毕业设计 能源及动力工程 脱硝系统设计

1、辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 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加，特别上的生物能有效保护人类和地球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

2、引起的污染，并且燃煤产生的氮氧化物是我型三种热力型、燃料型、快速生成途径：国氮氧化物污染的最大来源。氮氧化物有。其氮氧化物占总生成量的60%80%。可想而知燃煤产生的氮氧化物污染控中燃料型生成的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。如今燃煤电厂的氮氧化物已经排放氮氧化物污染物最多的国家。如果不及时加以严格的控制，成为世界上氮氧我国染物我们国家最新版本的污随着造成严重的污染问题。排放标准化物排放量会逐年上升， 1 前所未有

3、的都面临着烟气脱硝技术方面。的颁布。我国以及世界各国的挑战与压力氮氧化物是氮和氧的化合物。常用NO表示。引发环境污染的氮氧化物主要是大气中X2。其中NO的毒性比NO高4NO和NO5倍。人类排放到空气的NO-的22。当燃烧1吨燃料就会产生89kg的NO。化石燃料燃烧过程中的主要来自煤炭的燃烧X2一种毒有刺激性。是NO进入大气后逐渐氧化成。NONO氮氧化物有90%以上是，NO22性很强的棕红色的气体。当NO在大气中累积到一定值并且遇到强烈的阳光、逆温和静风2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

4、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。然而光是这样的4。基于燃煤电厂排放的氮氧化物对人类健康和生方法是不可能满足我们对大气的需求的1 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 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，制定了相应内。NO的排放量被控制在的排放标准并且研究脱销技术，研发脱销设备。使得安全范围X的排放标准。进入二十一世纪以来，我国截止到目前为止，我国采用的是2011GB13223-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

5、。火电厂排放污染严重的现要又业。电要发展力工发展。因此，既走一条既的已实制约了电力工业要坚持5 。发展的道路是十分重要的续环境的可持保护 对人类和动植物的影响 NO表1-1 2 on human and animal and plant Effects of NOTable 1-1 2 影响的浓度NO/ppm。 2 0.5 小时接触，肺细胞病理组织发生病变。连续4 1 闻到臭味。约2.5 7小时。豆类、西红柿等农作物叶子变白。超过3.5 小时，动物细菌感染增强。超过25 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 分钟内就感到呼吸道异常、鼻受刺激。180

6、内感到胸痛。3min100150 小时就会肺水肿死亡。到10.5人立即死亡。 200以上 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氮氧化物污染应从减少燃烧过程中氮氧化物的产生法律并制定氮氧化物排放的标准。控制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。低氮氧选择性非催化还原反应化物燃烧技术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（如电子束照射法和脉冲电晕等离子法；炽热6。但在实际应用中，考虑到NH炭法；湿式络合吸收法；活性炭吸

7、收；微生物法）损耗3和NH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3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%，有一定的运行经操作效率高效率在70%90%费用高。实际SCR系统的验，且没有二次污染。维持这种7。 之间2 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 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SO、NO造成的酸雨已经影响到全国40%22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

8、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，仅仅氮氧化物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3，与此同时也存在着视。本装置使用后运行效果较好，氮氧化物的排放浓度只有85mg/m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8。 脱硝历史的进程1.2.3 国外脱硝技术研究

9、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11。美国在1998年颁布氮氧化物SIP法令时，EPA预烟气脱硝装置中SCR法大约占95%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

10、氧化物控制技术近10年来在美国得到了迅速的发展，各种12。日本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SO和NO联合脱除技术，目X214。但经过各国科学家的不懈努力，我相前多数新工艺处在开发阶段，尚未得到商业应用信在不久的将来，工业化的SO和NO联合脱除技

11、术会在商业上得到普及，使烟气净化技X23 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 术更加具有经济可行性。）系统来石灰石烟气脱硫（FGD和NO联合脱除工艺是采用高性能石灰/工业化SOX215。以上的NO以上的SO和SCR工艺脱除NO80%。该联合工艺能脱除90%脱除SO和用XX22工艺是采用和SCRSCR体系属于干式工艺。FGD石灰/石灰石烟气脱硫体系属湿式工艺，它都能达/NO的浓度比为多少，不同技术各自独立工作。其中一个优点是不管入口处SOX2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，这种干式工艺典型的工艺有干法和湿法：工艺的技术已得到较大的改进。SO和NO联合脱除

