燃煤电厂SCR低温脱硝工艺设计

1、 毕业设计设计题目 燃煤电厂SCR低温脱硝工艺设计 学生姓名 学 号 专业班级 化学工程与工艺 09-3班 指导教师 院系名称 化学工程学院 2013 年 06 月 08 日目录摘 要1Abstract21 引言31.1 综述31.1.1 选题背景31.1.2 研究意义31.2 NOx的特性、来源和危害41.2.1 NOx 的特性41.2.2 NOx 的来源41.2.3 NOx 的危害51.2.4 燃煤电站NOx 的产生61.3 SCR脱硝工艺61.3.1 SCR 基本原理61.3.2 典型SCR 系统组成71.3.3 SCR 工艺流程81.4 催化剂92 SCR系统的设计与计算92.1 设计

2、执行标准92.2 原始数据92.3 SCR反应器设计计算102.3.1 SCR反应器的物料恒算102.3.2 SCR反应器尺寸计算122.3.3 塔的设计计算142.3.4 催化剂的选型182.3.5 喷氨系统喷射管设计182.3.6 氨气/烟气静态混合器182.3.7 吹灰器设计183 SCR辅助设备选型193.1 液氨供给装置193.1.1 液氨装料压缩机193.1.2 液氨储罐193.1.3 液氨蒸发器203.1.4 氨气缓冲罐213.1.5 氨气稀释槽223.1.6 氨/空气混合器223.1.7 废水泵223.2 液氨提升泵的选型233.3 省煤器旁路233.4 进出口烟道233.5

3、SCR 反应中央控制系统234 经济分析与工程概算244.1 经济分析与评价的意义和基本原理244.1.1 经济分析与评价的意义244.1.2 经济分析与评价的基本原理244.2 工程概算254.2.1 编制依据254.2.2 工程概算254.3 技术经济分析264.3.1 投资总额264.3.2 职工定员264.3.3 生产成本计算264.4 运行与维护274.4.1 氨区的安全规范274.4.2 SCR 系统操作规程284.5安全和环境保护294.5.1 一般规定304.5.2 环境保护30结论31致 谢32参考文献33燃煤电厂SCR低温脱硝工艺设计摘 要:本文结合我国环境的现实情况，对比

4、了各种脱硝技术的优劣，选择了最佳的脱硝技术方案-选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝工艺。SCR工艺与其它的工艺相比，具有较高的NOx脱除率（80%以上），将燃煤电厂烟气排放NOx控制在较低的浓度，以满足不断更新更加严格的排放标准。而且该工艺无副产物，不形成二次污染，装置结构简单，运营可靠，便于维护。本设计针对电厂燃煤锅炉产生烟气的排放要求和一些工程实例，根据工艺参数,对SCR系统的工艺结构进行了设计计算，最后确定反应器的高度为6m，横截面积为1.28m2，形状为正方形，内部设置3层催化剂，1层为预留层，并设有烟气整流层，声波吹灰器等辅助设施；并对辅助设备进行了选型，确保整个系统在低温条件下安全

5、、稳定的发生氮氧化物的选择性催化还原反应。关键词:氮氧化物，SCR工艺，低温 ，催化剂Coal-fired power plant SCR NOx process design temperatureAbstract: In this paper,the reality of environment,compared the advantage and disadvantaged of various denitrification technology,chose best denitration technology solutions-selective catalytic reduct

6、ion(SCR) flue gas denitrification processes. The SCR craft compares with other crafts, has the high NOx removing rate (above 80%), will burn coal the power plant haze to discharge the NOx control in the low density, and satisfies the stricter emission standard which renews unceasingly.Moreover this

7、craft does not have the by-product, does not form secondary pollution, the installment structure is simple, the operation is reliable, is advantageous for the maintenance.The design for the power plant flue gas emissions from coal-boiler requirements and examples of some projects,according to proces

8、s paraments, process structure for SCR system design calculations carried out to finalize the reactor height of 6m, cross-sectional area of 1.28m2 ,shape a square layer 3 provided inside the catalyse layer of layer 1 is reserved, and a gas rectifying layer sonic soot blower and other auxiliary facil

9、ities;auxiliary equioment for the selection and to ensure the safety under low temperature conditions,the occurrence of stable Nox selective catalytic reduction.Key words：Nitrogen oxide, SCR process, Hypothermia ，catalyst 1 引言1.1 综述1.1.1 选题背景 我国是能源生产与消费的大国，一次能源供应以煤炭为主，石油、天然气资源短缺。然而我国污染物排放总量长期居高不下，远远

