熱源廠除塵脫硝處理工藝設計課程設計

1、遼遼 寧寧 科科 技技 學學 院院 (2010(2010 級級) ) 本科課程設計 題目： 熱源廠除塵脫硝處理工藝設計熱源廠除塵脫硝處理工藝設計 專 業(yè)： 環(huán)境工程 班 級： 姓 名：學 號： 指導教師： 說明書 49 頁，圖紙 2 張 摘 要 經(jīng)調(diào)查：煙氣脫硝在國內(nèi)外一直是一個非常棘手的難題。所以本設計采用選擇性催化劑 還原煙氣脫硝技術（scr）以及旋風除塵器脫硝除塵。 scr 工藝采用垂直的催化劑反應塔與無水氨，從燃煤燃燒裝置及燃煤電廠的煙氣中除去 氮氧化物（nox）。具體為采用氨（nh3）作為反應劑，與鍋爐排出的煙氣混合后通過催化 劑層，在催化劑層，在催化劑的作用下將 nox 還原分解成

2、無害的氮氣（n2）和水（h2o）。 該工藝脫硝率可達 90%以上，nh3逃逸低于 5ppm，設備使用效率高，基本上無二次污染，是 目前世界上先進的電站煙氣脫硝技術，在全球煙氣脫硝領域市場占有率高達 98%。 在機械除塵器之中，旋風除塵器是效率最高的一種，從技術、經(jīng)濟等諸多方面考慮，旋 風除塵器壓力損失控制范圍一般在 500-2000pa。因此，它屬于中效除塵器，且可用于高溫煙 氣的凈化，是應用廣泛的一種除塵器，多應用于鍋爐煙氣除塵、多級除塵以及預除塵。 關鍵詞：除塵；旋風除塵器；煙氣脫硝；scr；脫硝工藝 abstract after investigation: flue gas denit

3、rification 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

4、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

5、 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%. a

6、mong 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 u

7、sed 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 目錄 緒論緒論 -1 1 概述概述-3 1.1 設計任務書 -3 1.1.1 資料背景-3 1.1.2 要求-3 1.1.3 編制初步設計文件并提交。 -3 1.1.4 設計原始資料（經(jīng)計算） -3 1.2 除塵器工藝方案的確定-4 2 煙氣量、煙塵和氮氧化物濃

8、度的計算煙氣量、煙塵和氮氧化物濃度的計算 -5 2.1 標準狀態(tài)下的理論煙氣量-5 2.2 標準狀態(tài)下的煙氣含塵濃度-5 3 除塵器的選擇除塵器的選擇 -7 3.1 除塵器應達到的除塵效率-7 3.2 除塵器的選擇-7 3.2.1 工況下的煙氣流量-7 4 管道系統(tǒng)的布置及設計計算管道系統(tǒng)的布置及設計計算 -9 4.1 各裝置及管道布置的原則-9 4.2 管徑的確定-9 5 煙囪的設計煙囪的設計-10 5.1 煙囪高度的確定 -10 5.3 煙囪的抽力 -11 6 系統(tǒng)阻力的計算系統(tǒng)阻力的計算-12 6.1 摩擦壓力損失 -12 6.2 局部壓力損失 -13 6.2.1 除塵器入口前的管道-1

9、3 6.2.2 除塵器出口至風機入口的管道 -14 6.2.3 t 形三通管 -14 7 系統(tǒng)中煙氣溫度的變化系統(tǒng)中煙氣溫度的變化-16 7.1 煙氣在管道中的溫度降 -16 7.2 煙氣在煙囪中的溫度降 -16 8 風機及電動機的選擇和計算風機及電動機的選擇和計算-18 8.1 風機風量的計算 -18 8.2 風機風壓的計算 -18 8.3 電動機功率的計算 -19 9 scr 脫硝工藝脫硝工藝-20 9.1 scr 基本原理 -20 9.2 典型 scr 系統(tǒng)組成-21 9.3 scr 工藝流程 -21 9.4 scr 工藝系統(tǒng)布置分類 -22 9.4.1 高溫高塵布置-22 9.4.2

10、高溫低塵布置-22 9.4.3 低溫低塵布置-23 9.5 催化劑 -24 9.6 還原劑原料 -26 9.6.1 液氨-26 9.6.2 氨水 -26 9.6.3 尿素 -26 9.7 scr 反應器 -27 9.8 噴氨格柵 -29 9.9 吹灰器 -30 9.10 影響 scr 脫硝性能的幾個關鍵因素-30 9.10.1 催化劑-30 9.10.2 反應溫度-31 9.10.3 適當?shù)陌睔廨斎肓考芭c煙氣的均勻混合-31 10 scr 系統(tǒng)的設計與計算系統(tǒng)的設計與計算 -32 10.1 項目執(zhí)行標準-32 10.2 原始參數(shù)-32 10.3 scr 反應器設計計算-32 10.3.1 sc

11、r-33 10.3.2 塔的設計計算-35 10.3.3 催化劑的選型-37 10.3.4 噴氨系統(tǒng)噴射管設計-38 10.3.5 氨氣/煙氣靜態(tài)混合器-38 10.3.6 吹灰器設計-39 11 scr 輔助設備選型輔助設備選型 -41 11.1 供氨裝置-41 11.1.1 卸氨壓縮機-41 11.1.2 液氨儲罐-42 11.1.3 液氨蒸發(fā)器-42 11.1.4 氨氣緩沖罐-44 11.1.5 氨氣稀釋槽-44 11.1.6 氨/空氣混合器-45 11.1.7 廢水泵-45 11.2 液氨提升泵的選型-45 11.3 省煤器旁路-46 11.4 進出口煙道-46 12 結論與建議結論與

