课程设计 第 25 页 低调 自律 工作室编制 第三类是沸石分子筛型 主要是采用离子交换方法制成的金属离子交换沸石 通常采用 碳氢化合物作为还原剂 所采用的沸石类型主要包括 Y 沸石 ZSM 系列 MFI MOR 等 特别是 Cu ZSM 5 国外学者对其研究较多 这一类催化剂的特点是具有活性的温度区间较 高 最高可达到 600 同时 这类催化剂也是目前国外学者研究的中点 但是工业应用方 面还不多 目前用于 SCR 中的催化剂主要有 3 种类型 蜂窝式 板式及其它形式 蜂窝式催化剂采用二氧化钛作骨架材料 将 V2O5和 TiO2混合后挤压成型 经干燥 烧 结后裁切装配而成 市场份额约 60 70 主要供应商 美国的 Cormetech 欧洲的 Argrillon KWH 日本的 Sakai shokubai 韩国的 SK 等 蜂窝式催化剂具有模块化 相对 质量比较轻长度易于控制 比表面积大 回收利用率高等优点 蜂窝式催化剂如图 9 6 所示 图图 9 6 蜂窝式催化剂蜂窝式催化剂 板式催化剂采用金属板作为基材 浸渍催化剂后烧结成型 市场份额占 20 30 其 它如波纹式催化剂采用玻璃纤维板或陶瓷板作为基材 浸渍催化剂后烧结成型 市场份额占 5 左右 主要供应商有德国的 Argillon 和日本的 BHK 等 具有对烟气高的高尘环境适应力 强的优点 但比表面积小 相对压降大 波纹状催化剂的制作是采用玻璃纤维板或陶瓷板作为基材浸渍烧结成型 主要供应商有 丹麦的 Haldor Topsoe 和日本的 Hitachi Zosen 板式 波纹式催化剂如图 9 7 所示 辽宁科技学院本科生课程设计 第 26 页 低调 自律 工作室编制 图图 9 7 左为板式催化剂左为板式催化剂 右为波纹式催化剂右为波纹式催化剂 通过比较板式和蜂窝式催化剂的性能 见表 9 2 发现蜂窝式催化剂测定性能高于板 式催化剂 表表 9 2 板式与蜂窝式催化剂比较板式与蜂窝式催化剂比较 项目板式蜂窝式 抗堵塞性能 抗粉尘冲刷性能 压力损失 脱硝效率 比表面积 吹灰器频率 抗热冲击 SO2转化率 注 代表星级 9 6 还原剂原料 9 6 1 液氨 常温下 无水氨 又称液氨 是无色气体 有刺激性恶臭 通常以加压液化气的方式储 存 液氨的合格品含量不低于 99 6 转化为气态时会膨胀 850 倍 由于氨是 B2 类 高毒性 燃烧性 物质 氨气在其与空气混合物中的浓度为 15 28 遇到明火会燃烧和爆炸 泄漏 时 会对人身安全造成相当程度的危害 因此 在交通运输及 SCR 系统现场使用过程中 都 需要采取相应的安全措施 9 6 2 氨水 用于燃煤电站 SCR 烟气脱硝的还原剂 氨水 采用的浓度为 20 30 之间 相对比较 安全 但由于运输的体积较大 运输的成本相对较高 氨水呈弱碱性和强防腐性 对人体有 害 在空气中达到一定的浓度时 也有爆炸的危险 9 6 3 尿素 与无水氨和氨水相比 尿素是无毒 无害的化学品 为白色或浅黄色的结晶体 吸湿性 较强 易溶于水 辽宁科技学院本科生课程设计 第 27 页 低调 自律 工作室编制 由于尿素需要水解或热解才能得到氨蒸气 在转化为氨气的同时伴随着 H2O CO2等副 产物的产生 为防止工艺过程中水蒸气的凝结和高防腐性的氨基甲酸铵的形成 相关的设备 和管道都需要采用不锈钢材质 同时还需设置伴热措施 因此 其工艺系统相对比较复杂 设备和运行费用都较高 此外 国内尚无商业化尿素分解制氨技术 