12、X2固催化工艺、辐射法、碱式喷雾干燥等；湿式工艺主要是氧化/包括固相吸收和再生法、气设备占用面积小、低投入、/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、16 运行可靠、不造成新的污染等方向发展。 主要烟气脱硝工艺的比较表1-2 Comparison of main flue gas denitrification processes Table 1-2 投资脱硝率 适用性及特点 优缺点 脱硝工艺 二次污染小，净化效率高。技术成熟，设备适合排气量大，80%90% SCR 较高 投资高。关键技术难度大。连续排放源。用量NH不用催化剂，设备和运行费用少。3适合排气量大，SNCR 30%

13、60% 较低大，有二次污染。难以保证反应温度和停留 连续排放源。 时间。工艺设备简单、投资少。收益显著，有些方处理烟气量很小 较低液体吸收法 法能回收NO。效率低，副产物不易处理。效率低X 情况下可取。 目前常用的方法不适于处理燃煤电厂烟气。效率高、能耗及处理费用低。工艺设备简单、80% 低微生物吸附法 适用范围较大。无二次污染。微生物环境条件难以控制。仍 处于研制阶段。运行费用。和同时脱硫脱硝。回收NOSO2X80%90% 排气量不大。 低，吸收剂用量多。设备庞大。一次脱硫脱高活性炭吸附法 硝效率低。再生频繁。同时脱硫脱硝。无二次污染，设备费用高。85% 高电子束法适用范围较大。 关键设备技

14、术含量高。不易掌握。 我国的污染物排放控制要求1.4 我国污染物排放标准1.4.1 火力发电锅炉及燃气轮机组大气污染排放浓度限值1-2 表Coal-fired boiler and gas tubrine units air pollution emission concentration limit Table 1-2 -3 （烟气黑度除外）m 单位： mg 序燃料和热能转化污染物项目 试用条件 限值 污染物排放 4 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 监控位置号 设施类型 30 烟尘 全部 100200 新建锅炉 二氧化硫 2004001 烟囱或烟道燃煤锅炉 现有锅炉 100200 全部 氮

15、氧化物（以NO计）20.03 汞及其化合物 全部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 /% O 基准氧含量（）序号 热能转化设施类型2 6 燃煤锅炉 1 3 燃油锅炉及燃气锅炉 2 15 燃气轮机组3 O21?2?c?c （1-1） O?2123污染物； 基准氧含量排放浓度。mg/m式中：大气C3； 实

16、测的大气污染物排放浓度。mg/mCO2实测的氧含量，%； O基准氧含量，%。 2 2 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5 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 一套脱硝系统。 机组，煤种：阜新市各煤矿混合煤（褐煤）KW。确定发电机组：国产35万，且挥。褐煤的煤龄短，挥发成分较高大于40%电厂购买的煤为阜新混合煤（褐煤）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，灰分含量，无角质层厚度，而水分含量=20%

17、40%50%，密度约为1.11.2kg40%Mar。褐煤表面呈褐色。质脆易风化，也21.0MJ/kg=6%40%，发热值约为=11.5AQarpnet,ar, 很容易自然。不适合远途运输和长时间贮存。 2-2。具体参数见表2-1和表 煤质分析表 2-1 Coal quality analysis Table 2-1 项目 符号 单位 设计煤种 校核煤种 33 kJ/kg 17.5015.901010Q 收到基低位发热值ar net，10.55 M8.62 % 收到基全水分ar 2.59 M2.18 % 空气干燥基水分ad 28.73 V% 29.85 空气干燥基挥发分ad 32.23 % A3

18、1.21 收到基灰分ar 39.77 43.34 % C 收到基碳ar 30.84 32.28 FC% 收到基固定碳ar 4.23 3.52 H% 收到基氢ar 11.24 % O11.65 收到基氧ar 1.08 % N0.75 收到基氮ar 0.9 % 0.9 S 收到基全硫ar t， HGI 59/难磨 57/可磨性系数 难磨 1100 1190 DT 灰变形温度 1160 ST1200 灰软化温度 1180 HT 1210 灰半球温度1220 FT 1220 灰流动温度 灰成分分析55.71 % 56.78 SiO2 19.05 % O Al18.93 3 28.64 OFe 8.96