10、超过环境自净能力。其中氮氧化物的污染不断加剧，特别是北京、上海、广州、天津等一些大城市，氮氧化物含量超标，局部地区甚至出现了光化学烟雾。煤作为我国主要的一次能源，尤其是火力发电厂在燃烧过程中释放出SO2、NOx等污染物而带来酸雨和其他环境污染问题。就NOx污染物排放来说。据环保部统计和有关研究，2000年的排放量约为1200万吨，2005年的排放量约为1700万吨，到2010年排放量将达到2194万吨。在国家“十一五”规划中，加大了对主要污染物的排放控制，要求在2010年，全国主要污染物排放总量要比2005年降低10。我国从上世纪70年代开始就进行酸雨的控制研究工作，但重点放在了SO2的治理上

11、。并相继出台了大气污染防治法、排污费征收政策和火电厂脱硫电价补贴政策。与SO2相比，NOx不但对酸雨的形成影响很大，而且还是光化学烟雾形成的催化剂，其对大气的污染要远大于SO2 形成的污染。1.1.2 研究意义目前我国脱硫工作已经取得较大进展，但氮氧化物的污染问题尚未得到有效控制，酸雨类型已经从硫酸型向硫酸和硝酸复合型转化。火电厂是氮氧化物的主要排放源，因此，对火电厂进行“脱硝”迫在眉睫。 最新颁布的火电厂大气污染物排放标准与2009年发布的初稿相比，无论是“脱硝”完成时间要求还是减排力度都有明显提高。该标准计划从2012年开始实施，其中，从2012年1月1日开始，所有新建火电机组NOx排放量

12、要达到100 mg/m3从2014年1月1日开始，重点地区所有火电投运机组NOx排放量要达到100mg/m3而非重点地区2003年以前投产的机组达到200 mg/m3。而环保部2009年7月份发布的第一次征求意见稿则要求在2015年1月1日前完成现役机组“脱硝”其中，重点地区NOx排放量达到200 mg/m3非重点地区达到400mg/m32。除了比2009年初稿要求更高之外，新标准也比欧盟相关规定要求更高。 SCR烟气脱硝这一技术在欧洲、日本、美国等发达国家和地区已得到了广泛的应用。我国SCR技术的研究始于20世纪90年代，国内绝大多数企业采用的脱硝技术尚处于引进、消化吸收和初步应用阶段。因此

13、，对SCR工艺进行深入研究，对我国，脱硝技术的发展有着重要意义。1.2 NOx的特性、来源和危害1.2.1 NOx 的特性 NOx即氮氧化物，氮氧化物包含多种化合物，如一氧化氮、一氧化二氮、二氧化氮、三氧化二氮和四氧化二氮等。除NO2外，其余NOx均不稳定，条件变化时，如遇光、热、湿会变成NO2及NO而NO又变成NO27。常规职业环境中接触的是几种气体混合物，常称为硝烟，为NO2和NO，主要以NO为主。一氧化氮性质不稳定，无色，在空气中易氧化成NO2。溶于乙醇、二氧化碳，微溶于水和硫酸。熔点-163.6，沸点-151.5，蒸气压力101.31kPa（-151.7）。二氧化氮（NO2）性质较稳定

14、，溶于碱、二氧化碳和氯仿。在-11以下时为无色固体，在21.1以下时，暗褐色液体，21.1时，红棕色气体，气味刺鼻。熔点-11.2，沸点21.2，蒸气压力101.31kPa（21）。1.2.2 NOx 的来源大气中NOx污染物来源于两个方面，一是自然源，二是人为源。自然源的NOx主要来自微生物活动、生物体氧化分解、火山喷发、雷电、平流层光化学过程、土壤和海洋中的光解释放等3。自然源产生的NOx数量比较稳定，且相对基本平衡变化大的是人为源。 人为源NOx由人类的生活和生产活动产生并排放进入大气。产生的NOx的人类活动主要有： （1）燃煤电站、交通车船和飞机等化石燃料燃烧过程产生的NOx； （2）

15、硝酸生产、冶炼等生产产品过程产生的NOx； （3）垃圾和污泥焚烧等处理废物过程产生的NOx。 其中，化石燃料燃烧过程产生的NOx占主要地位，因为其随着社会的经济发展的需求呈现增长的趋势8。 目前的三大环境问题是： （1）温室效应； （2）酸雨； （3）臭氧层破坏。 上述大气环境问题的污染物中，都有NOx，可知其对自然界的影响力之大。NOx具有很强的毒性，是形成光化学烟雾、形成硝酸型酸雨、破坏臭氧层的主要物质之一9。对环境、生态、人类的危害，对经济发展的阻碍都很大。1.2.3 NOx 的危害各种污染源产生的氮氧化物中，绝大部分为NO，毒性不是很大，但NO 在大气中被氧化成NO2。NO2 比较稳定