12、建議 -47 12.1 結論-47 12.2 建議-47 參考文獻參考文獻-48 緒論 按照國際標準化組織（iso）作出的定義，空氣污染：通常系指由于人類活動和自然過 程引起某些物質(zhì)介入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達到了足夠的時間，并因此而危害了人體 的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境。大氣污染物的種類非常多，根據(jù)其存在狀態(tài)，可將其概 括為兩大類：氣體狀態(tài)污染物和氣溶膠狀態(tài)污染物。 隨著工業(yè)的發(fā)展，能源的消耗量逐步上升，大氣污染物的排放量相應增加。就現(xiàn)在我國 的經(jīng)濟和技術發(fā)展水平及能源的結構來看，以煤炭為主要能源的狀況在人的生存每時每刻都 離不開空氣，大氣的質(zhì)量與人類的生存環(huán)境息息相關，所以對大氣的

13、修復比較困難。雖然人 們在大氣環(huán)境治理方面做了相當大量的工作，但目前的空氣質(zhì)量仍然不盡人意，因此防止污 染、改善空氣環(huán)境成為當今迫切的環(huán)境任務。燃煤鍋爐排放的二氧化硫嚴重的污染了我們賴 以生存的環(huán)境。我國的大氣污染仍是以煤煙型為主，其中粉塵與酸雨危害最大。因此，凈化 燃煤煙氣中的粉塵和氮氧化物是我國改善大氣的空氣質(zhì)量和減少酸雨的關鍵性問題。 粉塵的危害：粉塵的危害不僅取決于它的暴露濃度，還在很大程度上取決于它的組成成 分、物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、粒徑和生物的活性等等。粉塵的成分和物理化學性質(zhì)是對人體危 害的主要因素。有毒的金屬粉塵和非金屬粉塵（鉻、錳、鎬、鉛、汞、砷等）進入人體后， 會引起中毒以致

14、死亡。 氮氧化物包括多種化合物，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。氮氧化物中氧化亞氮（笑氣）作 為吸入麻醉劑，不以工業(yè)毒物論；余者除二氧化氮外， 遇光、濕或熱可產(chǎn)生二氧化氮，主要 為二氧化氮的毒作用，主要損害深部呼吸道。一氧化氮尚可與血紅蛋白結合引起高鐵血紅蛋 白血癥。人吸入二氧化氮 1 分鐘的 mlc 為 200ppm。 大氣控制的措施主要包括：嚴格的環(huán)境管理；以環(huán)境規(guī)劃為中心，實行綜合防治；制定 大氣污染的技術政策；控制環(huán)境污染的經(jīng)濟政策；高煙囪擴散；綠化造林；安裝廢棄凈化裝 置；加

15、強環(huán)境科學研究，檢測和教育。 據(jù)統(tǒng)計，我國目前約有 30 萬臺中小型燃煤工業(yè)鍋爐，耗煤量占全國原煤產(chǎn)量的 1/3。而這些 鍋爐中，大部分沒有安裝脫硫設備，致使許多地區(qū)酸雨頻頻發(fā)生，嚴重危害了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和 人類健康。因此煙氣的脫硫是當前環(huán)境保護的一項重要工作。能擁有煙氣脫硫的除塵設備有 很多，但要滿足運轉穩(wěn)定可靠，不影響生產(chǎn)的同時去除且壓力降較小等要求，以袋式除塵器 和旋流板為宜。 除塵設備：從氣體總去除或捕集固態(tài)或液態(tài)微粒的設備。 旋風除塵器：對于捕集 510m 以上的粉塵效率較高，其除塵效率可達 80%以上，被廣 泛地應用于化工、石油、冶金、建筑等工業(yè)部門。 旋風除塵器結構簡單，除塵器本身無

16、結構部件，不需特殊的附件設備，占地面積小，制 造、安裝投資少。操作維護簡單，壓力損失中等，動力損耗不大，運轉、維護費用低。操作 彈性較大，性能穩(wěn)定，不受含塵氣體的濃度、溫度的限制。碎玉粉塵的物理性質(zhì)無特殊要求， 同時可根據(jù)化工生產(chǎn)的不同要求，選用不同材料制成，或內(nèi)襯各種不同的耐磨、耐熱材料， 以提高使用壽命。 電除塵器：除塵器的除塵效率與電場強度、集塵板面積、煙氣流量、粉塵驅進速度，尤 其是粉塵的導電性有關，電除塵器具有很高的除塵效率（可達 99.99%），可捕集 0.1m 以 上的塵粒。它阻力小，運行費用低，處理煙氣量大，運行操作方便，可完全實現(xiàn)自動化。缺 點是設備龐大，投資費用高。此外對制

17、造、安裝質(zhì)量要求較高。 慣性除塵器：用于凈化密度和顆粒較大的金屬或礦物性粉塵時，具有較高的除塵效率 65%75%。對于粘結性和纖維性粉塵，則因易堵塞而不宜采用。由于凈化效率不高，一般只 用于多級除塵中的第一級除塵，捕集 1020m 以上的粗塵粒。壓力損失一般為 1001000pa。 袋式除塵器：一種干式高效除塵器，可凈化粒徑 dp0.1m 的含塵氣體，除塵效率可達 99%以上。它的阻力一般為 10002000pa。另外，若除塵器阻力過高，還會使除塵系統(tǒng)的處理 氣體量下降，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的排風效果。因此，除塵阻力達到一定數(shù)值后要及時清灰，清灰 不能過分，即不應破壞粉塵初層，否則會引起除塵效率顯著下

18、降。由于所用濾布受到溫度、 腐蝕性等限制，只適用于凈化腐蝕性小，溫度低于 300的含塵氣體。 濕式除塵器：是應用最多的就是文丘里洗滌器除塵器，文丘里洗滌器的除塵效率一般在 95%以上，它隨液滴直徑、喉管氣速的增加而增加。當液滴直徑比塵粒大 50 倍時，其除塵效 率最高。這種除塵器結構簡單，除塵效率高，水滴還能吸收煙氣中的二氧化硫和三氧化硫。 其缺點是阻力大，需要有污水處理裝置。 1 概述 1.1 設計任務書 1.1.1 資料背景 根據(jù)本溪市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃，在開發(fā)區(qū)建設集中熱源廠，以滿足開發(fā)區(qū)企事業(yè)單位 的供熱需求，熱源廠承擔該地區(qū)集中供熱的建設，根據(jù)供熱需求，集中供熱中心分三期建設， 一期