19、 % 3 23.29 CaO 3.58 % 0.8 TiO0.78 % 2 2.87 % 3.07 O K20.98 % 1.20 NaO 3.15 2.70 MgO % 1.82 % SO1.46 3 灰的比电阻6 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 99 10 4.50 cm 1.1310时温度152099 cm 101.47 104.30 时温度8099 10 1.31105.40 cm 时温度10099 106.80cm 1.1910 时温度120109 cm 10 5.00 8.5010 时温度1601110 1010cm 1.13 5.40 温度180时 性能数据表（基于滑压运行）2

20、-2 表performance data sheet (based on sliding pressure operation) Table 2-2 30% 75% 50% 额定BMCR 序号 单位名称 ECR ECR ECR ECR 115 175 262.5 386 1 350 MW 汽轮机负荷 汽水流量329 468 1165 t/h 707 1045 省煤器入口2 349 761 1061 509 t/h 1165 过热器出口308 444 651 t/h 969 890 再热器出口 空气温度。38.3 26.1 26.1 26.1 26.1 空气预热器进口一次风 269 314 30

21、1 281 313 空气预热器出口一次风 3 36.7 33.9 22.8 22.8 22.8 空气预热器进口二次风 272 286 328 326 311 空气预热器出口二次风 烟气温度。105 130 107 115 128 排烟（修正前） 4 98 125 110 101 123 排烟（修正后） 57.8 t/h 80.6 152.0 5 163.8 115.4 燃料消耗量（按计算煤种） 一次再热燃煤汽包锅炉。）；自然循环；平衡通风；锅炉型号：HG-1165/17.46（亚临界； 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

22、温度 541； 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 q1.3%； 4 保证热效率（按低位发热值） 93.00（汽机额定工况）； 7 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 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：

23、B-MCR工况 163.8 t/h； 按设计煤种计算 152.0t/h； 3； 氮氧化物排放量不大于450mg/Nm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。 tSCR2.2 阜新发电厂锅炉烟气量的计算 2.2.1 理论空气量计算 已知阜新混合煤的成分分析数据，见表2-1。 阜新市发电厂：碳完全燃烧时，其化学反应式： C?O?CO 22氢完全燃烧时，其化学方程式为： 2H?O?2HO 222硫完全燃烧时，其化学方程式为： SOO?S 220V： 收到基燃料完全燃烧时需要从空气中取得的理论氧气量1kgO28 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） OHCS 0arar

24、arar） 2-1（7?0?5.V56=1.866?0.7. O10010010010020 1kg收到基固体燃料完全燃烧所需理论空气量为：VOHCS10arararar（2-2） ）.7.0.756?V0?（1.8665? 1001001001000.21 O?0.0333）375S?0.265HH?0.0889（?0.arararar?6511.52.?0.0333?0.0889?43.340.375?0.9?0.265?3 ?3标准状况下428mkg?4. 2.2.2 理论烟气容积的计算 二氧化碳容积：VCO2 容积为：1kg阜新混合煤中碳完全燃烧生成的CO2Car886.V?1 2-3

25、 ）（ CO100234.43?.886?1 100?3 标准状况下mkg0?.817 二氧化硫容积：VSO2 1kg阜新混合煤中硫完全燃烧生成的SO容积为：2Sar70.?V ）（ 2-4 SO100290.?0.7 100?3 标准状况下?kg.0063m0 表示二氧化碳和二氧化硫容积之和，即：通常用VRO2VVV? ）（2-5 SOROCO222S?C.0375arar8861?. 1009 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 90.34?0.375?43.?1.886? 100?3 标准状况下824mkg?0.0 理论氮气容积：VN2释放一是理论空气量所含的氮。二是燃烧时理论烟气容积中

26、氮气的来源有两个。燃料本身 出的氮。故理论氮气容积为：N422.00ar ） （2-6?0.79VV N100282N0ar8V.?0?0.79 100750.?0.84280.79?4.? 100?3 下况标kg准?3.504m状0V 理论水蒸气容积：OH2 理论水蒸气来源于四个方面：溶剂HarH?.111?0.111 ）燃料中氢气完全燃烧生成的水蒸气，其容积为。1 ar100M4.22arM.0124?0 2）燃料中水分蒸发形成的水蒸气，其容积为 ar10018d422.00?V?带入的水蒸气，其容积为。 3）随同理论空气量V k100018干空d=10g/kg1kg干空气带入的水蒸气的量

27、（即空气的含湿量），一般为其中：d为30?带入的水蒸气气；（标准状况下）=1.293kg/m。因此，理论空气量V为干空气密度，kk0 0.0161V。容积为）燃用液体燃料时，如果采用雾化燃油，燃烧后无话蒸汽就成为烟气中水蒸气的一4422.G.24G?1G。kg/kg，部分。其数值为为雾化燃油燃烧时消耗的蒸汽量，单位为 whwhwh18kg0kgG? 这里。hw0V 因此，理论水蒸气容积为：OH200G.24.00161V?1?M.?H.?V011100124 2-7 （ ）OwHararh210 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 0?1.240161.62?0.?4.428?111?0.?3.

