【《水泥窑炉SNCR脱硝系统工艺设计案例》2900字】

水泥窑炉SNCR脱硝系统工艺设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u22661水泥窑炉SNCR脱硝系统工艺设计案例 124911.1设计依据 1145331.2设计基础参数 1190891.3SNCR系统的相关耗量计算及工艺设计 2173141.3.1氨水消耗量的计算 2275211.3.2压缩空气的计算 480321.4设备选型 449271.4.1氨水储存系统 449561.4.2氨水泵的选型 685211.4.3氨水喷枪的选型 6103431.5SNCR工艺流程概述 7设计依据燃煤是水泥行业回转窑炉的主要燃烧对象，在物料烧制过程中，在这个过程会产生大量的烟气，烟气中含有大量NOxREF_Ref73990770\r\h［25］。本SNCR烟气脱硝系统主要是为长期稳定确保4000t/d熟料水泥生产线水泥窑炉的NOx排放量达到环保标准而设计的。设计基础参数图表STYLEREF2\s3.2.SEQ图表\*ARABIC\s21水泥窑炉SNCR脱硝系统的主要设计的性能参数名称单位数据熟料生产线规模t/d4000入口湿烟气量Nm3/h260000干烟气实际含氧量Vol%3烟气中含水量Vol%5氨水浓度%20氨逃逸率ppm10NH3/NOx实际摩尔比mol/mol1.65年运转时间h7200入口NOx浓度（标态，10%含氧，干基）mg/Nm3600出口NOx浓度mg/Nm3300NOx脱除率%50SNCR系统的相关耗量计算及工艺设计SNCR脱硝系统的主要计算包括氨水用量和压缩空气的消耗。根据表3.2可知，入口烟气湿量Vw=260000Nm3/h，入口NOx浓度（标态，10%含氧，干基）CNOx10%O2=600mg/Nm3(NO占95%,NO2占5%)。脱硝率ηNOx=50%，还原剂采用ρ=20%氨水，脱硝后氨逃逸率γa=10ppm，干烟气实际含氧量CO2=3%，烟气中含水量Vh=5%，NH3/NOx实际摩尔比NSR=1.65，年运转时间T=7200h。由于SNCR脱硝技术全过程属于化学反应，所以对氨水和压缩空气的计算将采取化学反应方程式的方法。具体计算如下:氨水消耗量的计算SNCR的化学反应很复杂，会有多个化学反应同时进行，其中有两个方程式为主反应。主要反应为:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(3-1)4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O（3-2）氨水消耗量的计算就以这两个主要化学反应来进行：氨水的消耗量与氮氧化物的处理量相关，首先应该计算出窑炉烟气中NOx的排放量：NOx排放量的计算入口烟气流量：Vq式中，Vq为入口烟气流量，Nm3/h；Vw为入口湿烟气量，Nm3/h；Vh为烟气中含水量，代入公式(3-3)得出以下计算:Vq=260000Nm3/h×（1－5÷100）＝247000Nm3/h入口NOX浓度：CNO式中，为入口NOX浓度，mg/Nm3；为入口NOx浓度（标态，10%含氧，干基），mg/Nm3；为干烟气实际含氧量，代入公式(3-4)得出以下计算:=600mg/Nm3×（21-3）/（21-10）=981.818mg/Nm3由于氨是分别与NO和NO2进行反应，所以氨的耗量计算还需要分别知道NO和NO2的排放量。NO和NO2的含量百分比分别是95%和5%，它们的排放量计算如下:NO的排放量:CNO=式中，2.05和1.34为NO2和NO的密度；CNO为NO浓度，mg/Nm3；为入口NOX浓度，mg/Nm3，代入公式(1-5)得出以下计算:CNO=981.818mg/Nm3/2.05×0.95×1.34=609.69mg/NmNO2的排放量:=×0.05(3-6)式中，为NO2的排放量，mg/Nm3；为入口NOX浓度，mg/Nm3，代入公式(3-6)得出以下计算:=981.818mg/Nm3×0.05=49.1mg/Nm3氨耗量的计算氨的耗量分两个部分组成，第一是参与NO反应的主化学方程式（3-1），第二是参与NO2的主化学方程式（3-2）。参与主方程式（3-1）的纯氨小时耗量的计算方法如下：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O=Vq×CNO×17/(30×106)×NSR（3-7）式中，Wa1为参与化学方程式(3-1)的纯氨小时耗量，kg/h；Vq为入口烟气流量，Nm3/h；；CNO为NO浓度，mg/Nm3；NSR为NH3/NOx实际摩尔比，mol/mol，NSR=1.65，代入公式(3-7)得出以下计算:=247000Nm3/h×609.69mg/Nm3×17/（30×106）×1.65=140.80kg/h即，参与反应方程式(3-1)的纯氨用量为每小时140.80kg。