16、，毒性是NO 的4-5 倍。NO2 是一种红棕色有毒的恶臭气体，空气中只要有0.1ppm(1ppm=1L/L)浓度就可闻到，1-4ppm 即有恶臭，25ppm 就恶臭难闻了。空气中的含量在3.5×10-6体积分数，持续1小时，开始对人体有影响，含量为：（20-50）×10-6 时，对人眼有刺激作用，当含量达到150×10-6时，对人体器官有强烈的刺激10。 NO2 对人类和动植物的危害很大。更为严重的是，NO2 在日光作用下会产生新生态氧原子：（NO2NO+O）这种新生态氧原子在大气中将会引起一系列连锁反，并与未燃尽的碳氢化合物一起形成光化学烟雾，其毒性更强。如在

17、20 世纪70年代初，日本东京发生的一起光化学烟雾，使上万人喉头发炎，眼鼻受到刺激甚至昏倒。因在这一些反应中产生了各种毒性很强的二次污染物11。如臭氧、过氧乙酰硝酸酯，PAN、过氧基硝酸酯，PBN以及过氧硝基丙酰，PPN等1。大气NOx浓度的微小增加都会加重光化学烟雾的污染。造成区域性的氧化剂污染和细颗粒物污染，使区域空气质量退化，太阳辐射减少，气候发生变化，对生态系统造成损害使农作物减产。光化学烟雾会使大气能见度降低，对眼睛、喉咙有强烈的刺激，并产生头痛、呼吸道疾病恶化,严重的甚至死亡12。 由于大气的氧化性，NO在大气中可形成硝酸和硝酸盐细颗粒物，同硫酸和硫酸细颗粒物一起，发生远距离传输，

18、加速了区域性酸雨的恶化。我国一些地方的酸雨污染已经由单一的硫酸型向硝酸根离子不断增加的复合型转化。 大气中的NOx也破坏着臭氧层，臭氧层对大气的循环以及大气的温度分布起着重要的作用。臭氧层被破坏使平流层获得的热量减少，达到地球表面的太阳辐射增加，导致全球气候变化。紫外线的UV-B段辐射增强会引起皮肤病、白内障及免疫系统的疾病等2。 大气被NO2污染后还会使得机器设备和金属建筑物过早地损坏,妨碍和破坏植物的生长，降低大气的可见度，阻碍热力设备出力的提高，甚至使设备的效率降低1。1.2.4 燃煤电站NOx 的产生煤燃烧产生的氮氧化物主要来自两个方面，一是燃烧时空气带进来的氮，在高温下与氧反应所生成

19、的NO，二是来自燃料中固有的氮化合物经过复杂的化学反应所生成的氮的氧化物，这两部分氮的氧化物的形成机理是不同的1。1.3 SCR脱硝工艺1.3.1 SCR 基本原理 SCR 法中催化剂的选取是关键。对催化剂的要求是活性高、寿命长、经济性好和不产生二次污染。 SCR 法是国际上应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术。SCR 法的优点有：使用了催化剂，反应温度较低，净化率高，可达85%以上，工艺设备紧凑，运行可靠，还原后的氮气放空，无二次污染。但也存在一些明显的缺点：烟气成分复杂，某些污染物可使催化剂中毒，高分散度的粉尘微粒可覆盖催化剂表面使其活性下降，系统中存在一些为反映的NH3 和烟气中的SO

20、2 作用，生成易腐蚀和堵塞设备的硫酸铵盐，同时还会降低氨的利用率，投资与运行费用较高13。SCR反应的基本原理：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。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。实际中液氨的使用最多，其反应如下。主反应方程式： 副反应方程式： 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

21、反应生成N2 和H2O而不是被O2 所氧化14，其基本原理如图1.1 所示:图1.1 SCR基本反应原理1.3.2 典型SCR 系统组成典型的SCR低温脱硝流程如图1.2所示。烟气脱硝系统主要由还原剂的制备系统和脱硝反应系统两部分组成，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2。图1.2 SCR低温脱硝系统1.3.3 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

22、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5。 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。本反应采用低温低尘布置系统： 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

23、。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2。 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。1.4 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为锰-铁氧化物作为催化剂，用介孔二氧化硅作为支撑，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转化为氮气和水，并且工作

24、温度较低能在富氧环境下工作，抗中毒能力较强5。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。蜂窝式催化剂采用介孔二氧化硅作骨架材料，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。2 SCR系统的设计与计算2.1 设计执行标准1火电厂大气污染物排放标准GB13223-20032燃煤电站SCR烟气脱硝技术及工程应用-20073燃煤电站SCR烟气烟气脱硝工程技术-2009 2.2 原始数据烟气流量：Q=2×104 Nm3/h；烟气温度：T= 150；进口浓度：NOX in = 700ppm；进口O2浓度：O2in=4.0vol%；进口H2O(g)