28、52?0.0124?8?3 下0?.569m况kg准状标000 （2-8）V?VV?VOyHRON222 482.?0569?0.?3.504?3 下标准状?4.897m况kg 锅炉的实际烟气容积：?的条件下进行的。此阜新市发电厂锅炉中实际的燃烧过程是在过量空气系数20.?1?0?和随同这部分过量空气带进时烟气容积中除理论烟气容积外，还增加了过量空气V1- 来的水蒸气。 锅炉的实际烟气容积为：Vy?000?0161.?-10-1VVV?V ） （ 2-9yy? 4281.?4?.4280.0161?201.-?4.897201.-1?4? 3标准状况下kg?5.797m 锅炉的实际烟气流量为：

29、Qy 2-10）（ V?QByy 797.1000152?.0?5?3 标准状况下h?881144m由此我们可以得出标准状况下阜新市发电厂350MW机组对应的锅炉的实际烟气流量为3/h。881144m 11 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 3 阜新发电厂SCR脱硝系统的设计 3.1 SCR脱硝系统的设计参数 3.1.1 SCR脱硝设备的原理 氮氧化物选择性催化还原烟气脱硝技术（SCR）反应过程是指在一定的温度和金属催化剂的作用下，通过加氨（NH）或尿素可以有选择的把氮氧化物转化为空气中天然含有318。在工业生产的废气中不的目的。达到脱除NON）和水（HO）的无毒无污染氮气（X22可避免存在

30、大量的氧气，所以要求还原剂能选择还原NO而不是与O发生燃烧反应。 2SCR系统主要有四大部分：供氨、注氨系统、催化反应系统、检测系统与控制系统、辅助系统。主要的化学反应方程式是： O6H4HO?4NO?4NH?O?2232 OHN?1276NO?8NH?2223 OH?65?4NH?N6NO232 O6H?3N?2NO?4NHO22223SCR脱硝原理系统图： NH3N3原烟O净烟NOxO2SCRN3CatalystNOx2ON32NOx 脱硝原理 图3-1 SCRSCR denitrification principle Figure3-1 工艺流程3.1.2 SCR12 辽宁工程技术大学毕

31、业设计（论文） 系统烟气之还原剂用罐装卡车运输，以液体形态储存于氨罐中；液态氨在注入SCR 反应器上游的通过喷氨格栅喷入SCR前经由蒸发器蒸发气化；气化的氨和稀释空气混合， NOx。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，去除 省煤器 烟囱 锅炉 电除尘 空 氮氧化物 监视器 锅炉负载信号混合器图Figure 3-2 脱硝DeNOx 高粉尘3-2 Process flow chart of high dust SCR mg 脱硫 液氨蒸发槽 预 器FIC SCR送风机稀释风机 液氨缓冲槽 工艺流程图 液氨储槽mg 3.2 SCR脱硝系统的设计计算 1165t/h

32、；锅炉容量为： 汽轮机机组功率：；MWP?3503mmgC?450 氮氧化物入口浓度：；ONX3mCmg?100 氮氧化物出口浓度：；ONX3hmQ?881144 锅炉的烟气流量：； y 烟气入口处温度：C?T?326 。/NOx的摩尔比（反应摩尔比常数）：NH8050.ASR?3 锅炉输入的热量计算：NHPRP?Q ）3-1 （rQMMBtu/hr式中：燃烧产生的热量， ；r9.5MMBtu/MWhr 换算因子，通常取NPHR 13 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 得： Q?P?NHPR r 5.350?9? ?3325MMBWhrt/uM系统功率系数的计算： B （3-2 ） ?CF

