【《SCR脱硝工艺与反应器结构设计》14000字（论文）】

目录第1章引言综述1.1.1选题背景在能源的生产和消费方面，中国是这方面的大国，由于在中国煤炭资源的供应十分的充足，天然气和石油资源等资源和煤炭资源相比在中国比较短缺，所以我们国家一次能源供应的方式主要是煤炭。和其他国家相比较，在我国，工业污染的排放总量比较大，由于工业污染排放量过于庞大，环境的自身远远不能够处理如此庞大的工业污染物。工厂中氮氧化物的污染就是污染物排放中的一种，该类污染随着中国工业的发展越来越严重，尤其是在中国一些工业发展和经济发展十分迅速的城市，空气当中氮氧化物的含量远远超过了环境允许的最高标准，其中某些城市的某些地区出现了光化学污染现象。由于煤资源的含量较其他一次能源供应资源充足，煤是我们国家主要的一次能源。工业工厂排放污染物以火力发电厂烟气排放较为突出，烟气中的SO2、NOx等污染物容易造成酸雨等环境问题，以排放的烟气中的NOx污染物为例。据我国环保部调查的数据显示，2010年的烟气排放量大约为2200万吨，2015年的烟气排放量大约为2800万吨，预估到2020年，烟气的排放量将达到3600万吨。在我家新颁布的“十一五”规划中，对要求的污染物的排放控制有所加强，预估到2020年，要求我国的主要污染物排放量和2015年相比要降低10%。1.1.2研究意义和2009年发布的稿件相比较来说，我们国家最新颁布的标准，要求从2014年开始，重点地区比如北京、上海、广州、天津等地方，在这些重点地方，排放的烟气中的氮氧化物含量的最高限度为100mg/m3。运用选择性催化还原反应实现烟气脱硝这一技术，在国外许多发达地区，例如美国、德国、法国等国家在工业生产当中也得到了广泛的使用。我们国家从1990年开始，开始进行择性催化还原反应烟气脱硝这个方面的研究，而且中国许多掌握择性催化还原反应烟气脱硝这一技术的许多企业和公司，也正处于从刚刚引入、到不断学习、到初步掌握、再到初步可以生产应用的阶段，对于择性催化还原反应烟气脱硝这一技术的掌握还不够完善，也不如国外一些发达国家可以完全掌握，技术很先进。所以我们进行择性催化还原反应烟气脱硝这一研究，可以增强我国在烟气脱硝这方面的技术研究，缩短和发达国家，比如美国、德国、法国等国家在烟气脱硝这一技术方面的差距。1.2NOx的主要性质、主要来源以及危害1.2.1NOx的主要性质NOx化学式的中文含义是氮氧化物，氮氧气体化合物例如NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4等，NO、N2O、N2O3、N2O4等都很不稳定，当外部的条件发生变化的时候，NO、N2O、N2O3、N2O4等会发生转换[7]。氮氧化物在工厂中或者是日常生活中，被叫做硝烟。硝烟中最多的氮氧化物是NO和NO2。NO和NO2中较多的是NO。1.2.2NOx的主要来源氮氧化物的污染物主要来源是自然源头和人为源头。自然源头有：（1）生物体在腐败以及被微生物分解的过程中，发生氧化分解作用产生大量的氮氧化物；（2）休眠的火山在喷发的时候，会产生大量氮氧化物；（3）在大气层流的平层流当中，空气中的某些物质发生光化学作用产生的氮氧化物等[3]。在人类日常生产活动当中，也会产生大量的氮氧化物，从而对人类自身造成危害，例如：（1）产品的过程中产生的氮氧化物污染物，例如生产硝酸、冶炼金属等等；（2）用一次能源作为燃料的发电站在生产和运行过程当中，排放的烟气中的氮氧化物；汽车、大型船只、飞机等交通工具在运行过程当中排放出的氮氧化物；（3）在对污泥进行焚烧的时候，在对垃圾进行处理的过程当中，会产生大量的氮氧化物污染物。近几年来，随着我们国家经济的蓬勃发展，空气当中的氮氧化物污染物不断上升[8]。我们国家目前面临的两个主要环境污染问题是：（1）温室效应（使地球温度上升）。（2）酸雨（pH小于5.6）；与大气中的其他气体相比，氮氧化物的毒性很大，氮氧化物污染物对环境的影响非常大，我们上面描述的环境污染当中，都有氮氧化物的声影。空气当中过量的氮氧化物对于社会经济的发展，还有人类的生活，人类自身的身体健康，大自然中各种生物的生产，还有工业的绿色可持续发展都会有一定的危害和阻碍作用。