25、浓度：H2Oin=3.5vol%；操作压力：0.1Mpa；空速范围：8000-10000h-1；脱硝效率：>85%；选择性：>90%。2.3 SCR反应器设计计算2.3.1 SCR反应器的物料恒算在燃煤电站SCR工艺中由于NO的含量占整个NOx的95%左右，所以是主要反应。首先进行浓度换算:表2.1 烟气浓度换算进口烟气浓度浓度(mol/m3)NO700ppm3.125×10-5O24.0vol%；1.7857×10-3H2O(g)3.5vol%；1.5625×10-3进口NO的浓度为700ppm换算浓度为3.125×10-5mol/m31.

26、反应的NO计算NO的出口浓度为0.46875×10-5所以参与的NO的浓度= NOin-NOout =3.125×10-5-0.46875×10-5 =2.65625×10-5 mol/m32.反应的NH3的计算氨的逃逸率为10ppm根据反应原理: 4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O可以得到反应的氨为:11.9Nm3/h。NH3in= NH3反应+ NH3逃逸=0.2+11.9=12.1Nm3/h所以喷入氨速率为：12.1Nm3/h3.反应过程中O2,N2,H2O的浓度增量为：O2out = O2in- O2反应 =1.7857&#

27、215;10-3-2.65625×10-5/4 =1.7791×10-3mol/m3N2out=2.65625×10-5 mol/m3H2O(g)out= H2O(g)in+ H2O(g)反应 =1.5625×10-3+2.65625×10-5×1.5 =1.6023×10-3 mol/m34.稀释风量估算：为了系统的安全性和保障你好和延期有效混合，一般需要在NH3进入烟气之前，先和一定量的空气混合。目前国内NH3稀释空气比在设计时满足锅炉在BMCR时NH3含量小于5%15,因此可以根据NH3的消耗量估算稀释风的量，具体计算

28、公式为：；Vair-标态下稀释空气比率，m3/h；qVNH3-标态下NH3流量，m3/h；所以稀释空气的速率为：229.9m3/h。管道的选型：根据气体的流速大约为：10m/s。根据公式：VS-体积流速，m3/s；R-管道半径，m；V-流体的线速度，m/s。稀释空气体积流量为：Vair=229.9m3/h=0.064m3/s。5.稀释空气管道的半径为：所以稀释空气管道选取公称直径为50mm的管径。氨气的体积流量为12.1m3/h=0.00336m3/s6.氨气的管道的半径为：所以氨气管道选取公称直径为50mm的管径。烟气的体积流量为：20000m3/h=5.56m3/s7.烟气的管道的半径为：

29、所以烟气管道半径选取公称直径为450mm的管径。8.液氨储罐的选型：选型原则：保证储罐里面的液氨容量供系统连续运转一个月。m液氨 =12.1×24×30×103/22.4×17=65t液氨储罐选择两个，一用一备,其容量大概为65t。2.3.2 SCR反应器尺寸计算1.催化剂横截面积式中:qfluegas锅炉烟气流量,m3/h；V典型的流经催化剂表面的速度，m/s,通常取5m/s1；催化剂的单边长，1.05m，按照1m计算；3600单位换算系数。2. SCR 反应器横截面积 考虑催化剂模块几何形状及其它方面，SCR 反应器横截面积约比催化剂横截面积大15%

30、。则SCR 反应器横截面积：式中：Acatalyst 催化剂横截面,m2 ； 设反应器的横截面为正方形，所以其边长为1.14m2；3. 催化剂体积空间速度范围8000-10000h-1，取空速为9000h-1。根据定义其计算公式为:则催化剂的高度为：式中Lcatalyst催化剂高度，m。4催化剂层数估算式中催化剂体积，m3； 典型的催化剂额定高度约为1m； 催化剂横截面积，m2； 取值为2。5、催化剂总层数式中nlayer 估算的催化剂层数；nempty 将来再安装的备用催化剂层数,取值1。6SCR 反应器高度所以反应器高度为6m。式中：ntotal 催化剂总层数；hlayer催化剂层高度，m

31、；C1 支撑、安装催化剂所需要的空间,高度取0.3m；C2 整流层安装高度及安装需要的空间高度，取6m。2.3.3 塔的设计计算塔体表面附有100mm 的保温层,保温材料密度为300kg/m316。塔体采用不锈钢，材料附加量为4.8mm,t=68MPa。1. 塔高的计算式中：h1 SCR 反应器以下部位的底座高度，m。2.塔长、宽的计算为方便安装和调试在反应器两个方向各留0.5m。则塔的长、宽分别为：L=l+1=1.14+1=2.14mW=L=2.14m式中：lSCR 反应器长度，m；L塔的长度，m；W塔的宽度，m。3.塔体的壁厚计算塔体外部设有加固肋，采用横向加固方式，即塔体若干水平方向的加