33、PBmax 式中：机组功率系数；CFP 实际耗煤量； B 最大耗煤量。 Bxam 得：B ?CF PBmax0.152? 8163. 93.?0 电厂调整因子：tSCR?CF（ 3-3 ） SCR24365?CF 式中：电厂调整因子；SCRt 全工况下，机组开动小时数。 RSCtSCR?FC SCR24?3657800? 24365? 89?0.FCF?CCF?（3-4 ） SCRP 89?930.0? 830?.14 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 脱除效率计算得：NOXC-CNONO? ）（ 3-5 %?100?XX NOCXNOX100-450%?100? 450 %?78 烟气流动速

34、率计算：?T460?Q?qrquel? ）（3-6 ? n?(460?700?F)SCR333? 1ft）=0.028m式中：烟气的流动速率，ft；/min（3 MMBtu/hr ；，据资料褐煤的值为547ft/min 燃料体积流量qlque5）?32?F?F（1?C 入口处烟气温度，；T 9 反应器预设个数。 nRCS 得：?T460?q?Q?rquel? ? nF?700?)?(460SCR?2.?3325?529460547? ? ?1?70046063 h55?10m.?1反应器数量计算： Qy?n （3-7 ） SCR?881144? 61.55?10 57.?0n?1。圆整为 SC

35、R考虑到未来处理能力的需求可能增大，最终确定采用两台并联SCR反应器的系统布置方式是合适的。则根据设计的数值，SCR反应器的设计流量应为： 15 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 Qy?q （3-8） 2448811? 23 h2m74405? 理论氨逃逸率计算：? （3-9） 8ASR-0slip?.? 80.805-0.? 005.?0 理论催化剂体积计算：Tadj?（ 3-10） ?S?slipCQVOL?2.81? adjadj,radjNOadjnXSCR3 式中：理论催化剂体积，ft；VOL? 调整效率。 jad 得：?（ 3-11） ?2869?1.058?0.adj?78.1

36、058?0?0.2869?. 112.?1 调整氨逃逸率，得：slipadj?（ 3-12） lips2835?slip1.?.00567?adj?005?1.28350.0.0567? 28?1.NO调整C 浓度，得：Xadj，ONX?n?C.1524?032080?（ 3-13） Oadj，NNOXX?830.?3208.?15240?.0 3 Nm1?mg.30316 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 33 mg/Nm，得：，调整硫含量，mg/Nm烟气中硫含量SSadj? （3-14） S0.0455.9636?S?0adj? 220.0455?0?.0.96363 Nmmg?0.973

37、6oF，得： 调整温度，单位是Tadj?25- （3-15 ） T?039370.?T?2.74?10?T15.16adj?25? 2.?.?274?10?15.16?039370.?529.2529 F?1.999?得： Tadj? ?C2.81?Q?S?slip?VOL? adjadjNOradjadj,nXSCR1.999?.9736.28?1303?0.?2.81?3325?1112?1. 13 m?9363.3 SCR反应器设计计算 3.3.1 SCR反应器 反应器是装置的核心部件。是提供烟气中的NO与NH在催化剂表面上生成NSCR2X3和HO的场所。反应器设计影响SCR系统的投资成

38、本和运行成本，以及催化剂用量等方2面。有两种SCR反应器形式，一种是完全SCR反应器，另一种是安装在管道内的SCR反20。 工程中应用较多的还是完全的SCR设计应器。目前在燃煤锅炉的SCR3.3.2 催化反应系统 炉烟气流速和表面速度确定反应器横截面积是由锅SCR典型的流经催化剂的表面速，度值为5m/s。使用这个速度值，催化剂横截面积公式为： ?A （3-16 ） catalyst5610?1.55? 5?360017 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 2 m86.1?式中：催化剂横截面积； Acatalyst考虑催化剂模块几何形状及其他方面，SCR反应器约比大催化剂横截面积横截面积。反应器

39、断面面积计算，得： 15% （3-17） A.15A?1catalystSCR 1.15?1.?862 m0?99.式中：SCR反应器的横截面积。 ASCRSCR的实际尺寸取决于模块化在催化剂层中的排列。典型的模块横截面积为1m2m。因此，SCR设计尺寸大概为这些尺寸的倍数，根据长度和宽度上的模块数量不同，SCR反应器横截面积设计成正方形或者长方形。 设反应器长。 ml?10w反应器宽；则： 得： ASCR?w （3-18） l99? 10 m.9?9催化剂层数的初始估算值可以由总催化剂量、催化剂横截面积和估计催化剂元件高hn的最初估计值为： 约为1m。则催化剂层数度来确定。典型的催化剂的额定