1.2.3NOx的危害在空气当中氮氧化物的浓度太高，对人类的健康会产生危害作用，对大自然的可持续发展有阻碍作用。氮氧化物产生危害作用的主要反应是：在自然光照的外界条件下，二氧化氮在该外界条件下会发生发应，转变成为新生态氧原子，发生化学作用的方程式是：NO2→NO+O。在大气这一环境当中，容易发生转变，转变成为光化学烟雾。转变的方式为：新生态氧原子会和空气当中没有完全燃烧的碳氢化合物发生复杂的化学反应，最后转变成为对人体危害很强的光化学烟雾。例如在日本的首都东京，就发生过一起严重的光化学烟雾事件，化学反应生成的一些产物对人体的危害很大，这次事故造成很多人中毒昏迷[8]。比如说PAN、PBN以及PPN等，这些化学产物会对人体产生很严重的危害作用[1]。大气被二氧化氮污染之后，空气中的二氧化氮含量太高了，大气中过高的二氧化氮会使空气的可见度减低[1]。1.2.4电厂中产生的NOx在锅炉厂当中，煤作为该厂的燃料进行燃烧，燃煤电站在生产过程当中产生的氮氧化物的源头主要包括这两个方面：一个方面是在燃烧时，在空气中包含的氮，在周围环境是高温的条件下，氧气会和氮氧化物发生一连串复杂的化学反应，发生一连串复杂的化学反应之后生成的产物中主要产物是一氧化氮。另一个方面是在用于作为该厂的燃料的化石燃料当中，本来就存在在其中的氮化合物，氮化合物会在一定的条件下发生化学反应，之后转变成为空气中的氮氧化合物[1]。1.3SCR脱硝工艺1.3.1SCR基本原理提高SCR脱硝法的脱硝效率，催化剂的选取是关键[20]。对催化剂的要求是：催化剂活性高、不容易发生中毒、在投入生产之后的使用时间长和不产生二次污染。选择性催化还原反应主要包括主反应和副反应，方程式如下所示。主反应方程式：副反应方程式：因为在进入SCR脱硝系统的烟气当中，几乎95%的氮氧化物都是以一氧化氮的形式存在[9]，SCR烟气脱硝工艺系统发生的主要化学反应过程如图1-1所示:图1-1SCR烟气脱硝工艺基本化学反应过程1.3.2SCR烟气脱硝工艺系统的组成在实际的工业生产过程当中，典型的SCR烟气脱硝工艺系统流程如图1-2所示。图1-2SCR烟气脱硝工艺系统流程图1.3.3SCR烟气脱硝工艺流程SCR烟气脱硝工艺系统主要包括下面4个主要的操作运行步骤[21]:第一步：将液氨槽车中的液氨输入卸料压缩机当中，准备发生化学反应需要的还原剂氨气，然后将运输过来的液氨输入到液氨储存罐当中进行储存；第二步：先将输入的液氨通入氨蒸发器，在蒸汽或者点的加热下进行蒸发，然后将氨气和从稀释风机中通入的空气在氨/空气混合器中进行混合；第三步：混合后的混合气体通过喷氨格栅；第四步：经过喷氨格栅后的气体进入SCR脱硝反应器，进入SCR脱硝反应器的各个反应物在催化剂表面进行扩散，然后在催化剂的作用下发生化学反应，反应后的气体进入到空预器当中，一部分气体进入送风机之后再打回氨/空气混合器，大部分的气体进入除尘器进行除尘，然后通过引风机排入大气中。在和其他布置系统进行比较之后，综合考虑，该工艺采用低温低尘的布置方式：在生产工艺中设置低温低尘布置的优点：（1）在生产工艺中增加低温低尘布置系统后，系统最后的氨逃逸量会大大降低，低温低尘布置与其他布置相比氨逃逸量更低；（2）在生产工艺中增加低温低尘布置系统后，空气中三氧化硫的二次污染会大量的减少[2]。在生产工艺中设置低温低尘布置的缺点：（1）烟气的温度会达不到发生反应需要的温度,温度下降之后，我们需要对烟气进行再一次加热，这样会增加生产运行的成本；（2）在生产工艺中增加低温低尘布置系统后，会很难找到符合反应条件的催化剂。1.3.4SCR烟气脱硝工艺系统布置分类根据SCR反应器产生运行环境的不同，环境主要是温度和空气中粉尘含量，SCR烟气脱硝工艺系统布置可以分为三种布置方式：高温高尘工艺布置、高温低尘工艺布置和低温低尘工艺布置[5]。1．高温高尘工艺布置在投入生产运行的高温高尘布置中，SCR反应器在空气预热器和除尘装置的上半部分、省煤器的下半部分的位置，进口烟气温度大约为360℃。典型的SCR烟气高温高尘布置工艺系统如图1-3所示。