32、固圈组成6。如下图2.1所示：图2.1 加固圈示意图表2.2 加固圈的段间距短距Hi/mm数量/个H1H2H3H4H510.60H0.40H-20.45H0.30H0.25H-30.37H0.25H0.21H0.17H-40.31H0.21H0.18H0.16H0.14H已知H=hSCR=6m，得出H1=0.31H=1.86mH2=0.21H=1.26mH3=0.18H=1.08mH4=0.16H=0.96mH5=0.14H=0.84m所以：h1=1.86mh2=3.12mh3=4.20m h4=5.16mh5=6m第一段壁厚式中：L 塔长，m；1系数,其值根据查表所得；材料密度，20 号钢，

33、kg/mm3；g重力加速度，m/s2；设计温度下材料的许用应力，MPa。第i段壁厚按照下面的公式计算：第二段壁厚：第三段壁厚：第四段壁厚：综上所述：取其中的最大值5mm。则壁厚有以下计算式：式中： C1 钢板负偏差，mm；C2 腐蚀裕量，mm。最终 取10mm。2.3.4 催化剂的选型 由于脱硝效率要达到85%以上，根据板式与蜂窝式催化剂的比较，故本设计中选择比表面积较大、硝效率更高的蜂窝式催化剂作为SCR催化剂。选用锰-铁催化剂介孔二氧化硅作为载体，比表面积200m2/g，堆积密度为3.4g/ml，孔隙率20%，单价5000元/吨，催化剂单元尺寸为25mm×25mm×25

34、mm，每一催化剂层总共64模块。总的催化剂数量为192块。2.3.5 喷氨系统喷射管设计噴氨格栅布置在SCR反应器的烟气进口段，在反应器的上游，距离反应器的距离比较近，采用分区型，可以单独调节流量，以匹配烟气中NOX的浓度。设计噴氨管直径75mm，射喷孔直径15mm，喷射管共9支，180孔，喷嘴角度与烟气成45度，平均分布在烟道截面上。2.3.6 氨气/烟气静态混合器选用托普索公司开发的专有星形混合器，由形状为有四角星的圆盘组成，根据烟道截面尺寸设计与烟道截面呈45度的角度安装，使盘后的气流形成涡流，为实现短距离内的最佳混合效果。2.3.7 吹灰器设计由于蜂窝式催化剂比较容易积灰，需设置吹灰器

35、。本系统采用声波吹灰器。在对声波吹灰器进行选型设计时，必须要严格考虑声波吹灰器的横向作用距离及纵向作用距离,要保证两个吹灰器之间的作用范围有一定的重叠4。如图2.2所示：图2.2 声波吹灰器3 SCR辅助设备选型3.1 液氨供给装置 液氨储存供应装置系统包括液氨装料压缩机、液氨储存罐、液氨蒸发器、氨气缓冲罐、氨气稀释风机、混合器、氨气稀释装置等。此套装置提供氨气供脱硝反应使用。液氨由汽车运输，利用液氨装料机将液氨送入液氨储罐，从液氨储罐输出的液氨在液氨蒸发槽内进行蒸发，形成氨蒸汽，随后氨气进入氨气缓冲罐，氨气缓冲罐内的上面为氨气下面为液氨，液氨再次回到液氨蒸发器，从氨气储罐出来的氨气与稀释空气

36、混合进入SCR反应器与需要反应的烟气进行反应。氨气储罐和SCR反应器上均有温度检测，压力检测系统。3.1.1 液氨装料压缩机 本系统设置两台液氨装料氨压缩机，一用一备，设备上面有高压气体储罐以保证压力的需要，其结构如图3.1 所示：图3.1 液氨装料压缩机整体图储氨罐上部的钢瓶中装有饱和氨气，在压缩机的作用下，给氨气增压使高压氨气进入液氨运输车的液氨槽内通过压力作用，将液氨压入液氨储罐罐，液氨运输槽中余下的氨气，在液氨压缩机反向旋转的作用下把氨气压吸收回到液氨储罐。3.1.2 液氨储罐 本系统设置两个液氨储罐，均为卧式储罐，总储存容量足以向SCR脱硝系统连续一个月提供液氨。 液氨储罐的基本尺寸