40、高度layerlayerVOL?n （3-19） layerAh?catslystlayer955? 1186.? 111.?圆整为11层。 单层催化剂高度计算； 得： 18 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） VOL （3-20） 3050?.?h layerAn?catalystlayer955305.?0 1?86.11 m.3?1 反应器催化总层数计算，得： 3-21） （nn?n?emptytotallayer 式中：催化剂总层数；ntotal，预留一层位置，作为将来脱硝效率低于需要预留催化剂层数，取 1nn?emptyempyt 值时增装催化剂用。 得： nn?n?emptylaye

41、rtotal 111? 12?反应器的高度包括初始的和将来的备用催化剂层、整流层、吹灰器和催化剂安装SCR 空间，但一般不包括入口和出口管道系统和集会漏斗。 反应器总高度计算，得：? ） （ 3-22C?h?nC?h21SCRtotallayer?2.15?1.3?12? m.6?35 为常数，各工程公司根据经验取值。C，C式中：21 催化剂的选型3-1 已开发应用的催化剂及其使用温度见表 催化剂及其使用温度表3-2 catalyst and its use temperature Table 3-2 焦催化剂活性炭/ 氧化铁基催化剂氧化钛基催化剂 沸石催化剂 催化剂 100150 30040

42、0 345590 380430 使用温度 19 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 本系统催化剂层反应温度为326，因此选用在该温度下活性较高的VOVO作为325活性组分，载体则采用脱硝活性高且比表面积大的TiO。 2 (1.4%)/TiO；(0.78%)/TiO；c -VOa-WO(9%)/TiO；b-VO22223525 ；Oe-V(1.4%)+WO(9%)/TiOd-VO(0.78%)+WO(9%)/TiO；22225533 ；压力101.325kPa（60100）目试验条件：催化剂质量160mg-6-6He 1%O10；平衡气NO流量60mL/min；气体组成80010、NH、8002

43、3 不同含量和组成的催化剂在不同温度下的催化活性图3-3 Catalytic activity of different content and composition of the catalyst at different temperatures Fig. 3-3 现有催化剂生产厂家如下： 和日本三菱合资企业，主要生产蜂窝式催化剂。为美国 Corning 1）美国 Cormetech 世界上唯一一个同时生产蜂窝式和板式催化剂 。）2德国 Argillon由西门子化身而来， 的厂家。 3）德国巴斯夫。主要生产蜂窝式催化剂。 4）丹麦托普索。主要生产波纹板式催化剂。 。隶属日立造船，生产板式

44、催化剂。BHK ）日本5 ）中国东方锅炉厂。生产板式催化剂。620 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 单一模块组成的大模块3-4 图A large module consisting of a single module Figure 3-4 塔的设计计算3.3.3 SCR）搭架构成。用于安装催化剂。塔体3-263a工字钢（参数见表塔内装有12层塔盘。选用 C45，密度180， 材料 每层塔盘安有一层钢筋操作平台。共 12 层。平台宽1m，包角 3 。7.85103mg/Nm 工字钢每米重量表表3-2 I-beam per weight table Table 3-2 -1 3mm理论重量 k

45、g截面面积尺寸型号 mm t r1 h b d 121.6 22 63a 7.5 630 176 13 154.9 3。塔体采用不锈钢材料附 300kg/Nm塔体表面附有100mm保温层，保温材料密度为t塔体设计压力：化工机械制图下。 。按GB150.JB4710加量为3mm，?， =163MPa 。（负压）。壳体焊缝系数： =0.85P=0.0837MPa 塔高的计算：h?hH 3-23） （1SCR ；SCR 反应塔全高，m式中：Hh ；m主反应器高，SCR 。底座高，mh121 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 得： h?h?H1SCR 2.6?35 m37.6?其中：底座高参照化工设

46、备设计全书塔设备设计 为方便安装和调试在反应器两个方向共留1.5m。 （3-24） 51.?l?L ；式中：塔体长度，mL 得： 5?1.L?l 5?101.? m11.5? 塔体宽度的计算：（3-25） 5.wW?1 。塔体宽度，m式中：W 得： 5.?1W?w 5.?1?9.9 m.4?11 塔体厚度计算：PW?（ 3-26） ? t?P2-? 式中：。塔体厚度，m m。 塔体设计压力，PW 塔体宽度，m。 得：PW? ? t?P2-4?.083711.? 837.0163?2?0-85.22 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） m035?0. 40mm。经厚度附加量并圆整。名义厚度为 氨区