19、建造一座 300t/h 容量的鍋爐，安裝一臺 29mw 熱水鍋爐，二期安裝一臺 58mw 的熱水 鍋爐，三期安裝兩臺 58mw 熱水鍋爐。所使用煤炭為山西出產(chǎn)的煙煤。 1.1.2 要求 收集設計前期資料，確定煙氣產(chǎn)量及各項標準，設計煙氣除塵脫硝處理工藝，繪制工藝 流程圖及總平面布置圖。 1.1.3 編制初步設計文件并提交。 1.1.4 設計原始資料（經(jīng)計算） 設計耗煤量：2.85kg/s=1.26t/h 排煙溫度：160 煙氣密度（標準狀態(tài)下）：1.34kg/m3 空氣過剩系數(shù)：=1.4 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：16% 煙氣在鍋爐出口前阻力：800pa 當?shù)卮髿鈮毫Γ?7.86kpa

20、 冬季室外空氣溫度：-13 空氣含水（標準狀態(tài)下）按 0.01293kg/m3 煙氣其他性質(zhì)按空氣計算 煤的工業(yè)分析值：cy=81.4% hy=5.6% sy=0.92% oy=10.6% ny=1.43% wy= 6.92% 按鍋爐大氣污染物排放標準（gb132712001）中二類區(qū)標準執(zhí)行。 煙塵濃度排放標準（標準狀態(tài)下）：200mg/m3 氮氧化物排放濃度（標準狀態(tài)下）：- mg/m3 1.2 除塵器工藝方案的確定 本設計選用旋風除塵器。 旋風除塵器是利用旋風氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置。它具有結構簡單、 應用廣泛、種類繁多等優(yōu)點，雖然在除塵原理及結構性能方面的研究很多，但由

21、于旋風除塵 器內(nèi)氣流和粒子運動狀態(tài)復雜，準確測定較困難，至今理論研究仍不夠完善。 旋風除塵器的優(yōu)點是結構簡單，造價便宜，體積小，無運動部件，操作維修方便，壓力 損失中等，動力消耗不大；缺點是除塵效率不高，對于流量變化大的含塵氣體性能較差。 在機械除塵器之中，旋風除塵器是效率最高的一種，從技術、經(jīng)濟等諸多方面考慮，旋 風除塵器壓力損失控制范圍一般在 500-2000pa。因此，它屬于中效除塵器，且可用于高溫煙 氣的凈化，是應用廣泛的一種除塵器，多應用于鍋爐煙氣除塵、多級除塵以及預除塵。 工藝流程圖： 2 煙氣量、煙塵和氮氧化物濃度的計算 2.1 標準狀態(tài)下的理論煙氣量 建立煤燃燒的假定： 1.煤

22、中固定氧可用于燃燒； 2.煤中氮主要被氧化為 nox； 3.不考慮 so2 的生成。 山西無煙煤的熱值 qdw=26377kj/kg,設計熱效率為 45%。 則電廠的煤炭消耗量為：。 skg /85 . 2 %4522588 1029 3 以完全燃燒 1kg 為基準，計算各組分的摩爾數(shù)、需氧量和產(chǎn)生煙氣量如下： 因此，燃燒 1kg 煙煤需要的理論氧氣量為：（67.83+14-3.32+0.29）mol=78.8mol。 需要的實際空氣量為：78.8（1+3.78）1.4=527.33mol 產(chǎn)生的煙氣量為：（67.83+28+0.51+0.29）+527.33-78.8=545.16mol 總

23、共產(chǎn)生的煙氣量為：2.85545.16=1553.71mol/s=1533.7122.4=34803l/s=m3/h。 5 1025 . 1 nox 的實際排放量為：0.01432.850.85=0.035kg/s 實際 nox 排放濃度為： 3 6 /92.109 1000318416 10035 . 0 mmg 2.2 標準狀態(tài)下的煙氣含塵濃度 標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度為： 組分/mol質(zhì)量/g摩爾數(shù)/mol需氧量/mol燃燒后煙氣量 c81467.8367.8367.83（co2） h56561428 （h2o） o1066.63-3.320 n14.31.0200.51（n2） s9.2

24、0.290.290.29（so2） )/( 3 mkg q ad c s y sh 式中： 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的質(zhì)量分數(shù)，16%； sb d 煤中不可燃成分的含量，15%； y a 標準狀態(tài)下實際煙氣量，m3/kg。 s q 結果為： c=0.00234 （kg/m3） =2340 （mg/m3） 3 除塵器的選擇 3.1 除塵器應達到的除塵效率 c cs 1 式中： c 標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度，mg/m3； 標準狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標準中規(guī)定值，mg/m3。 s c 結果為： %45.91 3.2 除塵器的選擇 根據(jù)煙塵的粒徑分布或種類、工況下的煙氣量、煙氣溫度及要求達到的除塵效率確定

25、除 塵器的種類、型號和規(guī)格。然后確定除塵器的運行參數(shù)，如氣流速度、壓力損失、捕集粉塵 量等。 3.2.1 工況下的煙氣流量 工況下的煙氣流量為： hm t qt q/ 3 式中： q 標準狀態(tài)下的煙氣流量，m3/h； t工況下煙氣溫度，k； t標準狀態(tài)下溫度，273 k。 結果為： )/(9754q 3 hm 則煙氣的流速為： sm q / 7 . 2 3600 9754 3600 3 根據(jù)工況下的煙氣量、煙氣的溫度以及要求達到的除塵效率來確定除塵器，查閱相關資 料，選擇 xld-4 型陶瓷多管式旋風除塵器。產(chǎn)品的性能如下表 3.1 和 3.2。 表表 3.1 xld-4 型陶瓷多管旋風除塵器