图1-3高温高尘布置流程图高温高尘布置的优点是：进入反应器的烟气温度可以达到280℃～420℃，大部分催化剂在这个温度范围之内活性很高；高温高尘工艺布置的缺点是：催化剂在未经除尘的烟气中，寿命会受以下因素影响：（1）进口的飞灰含有钠、钾、钙、硅等化学元素，该类化学元素容易使催化剂受污染，甚至是中毒，大大减少催化剂的使用寿命；（2）高温高尘布置会使催化剂表面灰尘积累很多，灰尘如果不及时处理，将会对催化剂使用寿命造成影响；（3）空气中的灰尘会堵塞催化剂通道，影响SCR脱硝反应器的使用；（4）当烟气温度降低时，低于发生反应要求的温度，氨气和三氧化硫发生化学反应产生硫酸铵，硫酸铵不仅会堵塞反应器进出口通道，还会堵塞高温高尘布置下游的空气预热器，烟气不能正常流通，使系统脱硝效率大大降低。为了尽可能延长脱硝反应器催化剂的使用寿命，防止催化剂中毒，除了需要选择合适的催化剂之外，我们还要使反应器进出口通道有足够的空间，以防堵塞，还需要有防腐和防磨的措施，避免腐蚀和磨损过于严重，影响生产运行。2．高温低尘工艺布置由于静电除尘器布置在空气预热器的上游，需要使用低尘系统，低尘SCR系统和高尘SCR系统相比投资的费用更少，使用高尘SCR系统可以节约成本，高温低尘布置如图1-4所示。图1-4高温低沉布置流程图高温低尘工艺布置的优点：（1）烟气经过静电除尘器之后，静电除尘器能够除去烟气中的大部分粉尘，粉尘浓度降低，催化剂的使用寿命变长；（2）高温低尘布置独立于SCR烟气脱硝系统存在，不会对锅炉的正常生产运行造成影响；（3）和高温高尘布置方式的相比，高温低尘布置后的系统在生产运行过程当中氨泄漏量更少。高温低尘布置的缺点：（1）烟气通过静电除尘器除尘之后，烟气温度会大幅度降低，将达不到发生反应所需要的温度；（2）进口烟气中含大量的二氧化硫，催化剂使部分二氧化硫转化为三氧化硫，与泄漏的氨生成具很强腐蚀性的硫酸铵盐；（3）高温低尘布置在国内投入生产的实例很少，可供设计作为参考的工程实例很少。3．低温低尘工艺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1-5所示。低温低尘布置的优点：（1）烟气经过了除尘脱硫装置之后，可以提高进入系统的烟气流速，从而减少反应器中催化剂的消耗量；（2）使用低温低尘工艺布置之后，和其他两种布置相比，氨逃逸量达到最低值；（3）低温低尘布置不会产生三氧化硫，防止产生二次污染；（4）高温高尘工艺布置是目前应用最为广泛布置方式。低温低尘工艺布置的缺点：（1）烟气经过除尘脱硫装置之后，温度会大大降低，低于氨气还原氮氧化物发生反应所需达到的最低温度，为了达到反应温度，需要对反应器进行再一次加热，用于投资的费用和生产运行成本会增加；（2）低温低尘布置中的很难找到符合反应条件的催化剂。图1-5低温低尘布置流程图综上所述，在脱硝市场当中，低温低尘布置方式占有绝对的优势，国内投入生产的脱硝系统几乎都采用这种布置方式，在以下的设计当中，我们采用低温低尘的布置方式。1.4SCR催化剂的设计在实际工程生产当中，应用最多的有三种类型的催化剂，分别是蜂窝型、板型和其他型。蜂窝型催化剂的骨架材料是二氧化钛，骨架材料和催化剂的制作过程是：先把五氧化二钒与二氧化钛混合在一起，然后再挤压成一定的形状，经过烘干干燥，在经过烧结，之后在进行裁剪，裁剪之后进行装配，从而制成蜂窝式催化剂[23]。蜂窝式催化剂结构图如图1-3所示：图1-3蜂窝式催化剂结构图第1章引言第1章引言通过对比板式催化剂和蜂窝式催化剂这两种催化剂的各种性能[20]，我们得到结论：板式催化剂各方面的性能均不如蜂窝式催化剂，所以我们选择蜂窝式催化剂。1.5还原剂1.5.1氨水在实际生产使用过程当中，氨水是发生化学反应的还原剂，参与反应的氨水对其浓度有一定的要求，要求氨水的浓度处在20%到30%之间。1.5.2液氨液氨在SCR系统现场使用以及交通运输过程中，需要严格注意使用过程和运输过程安全，采取相应的安全措施。1.5.3尿素在常温下，尿素的颜色呈现浅黄色或着白色，尿素是结晶体，为固体，同时尿素的溶解度比较高，容易溶于水，并且当空气中的水分较高时，空气中的水分容易被尿素吸收，吸湿性比较强。表1-2常用的SCR还原剂性能比较项目液氨氨水尿素设备安全要求有法律规定需要基本不需要初投资费用便宜贵贵运行费用便宜贵贵1.6SCR反应器SCR反应器主要烟气进出口、人孔门、导流叶片、带有加固肋的碳钢制塔体、催化剂放置层、和必要的连接件等组成。