燃煤锅炉烟气脱硝设计

燃煤锅炉烟气脱硝设计目录前言国内NOx的排放情况及控制对策烟气脱硝技术烟气脱硝技术各种烟气脱硝工艺的比较SCR反应原理SCR脱硝效率的主要影响因素选择性催化还原脱硝系统的设计SCR反应器截面尺寸估算SCR催化剂尺寸估算催化剂层数估算反应器高度估算液氨储罐计算体积估算喷氨格栅初始方案设计吹灰器选择经济评价国内NOx的排放情况及控制对策

氮氧化物主要有NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5等（本文中对氮氧化物统称为NOx），在燃烧过程生成的氮氧化物，几乎全是NO和NO2（NO约占90%），造成大气污染的主要也是NO和NO2NOx污染主要来源于生产、生活中所用的煤、石油等化石燃料的燃烧产物（包括汽车及一切内燃机燃烧排放的NOx）；前言表1.1列出了我国近几年来电站锅炉氮氧化物的排放情况我国电力工业以火电为主，随着电力工业迅猛发展，火电装机容量随之迅速增加，大容量高参数的300MW及以上火电机组正成为电力工业的主力机组。火电厂的氮氧化物(NOx)排放总量日益增加，2000年已经超过300万吨。

2010年火电厂装机及典型排污水平现在，我国对NOx的控制已经纳入日程，NOx是我国47个重点城市环境空气质量周报中的考核项目之一。国家环保局从2000年开始要求对酸雨控制区内的NOx实行排放控制，到2010年酸雨控制区内氮化物排放总量控制在2000年水平。目前，机动车的NOx排放正逐步通过汽车尾气催化净化器加以控制，而固定源氮氧化物排放，如发电厂、工业锅炉等烟气中NOx的排放已开始得到重视。

。在未来的数十年内，伴随着环境保护法的诞生以及有关标准的日趋严格，NOx排放的控制必将日益严格。烟气脱硝技术选择性催化还原烟气脱硝技术选择性催化还原法（SelectiveCatalyticReduction,SCR）是指在催化剂的作用下，以NH3还原剂，“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。选择性非催化还原烟气脱硝技术选择性非催化氧化还原法（SelectiveNon-CatalyticReduction,SNCR）工艺，是把含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度为850℃～1100℃的区域后，迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2艺。液体吸收法又称湿法烟气脱硝，主要包括水吸收法、酸吸收法、碱中和吸收法、氧化吸收法、液相还原吸收法等。液相吸收脱硝方法消耗大量吸收剂，吸收产物会造成二次污染。微生物法用微生物净化NOx废气的思路是建立在用微生物净化有机废气、臭气以及用微生物进行废水反硝化脱氮获得成功的基础上的。活性炭吸收法活性炭具有发达的微孔结构和较大的比表面积，对烟气中的NOx和SO2有较强的吸附能力。因此，活性炭发不仅能脱硝，而且能脱硫。电子束照射法（EBA）和脉冲电晕等离子体法（PPCP）炽热碳还原法湿式络合吸收法各种烟气脱硝工艺的比较经过表1.3各种脱硝方法的特点、优缺点的比较。由于SCR技术处理气量大、净化效率高、技术成熟，所以最后决定选择选择性催化还原法（SCR）进行燃煤电厂锅炉烟气脱硝设计。SCR反应原理

SCR是在一定的温度和催化剂的作用下，还原剂有选择性地把烟气中的NOx还原为无毒无污染的N2和H2O，还原剂可以是碳氢化合物（如甲烷、丙烯等）、氨、尿素等。

SCR脱硝效率的主要影响因素工作温度入口烟气含尘量入口烟气SO2含量入口烟气NOx含量SCR出口烟气NH3含量SCR出口烟气NOx含量催化剂选择性催化还原脱硝系统的设计SCR的关键控制参数：处理气量：q=1.25×105m3/h；烟气温度：t=400℃；进口浓度：NOXin=109.92mg/m3；出口浓度：NOXout≤20mg/m3。催化剂：V2O5/TiO2

SCR反应器截面尺寸估算各工程公司根据自己的经验，其线速度的取值各有不同，其大小一般在5～6m/sSCR反应器截面尺寸是由锅炉烟气流量和表面速度决定的。典型的流经催化剂的表面速度为5m/s左右，在实际工程中可以用如下速度值来对催化剂横截面积进行估算，即由已知条件知烟气流量：1.25×105m3/h，带入式中得催化剂层截面积

A

catalyst=

————

m2=6.94m2

考虑到催化剂几何形状及安装结构，SCR反应器的横截面积比催化剂面积多15%左右，因此，反应器横截面积：

Ascr=1.15Acatalyst=6.94×1.15=7.99≈8取反应器横截面厂为3.2m,宽为2.5m。1250003600×5SCR催化剂尺寸估算V——催化剂估算体积，m3；q——锅炉烟气流量，m3/h；η——系统设计的脱硝效率，%；K——催化剂活性常数；β——催化剂比表面积m2/m3，取380m2/m3；M——NH3与NOx的化学摩尔比，取1；η=NOXin÷NOXout=1-（20mg/m3÷109.92mg/m3×100%）≈82%本设计中假设在催化剂分别使用1、2、3、4年后的活性分别为0.91、0.84、0.77、0.70，取Kcatalyst为0.7。q=1.25×105m3/hV≈38m3催化剂层数估算已知数值带入公式中得N=2.95N取值3.带入反推得h=1.58

_________反应器高度估算H=（3+1）×（4+1.58）+3.5=25.8m液氨储罐计算体积估算氨罐内径D=3.5m,氨罐长度为L=12m,代入公式得液氨储罐体积喷氨格栅初始方案设计N——是喷氨空数；W——是喷氨截面宽，（取与反应器截面宽相同值=2）；H——是喷氨截面高,(取与反应器截面长相同值=4)；L1——是喷氨管间距；Lh——是喷空间距；D——是喷氨空直径；m——是氨气流量；取烟气流速5m/s，推知喷氨管横截面积8m2，喷氨截面宽、高可取与2m、4m。1.假设孔径取6mm。氨气的流量可根据烟气进出口NOx的浓度和烟气流量推算出来。m=279.8m3/h。计算出N=40。L1×Lh=0.4m2L1=800mmLh=500mm。2.D取5mm。N=57。L1×Lh=0.28m2L1=560mmLh=500mm。吹灰器选择由于燃煤电厂烟气中的飞灰含量普遍较高，烟气进入SCR反应器后，在反应器的进出口、催化剂表面、内部钢结构表面会产生不同程度的积灰。积灰的危害主要表现在降低催化剂效能、阻滞烟气流通、增加反应器重量以及系统阻力等。声波清灰是以压缩空气作为声波的能源，高强度的钛金属膜片在压缩空气气源作用下自激振荡，并在谐振腔内产生谐振，把压缩空气势能转换为低频声能，通过空气介质把声能传递到相应的积灰点，使声波对灰渣起到“声致疲劳”的作用，由于声波振荡的反复作用，施加于灰、渣的挤压循环变化的载荷，达到一定的循环应力次数时，灰、渣的结构因疲劳而破坏，然后因重力、或因流体介质媒体将灰渣清除出附着体表面，达到清灰的作用。出于降低维护成本，保护催化剂活性，以及因其温度等原因。本设计选择声波清灰器（型号：HSQ）。经济评价设备年利用小时数：改工程投产后设备年利用小时为5500h。氨消