26、產(chǎn)品性能型陶瓷多管旋風除塵器產(chǎn)品性能 型號 配套鍋爐容量 /(j/h) 處理煙氣量 )/( 3 hm 除塵效率 /% 設備阻力 /pa 分割粒徑 m)/(50d 質(zhì)量 /kg xld-441200092-95932-11283.06-3.32369 表表 3.2 xld-4 型陶瓷多管旋風除塵器的外型結構尺寸型陶瓷多管旋風除塵器的外型結構尺寸 abcdefghmn 14001400300503501000298544607004235 圖圖 3.1 xld-4 型陶瓷多管旋風除塵器外型結構尺寸型陶瓷多管旋風除塵器外型結構尺寸 4 管道系統(tǒng)的布置及設計計算 4.1 各裝置及管道布置的原則 根據(jù)鍋

27、爐運行情況和鍋爐房現(xiàn)場的實際情況確定各裝置的位置。一旦確定了各裝置的位 置，管道的布置也就基本可以確定了。對各裝置及管道的布置應力求簡單、緊湊，管路短， 占地面積小，并使安裝、操作和檢修方便。 4.2 管徑的確定 管道直徑： )( 4 m q d 式中： q 工況下管道內(nèi)煙氣流量，m3/s； v 煙氣流速 m/s (對于鍋爐煙塵 v=10-15 m/s)，取 v=14 m/s。 結果為： md0.49 圓整并選取風道： 表表 4.1 風道直徑規(guī)格表風道直徑規(guī)格表 鋼制板風管 外徑 d/mm 外徑允許偏差/mm壁厚/mm 50010.75 內(nèi)徑： mm 498.50.752-500d 則由公式

28、4.1 可算出實際煙氣流速： 2 4 d q v 結果為： 13.9 m/s v 5 煙囪的設計 5.1 煙囪高度的確定 首先確定共用一個煙囪的所有鍋爐的總的蒸發(fā)量（t/h），然后根據(jù)鍋爐大氣污染物排放 標準中的規(guī)定確定煙囪的高度。 表表 5.1 鍋爐煙囪高度表鍋爐煙囪高度表 鍋爐總額定出力（t/h）小于 1122661010202035 煙囪最低 （高度/m）202530354045 已知每臺鍋爐的額定出力為 4t/h，則鍋爐總額定出力為 43=12（t/h）， 故選取的煙囪高度為 40 m。 5.2 煙囪直徑的計算 煙囪出口的直徑可按下式計算： （m) v q d0188 . 0 式中：

29、q 通過煙囪的總煙氣量，m3/h； v 按下表 5.2 選取的煙囪出口煙氣流速，m/s。 表表 5.2 煙囪出口煙氣流速煙囪出口煙氣流速 運行情況 通風方式 全負荷時最小負荷 機械通風102045 自然通風6102.53 代入 ， hmq/ 3901649754 3 smv/ 15 結果為： md 96. 0 圓整取 md1 煙囪底部直徑： d1 = d2 + 2ih (m) 式中： d2 煙囪出口直徑，m； h 煙囪高度，m； i 煙囪錐度，通常取 i = 0.020.03。 代入 d2 =1.0m，h=40m，i=0.03 結果為： md4 . 3 1 5.3 煙囪的抽力 )() 273

30、1 273 1 (0342. 0pab p t k t h y s 式中： h 煙囪高度，m； 外界空氣溫度，； k t 煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，； p t b 當?shù)卮髿鈮海琾a。 代入 h=40m，=-13，=177，b=97.86kpa=97680pa k t p t 結果為： pasy 217 6 系統(tǒng)阻力的計算 6.1 摩擦壓力損失 （1）對于圓管： )( 2 2 pa d l l p 式中： l 管道長度，m； d 管道直徑，m； 煙氣密度，kg/m3； 管中氣流平均速率，m/s； 摩擦阻力系數(shù)，是氣體雷諾數(shù) re 和管道相對粗糙度的函數(shù)?？梢圆槭謨缘玫剑▽嶋H d k 中對金屬管道值可取

31、 0.02，對磚砌或混凝土管道值可取 0.04）。 對于直徑 500m 的圓管： ml5 . 9 )(kg/m81 . 0 450 273 34 . 1 177273 273 3 n 根據(jù)公式 6.1 得： )( 4 .30 2 9 . 1381 . 0 5 . 0 5 . 9 02 . 0 2 papl （2）對于磚砌拱形煙道： 222 224 2）（ b bds 式中： s 煙道的面積，； 2 mm d 直徑，； mm b拱形兩內(nèi)柱的距離，。 mm 其中 d=500mm，計算 b=450 mm。 6.2 局部壓力損失 )( 2 2 pap 式中： 異型管件的局部阻力系數(shù)，可在相關手冊中查到

32、； 與相對應的斷面平均氣流速率，； v sm/ 煙氣密度，。 3 /mkg 6.2.1 除塵器入口前的管道 除塵器入口前的管道分為三部分，第一部分為一個漸縮管，由 600mm 管徑縮至 500mm。 時， 45 1 . 0 取=45， smv/9 .13 結果為： ）（pap 1 . 8 2 8 . 1381 . 0 1 . 0 2 漸縮管長度： (m)12 . 0 5 . 67tan05 . 0 1 l 除塵器入口前的管道中的第二部分為 30的 z 形彎頭。 彎頭高度： ）（mh 6 . 0595 . 0 39 . 2 -985 . 2 （m） 12 . 0 5 . 06/. 0/dh 取