SCR系统流程图如图1.4所示：图1-4SCR系统流程图我们需要对反应器的壳体进行设计与选型，SCR反应器的壳体的形状一般设计成板箱式的形状，设计成板箱式形状的目的是，这样的壳体形状可以提高这个装置的脱硝效率。从而达到我们的目的。在板箱式壳体的外部，我们需要对它进行加固，所以外部的辅助结构里面会有各种的钢筋和加固的结构，这样就可以达到加固的目的，同时还可以起到给反应器散热的作用，使热量散失得更加快速。SCR烟气脱硝反应器的外部结构如图1.5所示。图1-5SCR烟气脱硝反应器的外部结构图一个高效的SCR烟气脱硝系统，需要进行如下的设计：对催化剂进行详细的优化设计；对烟气管道、供氨系统、控制系统、喷氨系统进行优化设计，从而使SCR烟气脱硝系统达到最高效的运行状态[22]，进行优化之后的SCR烟气脱硝系统的脱硝效率可以达到85%以上，同时，该系统的氨逃逸量也可以控制在较低的水平[6]。1.7喷氨格栅喷氨格栅原理如图1-10所示。图1-10喷氨格栅原理图加入的氨气数量由最高限度氮氧化物排放浓度和SCR脱硝工艺入口的氮氧化物浓度来决定。同时，通过后面工艺反馈的信号来对喷入氨气的数量进行修正。在实际生产运行中，一般需要将喷入的氨气和氮氧化物的摩尔比控制在0.75到1.00之间[2]。1.8吹灰器在实际生产过程当中，反应器内安装的吹灰器一般是两种吹灰器，蒸汽吹灰器和声波吹灰器。蒸汽吹灰器外形一般是耙形结构，蒸汽吹灰器采用蒸汽或空气进行吹扫，反应器中每层催化器的上面都需要设置吹灰器来对催化剂表面的灰尘进行吹扫，设置在各层催化剂上的吹灰器需要错开时间段对灰尘进行吹扫。每个吹灰器上面都需要安装有密封风机，为了避免在使用过程当中烟气进入吹灰器，需要向反应器当中吹进少量高压的空气。1.9影响SCR系统脱硝性能的几个主要因素1.催化剂在温度、湿度等环境因素都相等的条件下，放入SCR反应器的催化剂体积越大，氮氧化物的脱除率会越高，相应的，SCR脱硝工艺系统的脱硝的效率也会越高，而且SCR脱硝工艺系统氨的逃逸量也会越少，缺点是用于SCR脱硝工艺的资金和费用也会增加。用于投资催化剂的成本大约会占到项目总投资费用的50%，催化剂需要具备以下6个条件[5]：（1）催化剂的使用寿命长，压力损失低；（2）催化剂具有较好的热稳定性能，能承受大幅度的温度变化；（3）在生产过程当中催化剂具有较高的活性，在较宽的温度范围之内和比较低的温度下都具有很高的活性；（4）催化剂具有比较高的选择性；（5）具有较高的抗化学性能，催化剂不容易发生中毒。2.反应温度反应温度的高低会对进行反应的反应速度产生影响，同时也会对反应器中催化剂的反应活性产生影响。过高的反应温度会使氨气直接被转化为氮氧化物。一般来说，SCR脱硝工艺系统的温度大多设定在300℃到400℃之间。3.适当的氨气输入量及与烟气的均匀混合我们需要选择适当的氨气输入量，输入的氨气量，不仅需要使SCR脱硝工艺的脱硝效率达到要求，同时也需要使氨逃逸率足够低，在SCR反应器中，为了使氨逃逸率达到要求，需要使进入的气流的分布均匀，气流流动的方向调整合适。第2章SCR系统的设计与计算第2章SCR系统的设计与计算2.1初始计算数据系统操作压力：0.1Mpa；进入系统烟气的流量：4×104Nm3/h；进入系统烟气的温度：140℃；进口烟气的浓度：800ppm；进入反应器气体的空速范围：8000—10000/h；SCR系统脱硝效率：>85%；SCR系统选择性：>90%；进口空气中O2的浓度：3.0vol%；进口空气中水蒸气的浓度：3.0vol%。2.2SCR反应器设计计算2.2.1NOx脱除效率脱硝效率是反应脱硝系统性能一个十分重要的指标。我国最新颁布的标准，要求燃煤电厂对氮氧化物的排放的最高限量由原来的200mg/Nm3降到100mg/Nm3[19]。=85%第2章SCR系统的设计与计算2.2.2稀释风量估算就目前来说，在我们国家，NH3稀释空气比在设计的时候要求满足：锅炉在BMCR时氨气含量小于5%，计算公式为[18]：m3/hm3/h）2.2.3还原剂消耗量估算选择合适的还原剂是进行设计的关键一步。目前在国内和国外，可以正常投入生产使用的还原剂有两种：一种是液氨，另一种是尿素[17]。