参与化学方程式（3-2）的纯氨小时耗量Wa2的计算方法如下：4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2OWa2=Vq×CNO2×17×2/(46×106)×NSR(3-8)式中，Wa2为参与化学方程式(3-2)的纯氨小时耗量，kg/h；Vq为入口烟气流量，Nm3/h；CNO为NO2的排放量，mg/Nm3；NSR为NH3/NOx实际摩尔比，mol/mol，NSR=1.65，代入公式(3-8)得出以下计算:=247000Nm3/h×49.1mg/Nm3×17×2/（46×106）×1.65=14.80kg/h即，参与反应方程式(3-2)的纯氨用量为每小时14.80kg。综合上述，纯氨的总用量Wa为:=＋=140.80kg/h+14.80kg/h=155.6kg/h已知氨水的质量浓度ρ为20%，氨水耗量：W=式中，WaW=155.6kg/h÷0.2=778kg/h压缩空气的计算压缩空气的消耗主要发生在SNCR的喷淋系统，如果按每千克氨水消耗0.2Nm3的压缩空气来计算，每小时压缩空气理论耗量Vr:每小时压缩空气理论耗量：Vr=W×0.2（3-10）式中，W为氨水耗量，kg/h；Vr为每小时压缩空气理论耗量，代入公式(3-10)得出以下计算:Vr=778kg/h×0.2=155.6m3/h设备选型设备选型指根据拟建项目的生产能力和技术方案，来确定设备的型号与规格。设备选型，是与技术方案密切相关的，二者相辅相成。没有先进的技术方案，先进的设备难以发挥应有的功能；没有先进的设备，也不可能实现先进的技术。不过，在不得不单独获取技术的情况下，设备选型应该服从于技术决定。氨水储存系统通常氨水选择三种浓度的一种，即19%，20%，29%。采用浓度不同的氨水，适用的布置和安全标准也有一定的差异。相同的水泥窑炉工况下，采用的氨水浓度不同，氨罐的容积以及注射泵，管线，阀门等的参数都会有差异。通常氨水浓度应该由工程公司和业主协商，根据业主采购情况来具体确定。本文采用浓度为20％的氨水溶液。存储罐的容积一般要比纯氨系统大很多，但是考虑到制造、运输方面的限制，通常要限制在100m3以内。考虑工程所在地的气象因素，也就是因为台风、飓风、暴风雨、暴雪等灾害天气可能造成的厂外氨水供应中断的时间，再确定存储罐的合理尺寸。当一个罐子的极限尺寸也不能满足合理的储量要求时，可以采用两个或多个罐子的布置形式。当然，综合考虑制作运输成本，也可能在单罐容量足够使用情况下，采用2个以上的小罐子布置，但是通常不推荐这样的设计。一般情况下，氨罐存储量要保证水泥窑炉满负荷脱硝运行7~14天的量，特殊情况下可以取不少于5天的量。根据4000t/d熟料生产线的实际情况，氨水消耗量为776.36kg/h，要求可以储存3天的用量，即可储存55.90吨的氨水溶液，所以本文采用高为5.15米，直径为4.20米，容积率为0.87，体积为70m³的一个储罐。图表STYLEREF2\s3.4.SEQ图表\*ARABIC\s21氨储存罐参数名称单位数据氨水耗量kg/h776.36天耗量t/d18.63储存天数d3.00承载量t55.90氨水浓度%20.00名称单位数据密度t/m30.93承载体积m360.43罐体容积率0.87罐体高径比1.22罐体高度m5.15罐体直径m4.20罐体体积m369.46最终体积m370.00罐体数1.00单个罐体体积m370.00材料密度kg/cm37.90底部厚度mm8.00筒体厚度mm6.00顶部厚度mm4.00储罐重量t4.54表面积m281.81氨水泵的选型SNCR系统氨水泵的特点是小流量和高压头，因此选型有一定的难度。可以选立式或卧式，都应该采取户外设计的防护等级要求。图表STYLEREF2\s3.4.SEQ图表\*ARABIC\s22氨水泵参数名称规格型号单位数量氨水卸载泵台2废水泵台1氨水循环输送泵流量4m3/h、扬程150m，含变频器台2氨水喷枪的选型氨水喷枪的好坏，直接决定了氨水雾化的效果。好的雾化对氨和烟气快速均匀地混合是至关重要的。喷枪的关键部件是喷嘴，不同型式的喷嘴会产生不同形状的氨水雾。平面扇形喷雾液滴则可以保持在同一水平面上，平面充满度好。因此在合适反应温度下，使用平面扇形喷嘴喷氨水的脱硝效果比实心圆锥喷嘴的效果要好。另外，平面扇形喷雾的液滴集中在与烟气流向垂直的平面上，有利于液滴穿透到烟气流更深的地方，促进氨水液滴与烟气的混合、反应。图表STYLEREF2\s3.4.SEQ图表\*ARABIC\s23氨水喷枪参数名称规格型号单位数量喷枪喷射角度90°；喷雾类型：扇面；485L/h.支；射程3m只8喷枪套管只8金属软管套24管道、阀门套1SNCR工艺流程概述SNCR整体系统使用模块化设计，整个系统分为五个部分，分别是氨水存储模块，氨水调配模块，氨水输送模块，氨水喷射模块和氨水控制模块。氨水溶液传送模块、氨水储存及调控系统、氨水溶液喷射系统均受控于控制系统，主反应区发生在预分解窑炉。SNCR工艺流程如图3.5.1所示。图STYLEREF2\s3.5.SEQ图\*ARABIC