33、157. 0 re 查資料得 0 . 1 re 結果為： 157 . 0 157 . 0 0 . 1 則： ）（pap 7 .12 2 9 . 1384 . 0 157. 0 2 除塵器入口前的管道中的第三部分為一個漸擴管。 79 . 1 4 4985. 0 14 . 3 135. 0 2 2 1 a a 取，則 30 19 . 0 結果為： ）（pap 4 . 15 2 9 . 1381 . 0 19. 0 2 漸擴管長度： 07(m) . 0 .067015tan 2 4985 . 0 -1 3 ）（ ）（ ml 6.2.2 除塵器出口至風機入口的管道 除塵器出口至風機入口處的管道為一個

34、z 字形，分為三部分，上半部分是一個漸縮管。 ，故取， 45 1 . 0 30smv/9 .13 結果為： (pa)1 . 8 2 9 . 13810. 1 . 0 2 22 v p 漸縮管長度 l 同上述漸擴管長度一樣，l=0.07m。 除塵器出口至風機入口管道的中間部分和下部各為一個 90彎頭。 d=500m，取 r=d，則。 23 . 0 結果為： ）（pap 7 .18 2 9 . 1381 . 0 23 . 0 2 兩個彎頭則為： ）（papp 4 .37 7 . 1822 6.2.3 t 形三通管 ，則： 78. 0 ）（pa v p 3 .63 2 13.90.81 78 . 0

35、 2 22 對于 t 形合流三通，則： 55 . 0 ）（pap 6 .44 2 9 . 1381 . 0 55 . 0 2 所以，系統(tǒng)的總阻力（其中鍋爐出口前阻力為 932pa，除塵器阻力為 1128pa）為： ）（pah22801128932 6 . 44 3 . 63 4 . 371 . 8 4 . 15712.1 . 8 4 . 30 7 系統(tǒng)中煙氣溫度的變化 當煙氣管道較長時，必須考慮煙氣溫度的降低。除塵器、風機、煙囪的煙氣流量應按各 點的溫度計算。 7.1 煙氣在管道中的溫度降 v cq fq t 1 式中：標準狀態(tài)下煙氣流量，m3/h； q f管道散熱面積，m2； cv標準狀態(tài)下

36、煙氣平均比熱容（一般為 1.3521.357kj/m3 ）； q管道單位面積散熱損失。 室內(nèi) q=4187 kj/(m2 h) 室外 q=5443 kj/(m2 h) 室內(nèi)管道長： ）（ml 46 . 1 12 . 0 -6 . 0-18 . 2 )( 29. 25 . 046 . 1 14 . 3 2 mdlf 室外管道長： ）（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

37、cq fq cq fq t 7.2 煙氣在煙囪中的溫度降 d ah t 2 式中： h煙囪高度，m； d合用同一煙囪的所有鍋爐額定蒸發(fā)量之和，t/h； a溫降系數(shù)，可由下表查得。 表表 7.1 煙囪溫降系數(shù)煙囪溫降系數(shù) 煙囪鋼煙囪鋼煙囪磚煙囪（小于 50m）磚煙囪 種類（無襯筒）（有襯筒）壁厚小于 0.5m壁厚大于 0.5m a20.80.40.2 由公式 7.2 得： 4 44 4 . 040 2 t 則，總溫度降為： 4 .1344 . 9 21 ttt 8 風機及電動機的選擇和計算 8.1 風機風量的計算 )/ 3 ( 325.101 273 273 1 . 1hm b t q y q

38、p 式中： 1.1風量備用系數(shù)； 風機前標準狀態(tài)下風量，m3/h； q 風機前煙氣溫度，若管道不太長，可以近似取鍋爐排煙溫度； p t b 當?shù)卮髿鈮毫?，kpa。 結果為： )/( 8 .11109 86.97 325.101 273 160273 61501 . 1 3 hmqy 8.2 風機風壓的計算 )( 293 . 1 325.101 273 273 )(2 . 1pa y b y t p t y sh y h 式中： 1.2風壓備用系數(shù)； 系統(tǒng)前總阻力，pa； h 煙囪抽力，pa； y s 風機前煙氣溫度，； p t 風機性能表中給出的試驗用氣體溫度，；。 y t 標準狀況下煙氣密度

39、，1.34kg/m3； y 結果為： pahy 2122 34 . 1 293 . 1 86.97 325.101 240273 160273 217-22802 . 1 ）（ 根據(jù)和選定風機，查閱資料得出：選用 y5-47型 n0.7c 的引風機，y5-47型引 y q y h 風機是在原有的該型號引風機性能基礎上改進的產(chǎn)品，該引風機最佳工況點的全壓內(nèi)效率為 85.6%，與原來的性能相比較，由于進行了一系列的改進，使噪聲值有顯著降低，噪聲指標 為 12.5db。其性能如下表。 表表 8.1 引風機性能表引風機性能表 機號傳動方式 轉速 /(r/min) 流量 / ）（hm / 3 全壓 /p

40、a 內(nèi)效率 /% 內(nèi)功率 /kw 所需功率 /kw c 式23201166330307912.4217.00 8.3 電動機功率的計算 )( 10003600 21 kw hq n yy e 式中： 風機風量，m3/h； y q 風機風壓，pa； y h 風機在全壓頭時的效率（一般風機為 0.6，高效風機約為 0.9）； 1 機械傳動效率，當風機與電機直聯(lián)傳動時=1，用聯(lián)軸器連接時=0.950.98，用 v 形 2 2 2 帶傳動時=0.95； 2 電動機備用系數(shù)，對引風機，=1.3。 結果為： (kw) 9 . 14 95. 06 . 010003600 3 . 1212211109 e n

41、 根據(jù)電動機功率、風機的轉速、傳動方式選定 y180m-2 型電動機，功率為 22kw，符合 設備運行的要求。 9 scr 脫硝工藝 9.1 scr 基本原理 選擇性催化還原（scr）脫硝原理是在一定的溫度和催化劑的作用下，還原劑有選擇地 把煙氣中的 nox 還原為無毒無污染的 n2和 h2o。催化的作用是降低分解反應的活化能，使 其反應溫度降低至 150450之間。因為電廠實際使用的溫度范圍是 290430，若無催 化劑，反應溫度較高（980左右），超出了電廠溫度范圍。還原劑有氨水、液氨及尿素，工 業(yè)上常應用的是液氨，其次是尿素。以氨為還原劑的 scr 反應如下。 主反應方程式： 4no +