在实际投入生产的脱硝工程当中，还原剂和其稀释风量都可以通过完整并且成熟的SCR烟气脱硝工艺物料平衡计算程序进行计算，得到准确的数据，计算公式如下[18]，即上式中：M摩尔比，通常为SCR系统的脱硝效率；M=85%CNOxNOx含量（标态、干基、6%O2），mg/Nm3；QVg烟气流速（标态、湿基），m3/h；CH2O烟气中H2O的含量，%；β氨的逃逸率，ppm；α实际O2含量，%；qmNH310-8单位转换系数。第4章SCR辅助设备选型2.2.4SCR反应器的物料恒算SCR反应器中的主要反应是：。首先进行浓度换算:上式中：浓度单位ppm与mg/m3的换算公式为：NO质量浓度=上式中：M为气体分子量ppm测定的体积浓度值T温度，单位kBa压力，单位pa带入公式计算得：NO的质量浓度=表2.1浓度单位ppm与mg/m3的换算（25℃和1个大气压）名称分子式分子量ppmmg/m3一氧化氮NO300-3000-4010-10000-1339浓度单位mg/m3与mol/m3的换算：单位换算=进口NO的浓度为800ppm换算浓度为：2.3299×10-5mol/m3vol%：体积百分比，是一个表示溶液浓度的单位，在相同的温度和压力下，溶质的体积与溶液的体积之比，就称为体积百分比。百分之一也就是说10000ppm=1Vol%。o单位换算=H单位换算=表2.1烟气浓度换算进口烟气浓度浓度(mol/m3)NO800ppm2.3299×10-5O23.0vol%；8.737×10-3H2O(g)3.0vol%；8.737×10-31.反应的NO计算:VNO入=40000mNO的出口浓度=进口烟气中NO的浓度×（1-脱硝效率）=2.3299×10-5×（1-85%）=0.3495×10-5所以，参与的NO的浓度=NO进-NO出=2.3299×10-5-0.3495×10-5=1.9804×10-5mol/m32.在进行反应的过程当中O2，N2，H2O的浓度增量为：O2出=O2进-O2反应=O2进-（O2化学方程式前面的系数/NO化学方程式前面的系数）×所以参与的NO的浓度=8.737×10-3-1.9804×10-5/4=8.2419×10-3mol/m3N2出=2.65625×10-5mol/m3H2O(g)出=H2O(g)进+H2O(g)反应=H2O(g)进+（H2O(g)化学方程式前面的系数/NO化学方程式前面的系数）×所以参与的NO的浓度=8.737×10-3+1.9804×10-5×1.5=9.0341×10-3mol/m33.稀释风量估算：在NH3进入烟气之前，需要和一定量的空气进行混合，为了SCR脱硝系统的安全性和保障气体的有效混合[15]。对稀释风量进行计算的具体公式如下：VV空气的速率为：524.4m3/h。代入公式：V稀释空气的体积流量为：V4.液氨储罐的选型：对液氨储罐进行选型，对装液氨的液氨储罐容量进行计算：m需要选择两个液氨储罐，一个正常工作时使用，一个作为备用,根据计算得：液氨储罐的容量选择155t。2.2.5SCR反应器的能量平衡按照书本上的理论来进行判断，当SCR脱硝工艺系统在工业生产中正常投入生产运行的时候，一氧化氮、二氧化氮被氨气发生还原反应放出的热量都是反应热。（1）NO还原：反应热约为Q=97kcal/mol(NO)（2）NO+NO2还原：反应热为Q=83kcal/mol（NO+NO2）NO2还原：反应热为Q=122kcal/mol（NO2）2.2.6选择性催化还原反应器尺寸计算1.催化剂横截面积A催化剂A由于SCR反应器的横截面是正方形，所以反应器的边长计算公式为：反应器边长=A催化剂0.5=1.6m所以反应器边长为1.6m。3.催化剂体积查阅相关的资料，令进入SCR脱硝工艺系统烟气的空速为9000h-1。SV计算催化剂的高度，公式为：L4、SCR反应器高度h所以SCR反应器高度为4.4m。5、反应器中催化剂层数的估算n所以反应器催化剂层数预估为1层。6、反应器催化剂总层数n所以反应器催化剂总层数为2层。2.2.7催化剂的选型催化剂的选型会对催化效率的高低产生较大的影响。催化效率的大小将会影响脱硝的效率，该锅炉厂的脱硝效率为85%，所以我们需要对催化剂进行合理的选型[24]。