47、的设计3.3.4 运行的影响氨对SCR 关系密切，由氨引起的各类问题主要有：氨与SCR系统的安全运行 氧化成SO，与氨形成硫酸铵或者硫酸氢氨，会在下游 反应过程中会使1）SCRSO32 设备沉淀、腐蚀。 ）需要污水处理系统除去废水中的氨。2 就化合物，改变飞灰的品质，当飞灰中的氨含量大于80mg/kg3）增加飞灰中的NH3 会影响飞灰销售或者需要额外处理才能被利用。 ）催化剂发生的各类问题主要有沉积、碱金属中毒、砷中毒、烧结、磨蚀等。4 ）氨的泄露可以危及岗位人身安全。5 液氨的用量计算 反应物的流量计算：MCQreagentNOr 3-27 ） （?mX reagentMNOX kg/hr；

48、式中：反应物消耗速率，mreagent ； 反应物的分子量，取17.03g/mol Meagre 。的分子量，46.01g/mol NO M2ONX 得：CQASRMreagentNOr ?mX reagentMNOX450?0.001?881144?0.805?17.03? 46.01?120.0kghr 液氨的流量计算： mreagent （3-28） ?m solCsol23 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 1lb=0.454kg）； 式中：液氨的流量，lb/hr（msol 液氨的质量分数，%。Csol 得：mreagent ?m solCsol0120.? 996.0 hrkg?1

49、20.5 液氨的体积流量计算：m?sol3-29） （?q solsol?sol 液氨的体积流量；式中：qsol? ；液氨的密度，20时为0.610258kg/Lsol? 液氨的体积系数，取。1.13?solsolm?sol 得： ?q solsol?sol001.13?0.1205?1.? 6102580.hr223kg.?0 容器体积计算：tqTank Volume?（ 3-30） sol3 。容器体积，式中：NmVolumeTank 系统运行天数，通常按SCR14天的储量计算。tt?VolumeqTank 得： sol 24?.?022314?3m928.74? 液氨储罐直径的计算：24

50、 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） Tank4? 3-31） （?D?H m；式中：液氨储罐直径，D 液氨储罐高，取。 Hm6H? 得：Tank?4 ?D?H92874.4? ?614?3. m3?.989 。圆整为m?4D 反应器及其连接烟道的设计分析SCR 数值计算主要围绕以下几个方面展开。 SCR反应器及其连接烟道的优化分析1）并综合SCR反应器及其连接烟道可能的布置情况进行分析，对在现有受限布置条件下反应器及SCR考虑载荷、热变形等其他因素，从而确定相对最优布置。图3-5给出了一种 其连接烟道的布置方案。 SCR图3-5 反应器及其连接烟道的优化分析Optimization analy

51、sis of SCR reactor and its connection flue Figure 3-5 2）导流叶片设计优化25 张文武：阜新发电厂烟气脱硝系统设计 对上述布置方案，设置并改进导流叶片的位置及形状，使得第一层催化剂上表面的速度偏差达到催化剂所要求的10%以下。图3-6给出了一种导流叶片设计方案。 导流叶片的设计优化图3-6 Design optimization of flow guide vane Figure 3-6 3）喷氨格栅优化设计因而在上述满足速度分布条/空气混合气体的总量相对于烟气量而言相当微小，由于氨件的情况下，通过调整喷氨格栅各喷射孔的相对流量大小，即可在一定条件下满足第一层以下。不同的氨喷5%NH/NO摩尔比标准偏差要求，通常情况下要求为催化剂上表面的X3 射速度对下游催化剂上表面速度分布的影响。 ）变工况分析4负荷条件下均能达到设定的脱硝效率，通常要求在50%100%对于烟气脱硝工程而言，因而分析负荷变动时速度及氨分布的变化情况也是极为重要的。通过对变负荷条件下流场 可以进一步优化烟道及导流叶片布置，使得在任何工况下均能达到设定目标。的数据计算， 导流板设计反应器前的烟气分布不均匀时，会导致脱硝效率的降低，这时就需要在SCR 当进入 反应器的入口加装导流板，从而使烟气和氨气的混合更加充分，烟气进入反应器的分SCR脱硝装置后，