全套需要进口 综上所述 通过表 9 3 所列数据比较发现 在以上三种的还原剂原料中 液氨法的投资 运输和使用成本为三者最低 但此法在运输和使用过程中需要严格执行相关的安全规定 具 有一定的危险性和安全隐患 氨水的质量百分比一般为 20 30 较液氨安全 但运输体积 大 运输成本较液氨高 尿素是一种颗粒状的农业肥料 安全无害 但其具有治安系统复杂 设备占地大 初投资大等问题 表表 9 3 三种三种 SCR 还原剂的技术比较还原剂的技术比较 9 7 SCR 反应器 SCR 反应器是还原剂和烟气中的 NOX发生催化还原反应的场所 通常由带有加固肋的碳 钢制塔体 烟气进出口 催化剂放置层 人孔门 导流叶片及必要的连接件等组成 反应器是烟气脱硝最核心的设备 催化剂以单元模块形式叠放在若干层托架上 布置在 反应器之中 目前催化剂的各层托架以及反应器壳体都连为一个整体 层间距固定 采用下 项目液氨氨水尿素 反应剂费用便宜较贵最贵 生成1kg氨气 需要的原料量 1 01kg 99 氨 4kg 25 氨 1 76kg 运输费用便宜贵便宜 安全性有毒有害无害 存储条件高压常压常压 干态 储存方式储罐 液态储罐 液态料仓 微粒状 初投资费用便宜贵贵 便宜贵贵 运行费用 需要热量蒸发液氨 需要高热量蒸发 蒸馏 水和氨 需要高热量水解尿素和蒸 发氨 设备安全要求有法律规定需要基本不需要 辽宁科技学院本科生课程设计 第 28 页 低调 自律 工作室编制 部支承方式 各层催化剂的质量最后全部向下落在反应器外的框架梁上 如图 9 8 所示 在 SCR 反应器壳体的设计中 要考虑良好的 NOX NH3混合和速度的均 布 以保证脱硝效率 反应器壳体通常采用标准的板箱式结构 辅以各种加强筋和支撑构件来 满足防震 承载催化剂 密封 承受荷载和抵抗应力的要求 并且实现与外界的隔热 图图 9 8 SCR 系统流程图系统流程图 为了克服常规反应器结构带来的热应力大 催化剂安装更换困难 清灰效果不好的问题 开发了一种悬吊式的 SCR 反应器 反应器由相互独立的反应器壳体和固定在立柱上的顶部横 梁两部分所组成 反应器壳体内部设有若干层催化剂托架 并分别与若干对螺纹吊杆的下端 相接 螺纹吊杆的上端穿出反应器壳体悬吊在反应器顶部的上梁上 各层催化剂托架的位置 可以上下调节 顶部的横梁分上下两层 上层为上梁 竖向可自由移动 下层为下梁 固定 不动 起辅助支撑和定位作用 每根梯形螺纹吊杆均通过两个螺母吊在上梁和下梁上 固定 在上梁上的螺母为主螺母 通过推力轴承支撑在上梁上 拧转主螺母可以使吊杆上下移动 固定在下梁上的螺母为辅助螺母 该辅助螺母起辅助承重和定位的作用 梯形螺纹吊杆底端 与催化剂托架采用绞接方式 悬吊式烟气脱硝反应器的结构如图 9 9 所示 图图 9 9 悬吊式烟气脱硝反应器的结构悬吊式烟气脱硝反应器的结构 辽宁科技学院本科生课程设计 第 29 页 低调 自律 工作室编制 1 反应器壳体 反应器壳体 2 螺纹吊杆 螺纹吊杆 3 主螺母 主螺母 4 推力轴承 推力轴承 5 辅助螺母 辅助螺母 6 立柱 立柱 7 上梁 上梁 8 下梁 下梁 9 催化剂托催化剂托 架架 SCR 反应器通常布置在锅炉省煤器出口与空气预热器入口之间 离开锅炉省煤器的热烟 气在进入 SCR 反应器前 在远离 SCR 反应器的上游烟道中喷入氨 使氨与烟气充分均匀混 合后进入反应器 氨在反应器中催化剂的作用下 在有氧气的条件下选择性地与烟气中的 