42、 4nh3 + o24n2 + 6h2o no + 2no2 + 2nh32n2 + 3h2o 6no + 4nh35n2 + 6h2o 6no2 + 8nh32n2 + 6h2o 副反應方程式： 4nh3 + 3o22n2 + 6h2o 2nh3 n2 + 3h2 4nh3 + 3o24no + 6h2o 2so2 + o22so3 nh3 + so3 + h2onh3hso4 2nh3 + so3 + h2o(nh4)so4 其中第一步反應為主要反應，因為煙氣中的幾乎 95%的 nox均是以 no 的形式存在。在 反應過程中，nh3可以選擇性地和 nox反應生成 n2和 h2o，而不是被

43、o2所氧化，其基本原 理如圖 9-1 所示。 圖圖9-1 scrscr基本反應原理基本反應原理 9.2 典型 scr 系統(tǒng)組成 煙氣脫硝系統(tǒng)由還原劑的制備系統(tǒng)和脫硝反應系統(tǒng)兩部分組成，見圖 9-2。脫硝反應系 統(tǒng)有 scr 催化反應器、噴氨系統(tǒng)、稀釋空氣供應系統(tǒng)所組成。液氨存儲和供應系統(tǒng)有液氨卸 料壓縮機、液氨儲槽、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽、氨氣稀釋槽、廢水泵和廢水池等。 圖圖9-2 scr脫硝系統(tǒng)組成脫硝系統(tǒng)組成 9.3 scr 工藝流程 典型的 scr 主要工藝流程為：還原劑即液氨用灌裝卡車運輸，以液體形態(tài)儲存于氨罐中， 液態(tài)氨在注入 scr 系統(tǒng)煙氣之前經(jīng)由蒸發(fā)器蒸發(fā)汽化；汽化的氨和稀釋空

44、氣混合，通過噴氨 格柵噴入 scr 反應器上游的煙氣中；充分混合后的還原劑和煙氣在 scr 反應器中催化劑的 作用下發(fā)生反應，以達到去除 nox的目的。 scr 的基本操作運行主要包含以下幾個步驟： （1）氨的準備與儲存； （2）氨的蒸發(fā)并與預混空氣相混合； （3）氨與空氣的混合氣體在反應器的適當位置噴入煙氣系統(tǒng)中，其位置通常在反應器入口附 近的煙氣管路內(nèi)； （4）噴入的混合氣體與煙氣的混合； （5）各反應物向催化劑表面的擴散并進行反應。 9.4 scr 工藝系統(tǒng)布置分類 根據(jù) scr 反應器工作環(huán)境，如溫度、粉塵濃度的不同，主要有高塵、低塵和尾部布置方式。 9.4.1 高溫高塵布置 該布置方

45、式中 scr 反應器在省煤器的下游、空氣預熱器和除塵裝置的上游、煙氣溫度約為 350的位置。scr 高溫高塵布置工藝系統(tǒng)見圖 9-3 所示。 圖圖 9-3 高溫高塵布置高溫高塵布置 這種布置的優(yōu)點是進入反應器的煙氣溫度達到 280420，多數(shù)催化劑在這個溫度范 圍內(nèi)有足夠的活性。缺點是催化劑在未經(jīng)除塵的煙氣中，壽命會受以下因素影響： （1）飛灰含有 na、k、ca、si、as 等，使催化劑中毒，受污染； （2）催化劑受飛灰磨損； （3）飛灰是催化劑通道堵塞； （4）煙氣溫度降低，nh3和 so3反應生成(nh3)so4，使反應器通道和下游的空氣預熱器堵 塞。 為了盡可能延長催化劑的使用壽命，除

46、了應選擇合適的催化劑外，還要使反應器通道有 足夠的空間以防堵塞，同時要有防腐和防磨的措施。 9.4.2 高溫低塵布置 當靜電除塵器布置在空氣預熱器的上游時，通常使用低塵 scr 系統(tǒng)。如圖 9-4 所示。低塵 scr 系統(tǒng)較高塵 scr 系統(tǒng)具有更低的成本。 圖圖 9-4 高溫低沉布置高溫低沉布置 高溫低塵布置的優(yōu)點： （1）煙氣經(jīng)靜電除塵器后，粉塵濃度降低，可延長催化劑的壽命； （2）獨立存在，不影響鍋爐的正常運行； （3）氨泄漏量與高溫高塵布置方式的相比要少。 缺點： （1）煙氣通過靜電除塵器后，溫度會下降； （2）煙氣含大量的 so2，催化劑使部分 so2轉化為 so3，與泄漏的氨生成具

47、很強腐蝕性的硫 酸銨鹽； （3）國內(nèi)運用經(jīng)驗很少，可供參考的工程實例也少。 9.4.3 低溫低塵布置 這種布置方式通常將 scr 反應器布置在所有的氣體排放控制設備之后，此時的煙氣經(jīng)前 面的氣體控制設備，已經(jīng)除去了絕大多數(shù)對催化劑有害的成分。scr 低溫低塵布置工藝系統(tǒng) 如圖 9-5 所示。 低溫低塵布置的優(yōu)點： （1）煙氣經(jīng)過了除塵脫硫，可采用更大的流速，使催化劑消耗量減少； （2）氨逃逸量與其它布置方式相比是最少的； （3）不會產(chǎn)生 so3，防止二次污染。 缺點： （1）煙氣經(jīng)除塵脫硫后，溫度降低，低于氨還原 nox反應所需的溫度，需要重新加熱，增 加投資和運行成本； （2）很難找到符合反