37、如图3.2所示：图3.2 液氨储罐图表3.1 液氨储罐性能参数材料公称容积（m3）公称直径（mm）筒体长度（mm）高强度碳素钢1103030150003.1.3 液氨蒸发器本系统的液氨蒸发器选用立式的，采用螺旋管式，液氨走管程，壳程为热水，将水蒸汽直接喷入壳程中，将水加热至50度左右，再利用50度的温水将液氨汽化。当出口压力达到一定的数值时，系统将自动切断液氨进料。在氨气出口管线上装有压力检测装置与温度检测器，以保证蒸发槽内的压力处于安全稳定的状态，当管道内的温度低于10时切断液氨进料，使氨气至缓冲罐维持适当温度。储罐上安装有止回阀、超流阀、紧急关断阀和安全阀作为储罐液氨泄漏保护所用。设备上还

38、装有温度计、压力表、液位计和相应的变送器，使信号送到中央控制室。如图3.3所示：图3.3 立式液氨蒸发器3.1.4 氨气缓冲罐从液氨蒸发器出来的氨气进入氨气缓冲罐，其作用有两点：（1）对氨气进行一个缓冲作用，保证氨气有一个稳定的压力；（2）使氨气储存罐内的气体和液体相互分离使液体从储罐的下面排出再进入液氨蒸发槽，氨气则从上面排出供反应使用，此结构相对简单，附加的主要部件有氨气的进出口、温度计、压力表安全阀以及自动排放装置等。如图3.4所示：图3.4 立式氨气缓冲罐3.1.5 氨气稀释槽 选用立式水槽。添加此装置是为了应对可能出现危险情况时处理氨排放的设备，使氨气溶于水中以免出现意外，其结构较为

39、简单。装置顶部设有喷水系统，箱侧进水，箱底部设置有氨气入口和废水排污口。液氨系统各排放出所排出的氨气由管线汇集后从稀释槽底部进入，通过分散管将氨气分散至稀释槽水中，并利用大量水来吸收安全阀排放的氨气。3.1.6 氨/空气混合器SCR脱硝工程中要特别注意烟气的流场,要达到烟气中氮氧化物和氨气的最佳的湍流混合状态。氨气在进入喷氨格栅之前需要在氨/空气混合器中充分混合，氨/空气混合器的作用是将氨气与空气稀释以调节氨的浓度，同时氨气和空气在混合器中充分混合有利于喷氨格栅中的装置能够均匀的喷氨。从稀释风机中出来的的空气与氨气充分混合，然后将混合好的氨气送入噴氨格栅中混。3.1.7 废水泵为了环境保护方面

40、的考虑，本系统中将增添废水泵装置，废水泵的作用是把稀释槽中的废水和其他工段产生的废水抽取排到电厂的废水处理系统进行处理并进行处理之后排放。由于脱硝系统中易形成酸性废水，废水具有一定的腐蚀性容易造成设备的损坏和腐蚀，所以要求废水泵具备耐腐蚀能力。泵的排量的选择主要取决于废水产生的数量和排水处理系统的废液处理接收能力。3.2 液氨提升泵的选型 由于液氨缓冲罐放于高处，必须用提升泵将液氨打入脱硝塔上烟道的喷氨格栅，一般的提升泵的扬程为10m左右。根据流量共选择两台液氨泵，一用一备。3.3 省煤器旁路省煤器旁路设置的目的是为了机组在低负荷运行时，保证SCR入口烟气温度高于反应温度。本设计对SCR入口温

41、度的要求是130-200。当烟气的温度较低时，引一路烟气绕过省煤器直接进入SCR反应器中，以保证烟气的温度处于SCR催化剂的活性温度区间之内，以保证系统的安全、高效运行。省煤器旁路设置与否，与业主或国家环保政策是否要求要求脱硝装置在省煤器出口温度低于最小喷氨温度时SCR系统仍然运行的要求有关。另一方面，能够有效地控制由于硫酸铵盐凝结导致的催化剂及空气预热器的沾污积灰与腐蚀堵塞。 3.4 进出口烟道 烟道一般由足够强度的钢板制成，能承受所有荷重条件，并且是气密性的焊接结构。因为烟气腐蚀的缘故，烟道壁要预留充分的腐蚀余量，总体上最小壁厚为6mm。烟道外部要有充分的加固和支撑，来防止过度的颤动和振动

42、。在所有烟道的转弯处一般要设置导向板，导向板和转弯处应考虑适当的防磨措施。在烟道是合金材料或者有内衬时，内部导向板和水收集装置应采用合金材料或耐酸钢制作，而不能采用非合金衬里或涂层来制造。为了避免连接的设备承受其他作用力，特别注意烟道和钢支架的热膨胀。热膨胀将通过带有内部导向板的膨胀节进行调节。3.5 SCR 反应中央控制系统与机组吸收部分有关的系统采用与机组DCS一体化配置的远程I/O 并由机组DCS 操作员站实现对SCR 的监控；与公用部分有关的系统采用PLC 及就地操作员站进行监控以冗余通讯方式接入水处理控制系统（包括通讯电缆）8。重要信号分别送2 台机组的脱硝DCS。公用PLC 站设在