在选型的过程当中，我们主要考虑了两种类型的催化剂，一种是板式催化剂，另一种是蜂窝式催化剂，两种催化剂进行比较，综合考虑，由于蜂窝式催化剂的比表面积更加大，同时它的脱硝效率也更高，所以我们选择蜂窝式催化剂作为SCR反应器的催化剂[23]。总的催化剂数量是200块，比表面积为350m2/g，堆积密度为4.1g/ml，孔隙率为18%，催化剂单价为6000元/吨。催化剂的单元尺寸是30mm×30mm×30mm，每一个催化剂层总共有64个模块。2.2.8喷氨系统喷射管设计我们对喷氨系统喷射管进行选型设计得：喷氨管的直径选取75mm，射喷孔的直径选取15mm，喷射管一共有9支，管里面共有180个孔，管里面的孔平均分布在烟道截面上，喷嘴和烟气呈45°角度。2.2.9氨气/烟气静态混合器综合考虑之后，我们对氨气/烟气静态混合器进行设计和选型，选择的混合器是星形混合器，星形混合器的生产厂家是托普索公司。星形混合器是由圆盘组成的，混合器中圆盘的形状为四角星。2.2.10吹灰器设计由于催化剂是蜂窝式的，蜂窝式催化剂的比表面积很大，在平时生产的时候会比较容易积灰，所以就需要设置吹灰器来防止催化剂上面的灰尘积累得过多而影响催化剂的性能[4]。我们对上面的一些因素进行了综合的考虑，对吹灰器进行选型，最后选择声波式吹灰器。声波式吹灰器的构造如图2.2所示：图2.2声波吹灰器外观图在反应器进行生产运行时，因为蜂窝式催化剂裸露在空气中的面积很大，催化剂的表面容易积灰，我们需要在催化剂周围设置吹灰器将覆盖在催化剂表面的灰尘吹走，延长蜂窝式催化剂的使用寿命。综合考虑，我们采用声波式吹灰器。必须要保证在催化剂周围的两个吹灰器作用范围之中，有一定的重叠区域，这样吹灰器才能够更好地吹走灰尘，否则将达不到我们预期的效果[5]，有效清灰范围如2-5图所示。图2.3有效清灰范围声波式吹灰器的设计尺寸如图2-6所示。图2.4声波吹灰器第3章SCR辅助设备选型3.1供氨装置3.1.1卸氨压缩机在投入生产运行的SCR烟气脱硝工艺中，一般需要设置两台卸氨压缩机，一台在平时正常工作的时候使用，一台作为备用，在发生意外状况时使用，以防万一，保证工厂能够正常生产和运行。最后选用艾格普液氨卸料压缩机，生产厂家为蚌埠市艾格普压缩机厂，型号为ZW-0.8/16-24，艾格普液氨卸料压缩机如图4-1。图4-1ZW-0.8/16-24型液氨卸料压缩机型号公称容积（m3）公称直径（mm）筒体长度（mm）WG18-3200-150150320017500表4-1WG18-3200-150液氨储罐性能参数3.1.2液氨储罐SCR脱硝装置设置有两个液氨储罐，为卧式储罐，两个液氨储罐的总储存容量需要为SCR脱硝装置供给半个月左右的液氨使用量，其重量大约100t，对液氨储罐的材质进行选型，储罐的型号为WG18-3200-150，生产厂家为江苏民生高压容器制造有限公司，储罐的性能参数如表4-1所示，储罐实物如图4-2所示。图4-2液氨储罐按照相关规定的要求，还需要在液氨储罐的附件安装氨泄漏报警器和氨泄漏传感器。液氨储罐上面安装有紧急关断阀、安全阀、超流阀和止回阀，安装这些阀门的作用是防止液氨储罐发生泄漏事故。3.1.3液氨蒸发器对液氨蒸发器进行选型，所选用立式液氨蒸发器，生产厂家为天津华迈燃气有限公司。该厂家生产的SCR脱硝装置的立式液氨蒸发器的特点是：（1）使用倒吸式的排污，残留在蒸发器中的液体能够更彻底的被排除；（2）该液氨蒸发器所用的零部件都是进口名牌：日本富士生产的开关、国内一些品牌生产的不锈钢球阀、日本欧姆生产的龙继电器、不锈钢安全阀、日本三菱生产的接触器；（3）为了防止被氨气腐蚀，使设备可以正常的生产和运转，换热器和蒸发器所选用的材质为不锈钢。（4）为了保证液氨的可以充分被汽化，设计的换热器换热面积较大；（5）为了方便站房的管理，用于控制的仪表具备自锁的功能；（6）当低温高温低水位时，会产生连锁报警。立式液氨蒸发器如图4-3所示。图4-3立式液氨蒸发器3.1.4氨气缓冲罐氨气缓冲罐的结构如图4-4所示。图4-4立式氨气缓冲罐结构我们选用立式氨气缓冲罐，生产厂家为江苏民生高压容器制造有限公司，立式氨气缓冲罐如图4-5所示。图4-5立式氨气缓冲罐3.1.5废水泵SCR脱硝工艺中废水泵主要起收集然后排放的作用。