48、應條件的催化劑。 圖圖 9-5 低溫低塵布置低溫低塵布置 綜上所述，由于高溫高塵工藝布置是目前應用最為廣泛的一種。在 scr 市場中，其占有 絕對的優(yōu)勢，國內(nèi)的脫硝系統(tǒng)幾乎采用這種布置方式。以下的設計中采用高溫高塵布置方式。 9.5 催化劑 選擇優(yōu)良的催化劑是 scr 技術的關鍵。催化劑有貴金屬和普通金屬，貴金屬易與硫氧化 物反應，又昂貴，工程中不建議采用。常用的金屬基催化劑含有氧化礬（v2o5）、氧化鈦 (tio2)等，其中 v2o5的活性好、表面呈酸性，容易將堿性的 nh3 捕捉到催化劑表面，其特 定的氧化優(yōu)勢有利于將氨和 nox轉化為氨水和水，并且工作溫度較低(350450)，能在 富氧

49、環(huán)境下工作，抗中毒能力較強，可負載于 al2o3、sio2等氧化物中。電廠所用的 v2o5催 化劑大都是負載在銳鈦礦晶型 tio2上的釩氧化物，輔以鎢與鉬為助催化劑，一般做成蜂窩形 狀或敷于陶瓷介質(zhì)上。 以下對催化劑的種類進行介紹：按溫度分類，可分為三類：高溫催化劑，345590； 中溫催化劑，260380；低溫催化劑，80300。目前，國內(nèi)外 scr 系統(tǒng)大多采用高 溫催化劑，反應溫度在 280420之間。按原材料分類，有三種類型：貴金屬型、金屬氧 化物型和離子交換的沸石分子篩型。 第一類催化劑主要 pt-rh 和 pd 貴金屬類催化劑，通常以氧化鋁等整體式陶瓷作為載體。 早期設計的 scr

50、 系統(tǒng)中多采用此類催化劑，其對 scr 反應有較高的活性，且反應溫度較低， 缺點是是對 nh3有一定的氧化作用。目前僅應用于低溫條件下以及天然氣燃燒后 nox的脫 除。 第二類的金屬氧化物類催化劑，廣泛應用的 scr 催化劑大多是以二氧化鈦為載體，以 v2o5或 v2o5-wo3、v2o5-moo3為活性成分；其次是氧化鐵基催化劑，以 fe2o3 為基礎，添 加 crox、al2o3、zro2、sio2及微量的 mnox、cao 等組成，這種催化劑活性較氧化鈦基催 化劑要低 40%。通常催化劑載體主要作用是提供具有大的比表面積的微孔結構，在 scr 反應 中所具有的活性極小。 當采用第二類催化

51、劑時，通常以氨或尿素作為還原劑。反應機理通常是氨吸附在催化劑 的表面，而 no 的吸附作用很小，在這一類催化劑中，以具有銳鈦礦結構的 tio2為載體，銳 鈦礦作為主要活性成分的催化劑在工程中應用最為廣泛，其技術發(fā)展也最為成熟，其活性唯 獨區(qū)間為 300400。在這類催化劑中通常還加入 wo3和 moo3，其主要作用是增加催化 劑的活性和熱穩(wěn)定性，防止銳鈦礦的燒結和比表面積喪失。另外 wo3和 moo3的加入能和 so3競爭 tio2表面的堿性位，并代替它，從而限制其硫酸鹽化。在催化劑的制備過程中還加 入玻璃絲、玻璃粉、硅膠等以增加強度，減少開裂，并加聚乙烯、淀粉、石蠟等有機化合物 作為成型黏結

52、劑。 第三類是沸石分子篩型，主要是采用離子交換方法制成的金屬離子交換沸石。通常采用 碳氫化合物作為還原劑。所采用的沸石類型主要包括 y-沸石、zsm 系列、mfi、mor 等， 特別是 cu-zsm-5，國外學者對其研究較多。這一類催化劑的特點是具有活性的溫度區(qū)間較 高，最高可達到 600。同時，這類催化劑也是目前國外學者研究的中點，但是工業(yè)應用方 面還不多。 目前用于 scr 中的催化劑主要有 3 種類型：蜂窩式、板式及其它形式。 蜂窩式催化劑采用二氧化鈦作骨架材料，將 v2o5和 tio2混合后擠壓成型，經(jīng)干燥、燒 結后裁切裝配而成，市場份額約 60%70%。主要供應商：美國的 corme

53、tech，歐洲的 argrillon、kwh，日本的 sakai、shokubai，韓國的 sk 等。蜂窩式催化劑具有模塊化、相對 質(zhì)量比較輕長度易于控制、比表面積大、回收利用率高等優(yōu)點。蜂窩式催化劑如圖 9-6 所示。 圖圖 9-6 蜂窩式催化劑蜂窩式催化劑 板式催化劑采用金屬板作為基材，浸漬催化劑后燒結成型，市場份額占 20%30%；其 它如波紋式催化劑采用玻璃纖維板或陶瓷板作為基材，浸漬催化劑后燒結成型，市場份額占 5%左右。主要供應商有德國的 argillon 和日本的 bhk 等。具有對煙氣高的高塵環(huán)境適應力 強的優(yōu)點，但比表面積小，相對壓降大。 波紋狀催化劑的制作是采用玻璃纖維板或

54、陶瓷板作為基材浸漬燒結成型。主要供應商有 丹麥的 haldor topsoe 和日本的 hitachi zosen，板式、波紋式催化劑如圖 9-7 所示。 圖圖 9-7 左為板式催化劑左為板式催化劑 右為波紋式催化劑右為波紋式催化劑 通過比較板式和蜂窩式催化劑的性能（見表 9-2），發(fā)現(xiàn)蜂窩式催化劑測定性能高于板 式催化劑。 表表 9-2 板式與蜂窩式催化劑比較板式與蜂窩式催化劑比較 項目板式蜂窩式 抗堵塞性能 抗粉塵沖刷性能 壓力損失 脫硝效率 比表面積 吹灰器頻率 抗熱沖擊 so2轉化率 注：代表星級 9.6 還原劑原料 9.6.1 液氨 常溫下，無水氨（又稱液氨）是無色氣體，有刺激性惡臭