43、制氨站控制小室，实现就地操作员站监控，同时在水处理控制室进行远方监控。脱硝控制系统应完成规范书规定的模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）和数据采集（DAS）功能，以满足各种运行工况的要求，确保脱硝系统安全、高效运行。4 经济分析与工程概算4.1 经济分析与评价的意义和基本原理4.1.1 经济分析与评价的意义设计是科学研究与工程应用的桥梁，是科技转化为生产力的途径，是新的技术研究成败的关键。设计过程本身也是技术与经济相结合的过程，在设计中需要对技术方案进行技术经济计算与分析评价，从经济上对技术进行优化，以期得到更完美的技术。因此，重视技术经济指标分析，比较不仅能使工程造价最低，也是促进生产力

44、发展的一个重要动力2。4.1.2 经济分析与评价的基本原理经济分析与评价的目的是追求费用最小或者效益最大。1.费用最小化原则在满足功能目标(特定需要)的前提下，追求所支出的全生命(服务)期费用最小。特别是像燃煤锅炉烟气的除尘这类以环境保护、提高环境质量、维护生态效益、提高人民生活质量、维持经济和社会的可持续性发展为基本任务的工程项目，往往是以满足上述功能目标为前提的，这样的项目应以追求生命(服务)期费用最小为原则2。项目的服务期费用包含了与项目有关的一切费用，如项目的前期费用、建设期费用(含制造、购买、建设、安装、试运行等)、生产期运营费用以及工程寿命期结束时的拆除费用。2.经济效益最大化原则

45、效益最大化就是指工程全服务期的效益是最大化的。当一项工程或一个技术方案的经济效益比较容易定量地进行计算时，效益最大化应是项目经济评价所追求的目标12。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 4.2 工程概算4.2.1 编制依据1、定额(指标) 参照类似工程结算资料。2、材料价格 采用当地市场信息价。3、设备价格 工艺设备及通用设备价格根据制造厂近期报价、订货价及其他类似工程的设备价格资料进行计算。4、工程建设其他费用及预备费 根据本工程的实际情况进行估算。 本工程不计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

46、费用 工程费用投资概算采用估算的方法，具体费用见表4.1。2、其它费用 其他费用包括设计、监理费用等，估算为20万元，预备费10万，总共30万元。3、静态投资 建筑工程费用为38万元，安装费用为20万元，设备及工器费用为100万元,其中,催化剂采用美国康宁公司的蜂窝状催化剂。催化剂在三年使用期后是可以再生利用的,所以催化剂可归为静态成本,则工程静态投资158万元。表4.1 工程费用投资概算(万元)费用名称 建筑工程设备及工器具安装工程总值锅炉烟气SCR系统108010100氨水供给系统5128自动化仪表设备103215厂区管线103215备品备件及工器具购置费-235其他处理费用3115催化剂

47、购买费用-10-10小计38100201584.3 技术经济分析4.3.1 投资总额 总投资包括建设资金和生产流动资金两部分。本工程总投资300万元,其中,工程静投资158万元,流动资金142万元。4.3.2 职工定员锅炉厂采用三班三运转连续工作制，年工作时间为7648小时，节假日不停产。职工总定员为20人，其中，生产工人14人，管理、技术及非生产人员6人。4.3.3 生产成本计算本锅炉厂按Q=2×104 Nm3/h处理能力计算年运行费用，生产负荷为处理烟气量的百分之百。锅炉厂年运行费用有以下几项费用组成。1、动力费用锅炉厂的动力费用主要是燃料和电费，燃料采用煤。2、药剂费烟气处理过

48、程中必须投加的药剂的费用。本工艺烟气处理所需的药剂为液氨。3、工资福利费锅炉厂职工每年的平均工资及福利费。4、大修理基金提存企业用于固定资产大修理的专用资金。5、日常检修维护费固定资产的备用件、低值易耗品和经常需要的维护修理费用。6、管理费及其他管理锅炉厂的生产(运行)、服务所发生的费用总运行成本计算的基本数据见表4.2，运行成本计算数据见表4.3。表4.2 运行成本计算的基本数据项目或费用名称单位基本数据项目或费用名称单位基本数据烟气量m3/h20000液氨单价元/吨800电机等设备总功率KW20人均月工资费元3800电费单价元/度0.80日常检修维护费%1.0液氨投加量kg/h9.2管理费