NOX发生化学反应 将 NOX转换成无害的氮气和水蒸气 一个高效的 SCR 烟气脱硝系统不 仅需要对催化剂进行详细的优化设计 而且需要对供氨与喷氨系统 烟气管道及控制系统进 行优化设计 使 SCR 系统实现最佳运行状态 脱硝效率达到 90 以上 并使氨逃逸量控制在 2 3 10 6 以内 为了使 SCR 脱硝效率达到最高 同时使氨逃逸量控制在最低水平 其技 术关键是如何精确控制与调节 SCR 反应塔入口烟气中 NH3 NOx 摩尔比的分布 烟气速度分 布以及烟气温度分布这 3 个重要参数 使其实现均匀分布 当 SCR 反应器布置在省煤器与空气预热器之间时 为使 SCR 催化剂在最佳工作温度范 围内运行 通常设置省煤器烟气旁路来调节 SCR 入口烟气温度 9 8 喷氨格栅 采用液氨作为还原剂时 在喷入烟气管道前需采用热水或蒸汽对液氨进行蒸发 氨被蒸发为 氨气后 通常从送风机出口抽取一小部分冷空气作为稀释风 对其进行稀释混合 形成浓度 均匀的氨与空气的混合物 通过布置在烟道中的网格状氨喷嘴均匀喷入 SCR 反应器前的烟气 管道 如图 9 10 所示 图图 9 10 喷氨格栅原理图喷氨格栅原理图 目前 SCR 系统普遍采用的是喷氨格栅的方法 即将烟道截面分成 20 50 个大小不同的 控制区域 每个区域有若干个喷射孔 每个分区的流量单独可调 以匹配烟气中 NOX的浓度 辽宁科技学院本科生课程设计 第 30 页 低调 自律 工作室编制 分布 喷氨部位的选取同 NH3 NOx 摩尔比一样重要 加氨部位应在 NOX浓度及烟气流速分 布均匀的地方 加氨量是根据 SCR 入口 NOX浓度和允许的 NOX排放浓度 通过反馈信号来 修正喷氨量 实际运行中通常将 NH3 NOx 摩尔比控制在 0 75 1 00 9 9 吹灰器 燃煤机组的烟气中飞灰含量较高 通常在 SCR 反应器中安装吹灰器 以除去覆盖在催化 剂活性表面及堵塞气流通道的颗粒物 还能保持空气预热器通道畅通 降低系统压降 反应 器内安装的吹灰器一般为蒸汽吹灰器或声波吹灰器 蒸汽吹灰器通常为可伸缩的耙形结构 采用蒸汽或空气吹扫 每层催化器上面都设置吹灰器 各层吹灰器吹扫时间错开 每个吹灰 器上安装有密封风机 向反应器内鼓入少量压力稍高的空气 可避免烟气进入吹灰器 声波吹灰器也逐渐得到应用 如图 9 11 所示 声波清灰器释放声波 产生振动 使堆积 在催化转换器表面的粉尘松脱 这样气流就可将粉尘带走 一般最上面一层吹灰器以 20 角 倾斜向下安装 其他层的吹灰器水平布置 主要是考虑两层之间的间距较小 声波可以在此 空间内多次反射 形成良好的声场 有效地利用声能 除了可以吹扫下层的催化剂 还可以 对上层催化剂的底部进行吹扫 图图 9 11 声波吹灰器声波吹灰器 9 10 影响 SCR 脱硝性能的几个关键因素 9 10 1 催化剂 催化剂是 SCR 系统中的主要部分 其成分组成 结构 寿命及相关参数直接影响 SCR 系统的脱硝效率及运行状况 在相同条件下 反应器中催化剂体积越大 NO 的脱除率越高 同时氨的逃逸量也越少 但 SCR 工艺的费用也会增加 催化剂的体积也取决于催化剂的使用寿命 因为催化剂的寿命 辽宁科技学院本科生课程设计 第 31 页 低调 自律 工作室编制 受很多不利因素的影响 比如中毒和固体物的沉积等 催化剂的投资成本约占项目总投资的 50 因此催化剂的性能在 SCR 系统中是很关键的因素 要求催化剂具有以