55、，通常以加壓液化氣的方式儲 存，液氨的合格品含量不低于 99.6%，轉化為氣態(tài)時會膨脹 850 倍。由于氨是 b2 類（高毒性、 燃燒性）物質(zhì)，氨氣在其與空氣混合物中的濃度為 15%28%，遇到明火會燃燒和爆炸；泄漏 時，會對人身安全造成相當程度的危害。因此，在交通運輸及 scr 系統(tǒng)現(xiàn)場使用過程中，都 需要采取相應的安全措施。 9.6.2 氨水 用于燃煤電站 scr 煙氣脫硝的還原劑氨水，采用的濃度為 20%30%之間，相對比較 安全，但由于運輸?shù)捏w積較大，運輸?shù)某杀鞠鄬^高。氨水呈弱堿性和強防腐性，對人體有 害，在空氣中達到一定的濃度時，也有爆炸的危險。 9.6.3 尿素 與無水氨和氨水相

56、比，尿素是無毒、無害的化學品，為白色或淺黃色的結晶體，吸濕性 較強，易溶于水。 由于尿素需要水解或熱解才能得到氨蒸氣，在轉化為氨氣的同時伴隨著 h2o、co2等副 產(chǎn)物的產(chǎn)生。為防止工藝過程中水蒸氣的凝結和高防腐性的氨基甲酸銨的形成，相關的設備 和管道都需要采用不銹鋼材質(zhì)，同時還需設置伴熱措施。因此，其工藝系統(tǒng)相對比較復雜， 設備和運行費用都較高；此外，國內(nèi)尚無商業(yè)化尿素分解制氨技術，全套需要進口。 綜上所述，通過表 9-3 所列數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，在以上三種的還原劑原料中，液氨法的投資、 運輸和使用成本為三者最低，但此法在運輸和使用過程中需要嚴格執(zhí)行相關的安全規(guī)定，具 有一定的危險性和安全隱患；氨

57、水的質(zhì)量百分比一般為 20%30%，較液氨安全，但運輸體積 大，運輸成本較液氨高；尿素是一種顆粒狀的農(nóng)業(yè)肥料，安全無害，但其具有治安系統(tǒng)復雜、 設備占地大、初投資大等問題。 表表 9-3 三種三種 scr 還原劑的技術比較還原劑的技術比較 9.7 scr 反應器 scr 反應器是還原劑和煙氣中的 nox發(fā)生催化還原反應的場所，通常由帶有加固肋的碳 鋼制塔體、煙氣進出口、催化劑放置層、人孔門、導流葉片及必要的連接件等組成。 反應器是煙氣脫硝最核心的設備，催化劑以單元模塊形式疊放在若干層托架上，布置在 反應器之中。目前催化劑的各層托架以及反應器殼體都連為一個整體，層間距固定，采用下 項目液氨氨水尿

58、素 反應劑費用便宜較貴最貴 生成1kg氨氣 需要的原料量 1.01kg（99%氨）4kg（25%氨）1.76kg 運輸費用便宜貴便宜 安全性有毒有害無害 存儲條件高壓常壓常壓，干態(tài) 儲存方式儲罐，液態(tài)儲罐，液態(tài)料倉，微粒狀 初投資費用便宜貴貴 便宜貴貴 運行費用 需要熱量蒸發(fā)液氨 需要高熱量蒸發(fā)、蒸餾 水和氨 需要高熱量水解尿素和蒸 發(fā)氨 設備安全要求有法律規(guī)定需要基本不需要 部支承方式，各層催化劑的質(zhì)量最后全部向下落在反應器外的框架梁上。 如圖 9-8 所示，在 scr 反應器殼體的設計中，要考慮良好的 nox/nh3混合和速度的均 布,以保證脫硝效率。反應器殼體通常采用標準的板箱式結構，輔

59、以各種加強筋和支撐構件來 滿足防震、承載催化劑、密封、承受荷載和抵抗應力的要求，并且實現(xiàn)與外界的隔熱。 圖圖 9-8 scr 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖 為了克服常規(guī)反應器結構帶來的熱應力大、催化劑安裝更換困難、清灰效果不好的問題， 開發(fā)了一種懸吊式的 scr 反應器。反應器由相互獨立的反應器殼體和固定在立柱上的頂部橫 梁兩部分所組成。反應器殼體內(nèi)部設有若干層催化劑托架，并分別與若干對螺紋吊桿的下端 相接，螺紋吊桿的上端穿出反應器殼體懸吊在反應器頂部的上梁上，各層催化劑托架的位置 可以上下調(diào)節(jié)。頂部的橫梁分上下兩層：上層為上梁，豎向可自由移動；下層為下梁，固定 不動，起輔助支撐和定位作用。每根梯形螺

60、紋吊桿均通過兩個螺母吊在上梁和下梁上，固定 在上梁上的螺母為主螺母，通過推力軸承支撐在上梁上，擰轉主螺母可以使吊桿上下移動； 固定在下梁上的螺母為輔助螺母，該輔助螺母起輔助承重和定位的作用；梯形螺紋吊桿底端 與催化劑托架采用絞接方式。懸吊式煙氣脫硝反應器的結構如圖 9-9 所示。 圖圖 9-9 懸吊式煙氣脫硝反應器的結構懸吊式煙氣脫硝反應器的結構 1-反應器殼體；反應器殼體；2-螺紋吊桿；螺紋吊桿；3-主螺母；主螺母；4-推力軸承；推力軸承；5-輔助螺母；輔助螺母；6-立柱；立柱；7-上梁；上梁；8-下梁；下梁；9-催化劑托催化劑托 架架 scr 反應器通常布置在鍋爐省煤器出口與空氣預熱器入口