第一步，先用废水泵将废水从稀释槽中抽出来，第二步将抽出来的废水输送到污水处理系统当中，第三步将输送进入系统的污水经过污水处理系统一系列的处理，降低废水中的含氧量、总磷、悬浊物等，达到工厂污水排放的标准，第四步，将处理后的污水进行集中排放。工厂中污水处理设备接收废液的能力决定了废水泵容量的大小，在SCR脱硝工艺中，因为排放的废水中，具有很多腐蚀性的化学物质，所以在对废水泵进行选型的时候需要对这一个因素进行考虑，要求SCR脱硝工艺中的废水泵具有抗腐蚀能力[4]。3.2液氨提升泵的选型因为液氨罐放置的位置很高，一般放置在距离地面3米高的位置，所以需要使用液氨提升泵对液氨进行输送，根据计算得：30-3=27m，所以所选用的液氨泵的扬程大约为27米。然后考虑液氨流量的大小，设计液氨泵的数量为6台。之后再对液氨泵进行型号的选择。综合考虑，最后选得液氨泵的型号为YAB50-5，该型号的液氨提升泵的生产厂家是淄博市博山科海机械有限公司，液氨提升泵如图4-6所示。图4-6YAB50-5液氨泵第2章SCR系统的设计与计算3.3省煤器旁路在SCR脱硝工艺中，当机组在运行的时候处于低负荷的运行时，为了让入口的烟气的温度比反应的温度高。我们需要在工艺中设置省煤器旁路。3.4进出口烟道因为SCR脱硝工艺中的出口烟道部分需要承受很重的重量，所以用于制造出口烟道的材料一般是钢，用钢板来焊接进出口烟道，用于焊接出口烟道的结构要求是气密性结构。在进行设计时，进出口烟道的壁面需要留出一定的空隙，这个空隙叫做腐蚀余量，这样做是为了防止烟气壁面被进入的烟气腐蚀。经过查阅资料计算和考虑得到，最小的壁厚是6毫米[4]。由于在工作运行的时候，会发生一定的颤抖和轻微的振动，所以我们需要对烟道的外部进行足够的支撑并且加固。第4章经济分析与工程概算第4章项目工程概算与经济分析4.1意义和基本原理4.1.1意义 设计是连接科学理论研究和工程实践的桥梁，是一项科学技术研究成败的关键一步，也是将科技转变为生产力的重要途径。设计是一个发展经济与实践科学技术相结合的过程，在进行设计的过程中，我们需要对技术经济进行详细计算和分析评估，对经济进行评估，然后根据经济评估对技术进行优化，从而不断完善技术。所以，我们需要关注技术经济这一关键指标，这样不仅可以减低工程造价，也可以促进社会生产力的发展。4.1.2经济分析与评价的基本原理我们进行经济分析与评价的目的是实现经济效益的最大化和工程造价的最小化。1.经济效益最大化原则经济效益（E）=总产出-总投入或经济效益（E）=总产出/总投入经济效益（E）=总投入-总产出/总投入2.工程造价最小化原则在达到了该工程项目要求的功能，实现了生产设定的目标之后，将需要支出的生产全生命(服务)期的费用降到最低，实现工程造价最小化。4.2工程概算4.2.1编制依据1．定额定额参照类似工厂所在城市地区工程结算的一系列资料进行确定。2．所使用材料价格所用使材料价格，需要根据工厂所在城市地区的市场的价格信息，还有物价信息进行参考。3．设备价格费用设备价格费用是由生产厂家的近期报价、和本工程类似的工程的设备价格、在订货时的价格，将这些价格综合起来进行考虑。4．预备费用及工程建设其他费用用于工程建设其他费用和预备的费用，需要根据项目具体工程的实际情况来进行估算。SCR脱硝项目在对工程建设其他费用及预备费进行计算的时候，不需要考虑该工程固定资产投资方向调节税和涨价预备金。4.2.2工程概算1．工程费用工程费用使用估算的方法进行计算，工程费用的具体费用见表4-1。2．其它费用其他费用的估算为250万元，预备费为150万元，总共400万元。其他费用包括在用于设计过程产生的费用、用于监理的费用和用于报建费用等。3．静态投资静态投资包括设备和工器费用、建筑工程费用、安装费用、其他基建工作费用等等。表4-1项目工程投资概算(万元)名称设备及工器具费用建筑费用安装费用总和锅炉系统220200188608氨水供给系公楼及变电室12675134335自动化仪表设备902849167通讯系统27520089564厂区管于购置备品、备件和工器具的费用190-45235其他处理费用783017125催化剂购买费用1000--1000小计230275367237274.3经济分析4.3.1投资总额在经济分析当中，工程项目的投资总额由建设资金费用和生产流动资金费用两大部分组成。