49、及其他%1.8表4.3 年运行成本计算(元)序号项目或费用名称基本数据1电费61182药剂费630003职工福利费1000004日常检修维护费300005管理费及其他10000年运行成本的计算为1-5项之和,约为21万元。4.4 运行与维护4.4.1 氨区的安全规范 氨是强腐蚀性气体,氨区是单独规划出的安全区域。严禁非工作人员进入氨区。(1)液氨用槽车或钢瓶装运,不能与下列物质共存,乙醛、丙烯醛、硼、卤素、环氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化银、硫、锑、双氧水等。(2)消防人员必须穿戴全身防护服,切断气源,用水保持火场中容器冷却,用水喷淋保护切断气源的人员。(3)包装标志为有毒气体,副标志为易燃气

50、体。包装方法为耐低压或中压的钢瓶。储运条件为储存于阴凉、通风良好、不燃结构建筑的库房。远离火源和热源。设备都要接地线。与其它化学物品,特别是氧化性气体、氟、溴、碘和酸类、油脂、汞等隔离储运。平时检查钢瓶漏气情况。搬运时穿戴全身防护服。戴好钢瓶的安全帽及防震橡胶圈,避免滚动和撞击,防止容器受损2。(4)处理泄漏五必须穿戴全身防护服。钢瓶泄漏应使阀门出于顶部,并关闭阀门。无法关闭时,应将气瓶浸入水中。4.4.2 SCR 系统操作规程(1)应该定期检查监测点的烟气浓度变化。 要定期观察反应器内的积灰状况和催化剂的堵塞状况,吹灰管要定期进行反吹冲洗。(2)当出现异常情况,应上报厂区管理人员。确定某台反

51、应器有问题时,关闭它,烟气都切换到另一台反应器进行处理,并尽快抢修故障反应器12。(3)建设单位应对脱硝系统的管理和人员进行定期培训,使管理和运行人员系统掌握脱硝设备及其它附属设施正常运行的具体操作和应急情况的处理措施。4.5安全和环境保护4.5.1 一般规定(1)在脱硝系统的设计、建设、运行过程中产生的废气、废水、废渣、噪声、温度、辐射及其它污染物的防治与排放,应贯彻执行国家现行的环境保护法规和标准的有关规定14。(2)脱硝系统可行性研究阶段应有环境保护、劳动安全、工业卫生的论证内容,进行相应的安全性评价、环境影响评价工作并取得许可文件。在初步设计阶段,应提出深度符合要求的环境保护、劳动安全

52、和工业卫生专篇13。(3)脱硝系统的设计、建设、运行应高度重视劳动安全和职业卫生,采取各种防护措施,保护人身安全和健康。(4)脱硝系统内的劳动安全和职业卫生设施应与脱硝系统同时建成运行,并制定相应的操作规程。(5)脱硝系统的安全管理应符合危险化学品安全管理条例、有关法规标准中的规定。4.5.2 环境保护(1)脱硝建设项目内在的危险、有害因素对建设项目周边的单位生产、经营活动或者居民生活不得产生影响。(2)脱硝系统的设计、建设应以电厂所在地的地方排放标准为依据,经过脱硝系统处理后的烟气排放应符合该标准。(3)脱硝废水经处理后的排放标准应达到GB8979和建厂所在地的地方排放标准的相应要求。(4)

53、脱硝氨气储存和供应系统应有事故状态下污染的消防水的收集、处置系统,并有详细的处置方案。(5)脱硝系统的设计和建设,应采取有效的隔声、消声、绿化等降低噪声的措施,噪声和振动控制的设计应控制在规定的标准以内。 结论 在大部分火电站烟气脱硝技术中，选择性催化还原（SCR）法在国际上已经发展到非常成熟的地步。SCR烟气脱硝技术具有很多的优点：成熟可靠，脱硝率比较高,没有二次污染，虽然在系统投资方面比较大，催化剂用量比较大，容易中毒、磨损，但是凭借其成功的业绩和足够运行的经验已经在国际上占据了相当重的地位。在设计计算的过程中我参考了各种SCR低温脱硝工艺的书刊和文献，对SCR低温脱硝系统进行了初步的设计,得出以下结果: （1）脱硝设备通过计算采用立式、长方体反应器，内置三层催化剂，并设置导流板，吹灰器等设施； （2）辅助设备选型根据原料的性质及工艺参数确保系统安全、稳定的运行； （3）根据反应需求和工程造价对整个系统进行经济优化； （4）设计中考虑到过程中的“三废”问题，并及时妥善的处理，确保环保达标； 在一些应用问题上，我直接套用了书上的公式或过程，并没有彻底了解各个公式的出处及用途，对于一些工业数据的选取，也只是根据范围自己选择的，并不一定符合现实应用。因此，