其中：工程静态投资费用为3727万元，工程建设期产生的利息为650万元，整个工程项目的流动资金为500万元，以上三大费用加起来，该工程项目的总投资费用为4877万元。4.3.2职工定员发电厂一年的工作时间为7650个小时，一年的休假制度中，要求节假日不停产。锅炉发电厂的职工总定员为40人，其中：负责生产工人占25人，负责管理人员、技术人员及非生产人员总共为15人。4.3.3生产成本计算本锅炉厂的处理烟气的能力是2×106m3/h，按照这一处理能力来计算该工厂每一年生产和运行所需要的费用，本锅炉厂进行生产的负荷是处理烟气能力的100%。1．使用燃料产生动力消耗的费用使用燃料产生动力消耗的费用是指在工厂运行生产过程中所使用的煤的费用，还有工厂使用的电的费用。2．使用化学药品的费用使用化学药品的费用是指：在对氮氧化物含量过高的烟气的处理过程当中，加进去的化学药品和药剂所需要使用的资金费用，在使用的化学药品和药剂当中，占绝大部分的是氨水。3．工资福利费用工资福利费是指在工厂工作的所有员工，每一年公司发的平均工资和平均福利费用。4．用于大型设备修理的提存费用用于大型设备修理的提存费用是指公司用于专门使用的费用，用于大型设备修理的提存费用和固定资产。5．日常检修维护费日常检修维护费是用于修理和维护价值较低并且容易耗费的用品的费用，同时还有维护固定资产的备用件的费用。6．管理所用的费用和其他费用管理费用为在管理锅炉火电厂运行和生产，同时还有管理管理锅炉火电厂服务所产生的费用。在运行过程当中，年运行的成本所有数据如表4-2所示：表4-2年运行成本计算(万元)编号所用费用的名称费用1电力费用572使用燃料产生动力消耗的费用1953使用化学药品的费用1604职工福利费用755用于大型设备修理的提存费用366管理所用的费用和其他费用307日常检修维护费15在一年的运行过程当中，所需要的成本是以上7项的总和，运行过程中总成本为568万元。

结论结论在对NOX的特性、主要来源和危害，以及国内外脱硝工艺背景进行深入了解之后，进行了SCR脱硝工艺的设计、选型以及计算。在进行设计计算的过程当中，我参考了许多SCR脱硝工艺的书刊、中英文的文献、硕博士论文及相关的国家标准，对SCR脱硝工艺系统进行了初步的设计选型以及计算,得到了下面的结果:（1）经过计算得：稀释空气体积流量为0.14567m3/s；还原剂——氨气的消耗量为17Kg/h；SCR反应器中催化剂的横截面积为2.22m2；SCR反应器横截面积为2.55m2；催化剂的体积为4.44m3；催化剂的高度为2m；催化剂的层数为1层；催化剂的总层数为2层；反应器的高度为4.4m。（2）对SCR反应器的催化剂进行选型：选择蜂窝式催化剂；对布置方式进行选择：采用高温高尘的布置方式。（3）SCR工艺的一些辅助设备进行了选型，例如卸氨压缩机、液氨储罐、液氨蒸发器、氨气缓冲罐、废水泵、液氨提升泵、省煤器旁路、进出口烟道。选用艾格普液氨卸料压缩机，型号为ZW-0.8/16-24；对液氨储罐进行选型，储罐的型号为WG18-3200-150；对液氨蒸发器进行选型，选用立式液氨蒸发器；对氨气缓冲罐进行选型，所选用立式氨气缓冲罐；（4）根据反应需求和工程造价对整个系统进行经济优化，计算得：工程静态投资费用为3727万元；工程建设期产生的利息为650万元；改工程项目总投资为4877万元；锅炉发电厂的职工总定员为40人；年运行成本约为600万元。参考文献参考文献[1]张强,燃煤电站SCR烟气脱硝系统技术及工程应用[M],北京:化学工业出版社,2007[2]冯立波,罗钟高,葛春,火电厂SCR烟气脱硝工艺系统设计[J],能源工程,2009：48-52[3]陈进,火电厂烟气脱硝技术——选择性催化还原法[M],中国电力出版社,2008[4]孙克勤,钟秦,火电厂烟气脱硝技术及工程应用[M],北京:化学工业出版社,2007[5]段传和,夏怀祥,燃煤电站SCR烟气脱硝工程技术[M],北京:中国电力出版社,2009[6]陈家庆,环保设备原理与设计[M],第二版,北京:中国石化出版社,2008：638-639[7]赵毅,朱洪涛,安晓玲等,燃煤电厂SCR烟气脱硝技术的研究[J],电力环境保护,2009,25(1):7-10[8]赵宗让,电厂锅炉S