畢業(yè)論文-燃煤鍋爐煙氣脫硝設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　燃煤電廠污染物NOX的排放日益嚴重地影響著環(huán)境、氣候和人類的健康，解決電站鍋爐NOX排放對環(huán)境的影響，已成為一個中國要問題。本論文經(jīng)過對鍋爐燃煤煙氣脫硝設計，并對其技術經(jīng)濟特性進行了相應分析，進而針對大唐哈爾濱熱電廠的鍋爐進行了脫硝方案的設計。該廠在爐膛上部區(qū)域噴入一定量的液氨溶液，將煙氣中的NOX還原N2和H20。改設計通過對

2、SCR反應器及液氨系統(tǒng)的設計，使煙氣的脫硝效率達到80%或以上。</p><p>　　關鍵詞：NOX，SCR，SCR反應器，液氨系統(tǒng)</p><p>　　燃煤鍋爐煙氣脫硝設計4</p><p><b>　　第一章 緒論4</b></p><p>　　1.1 研究背景及意義4</p><p>

3、;　　1.1.1 氮氧化物的來源及生成機理4</p><p>　　1.1.2氮氧化物的危害5</p><p>　　1.1.3國內(nèi)外氮氧化物的排放情況及控制對策6</p><p>　　1.1.3.1國內(nèi)NOx的排放情況及控制對策6</p><p>　　1.1.3.2國外NOx的排放情況及控制對策7</p><p&g

4、t;　　1.2煙氣脫硝技術8</p><p>　　1.2.1選擇性催化還原煙氣脫硝技術8</p><p>　　1.2.2選擇性非催化還原煙氣脫硝技術8</p><p>　　1.2.3 SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術8</p><p>　　1.2.4 液體吸收法8</p><p>　　1.2.5微生物法8&

5、lt;/p><p>　　1.2.6活性碳吸收法9</p><p>　　1.2.7電子束照射法（EBA）和脈沖電暈等離子體法（PPCP）9</p><p>　　1.2.8 熾熱碳還原法9</p><p>　　1.2.9 濕式絡合吸收法9</p><p>　　1.3各種煙氣脫硝工藝的比較9</p>&l

6、t;p>　　第二章 選擇性催化還原脫硝原理與工藝11</p><p>　　2.1 SCR反應原理11</p><p>　　2.2 V2O5/TiO2催化反應原理11</p><p>　　2.3 SCR脫硝效率的主要影響因素11</p><p>　　第三章 選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)的設計12</p><p>

7、;　　3.1工程概況12</p><p>　　3.2脫硝系統(tǒng)的設計原則12</p><p>　　3.3 SCR的關鍵控制參數(shù)13</p><p>　　3.3.1煙氣參數(shù)14</p><p>　　3.3.2 SCR反應器主要工藝參數(shù)14</p><p>　　3.4 SCR反應器尺寸估算15</p>

8、<p>　　3.4.1 SCR反應器截面尺寸估算15</p><p>　　3.4.2 SCR反應器斷面尺寸估算15</p><p>　　3.5氨區(qū)工藝系統(tǒng)及主要設備18</p><p>　　3.5.1氨的存儲和處理系統(tǒng)18</p><p>　　3.5.2 NH3卸料壓縮機系統(tǒng)18</p><p>

9、;　　3.5.3液氨儲罐18</p><p>　　3.5.5 氨氣緩沖槽20</p><p>　　3.5.6稀釋罐20</p><p>　　3.5.7 氨區(qū)廢水處理20</p><p>　　3.5.8 氨區(qū)的氮氣吹掃設計20</p><p>　　3.5.9 管道、閘門及其附件材質(zhì)要求21</p>

10、<p>　　3.6氨區(qū)的布置21</p><p>　　第四章 燃煤電廠煙氣脫硝技術經(jīng)濟分析21</p><p><b>　　4.1概述21</b></p><p>　　4.2 SCR總投資成本分析23</p><p>　　4.3 經(jīng)濟評價24</p><p>　　4.3.1

11、主要參數(shù)24</p><p>　　4.3.2 總投資估算24</p><p>　　燃煤鍋爐煙氣脫硝設計</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 研究背景及意義</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源的消耗大幅度增加，由此而引起的環(huán)境污染問題越

12、來越引起人們的重視。大量的化石燃料在其燃燒過程中排放出CO2、SO2、粉塵和氮氧化物（NOx）等污染物嚴重破壞了大氣環(huán)境，造成我國城市空氣質(zhì)量下降。我國是當今世界上唯一以煤為初級能源的經(jīng)濟大國，也是以燃煤發(fā)電為主的發(fā)展中國家，經(jīng)濟發(fā)展水平與發(fā)達國家相比還有較大差距，環(huán)保技術的發(fā)展也處于較落后狀態(tài)。在今后幾十年內(nèi)，以煤炭為主的能源結構不會發(fā)生顯著變化。煤炭的燃燒易造成嚴重空氣污染，對人類健康和環(huán)境危害極大。預計在未來幾十年內(nèi)，我國NOx排

13、放量會隨著經(jīng)濟的發(fā)展有很大增長。氮氧化物的排放量在2000年已達1000萬噸，根據(jù)目前的發(fā)展情況，2020年將會達到或超過2000萬噸。氮氧化物排放的迅速增長給環(huán)境和人類健康帶來了巨大壓力。在不遠的將來，環(huán)境問題將成為制約經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，因此保護和改善環(huán)境是保證我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必要條件。積極開發(fā)研究脫硝技術，滿足環(huán)境保護的要求，具有非?，F(xiàn)實的環(huán)境、經(jīng)濟和社會意義。</p><p>　　1.1.1 氮氧化物

14、的來源及生成機理</p><p>　　氮氧化物（NOx）對大氣的的污染是一個世界性的環(huán)境問題，它對大氣的影響主要是酸雨和較高的地面臭氧濃度。氮氧化物主要有NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5等（本文中對氮氧化物統(tǒng)稱為NOx），在燃燒過程生成的氮氧化物，幾乎全是NO和NO2（NO約占90%），造成大氣污染的主要也是NO和NO2。NOx的主要來源有：化石燃料的燃燒、生物體燃燒、閃電過程、平流層光化學過程、在大氣

15、中的氧化、土壤以及海洋中的NO2光解等。其中，煤、天然氣、石油等化石燃料的燃燒約占NOx排放總量的90%。</p><p>　　一般認為氮氧化物的生成途徑主要有三類：1.空氣中氮在高溫下氧化產(chǎn)生，稱為熱力型NOx；2.由于燃料揮發(fā)物中碳氫化合物高溫分解生成的CH自由基和空氣中氮氣反應生成HCN和N，再進一步與氧氣作用以極快的速度生成NOx，稱為快速型NOx；3.燃料中含氮化合物在燃燒中氧化生成的，稱為燃料型NOx

16、。</p><p>　　1.1.2氮氧化物的危害</p><p>　　氮氧化物主要以六種形式存在：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）、五氧化二氮（N2O5），煤燃燒形成的氮氧化物主要是NO和NO2。其中，NO含量占煙氣的90%以上。NO和NO2都是具有強烈毒性的氣體。NO非常容易與動物血液中的色素(Hb)結合，造成血液

17、缺氧而引起中樞神經(jīng)麻痹。它與血色素的親和力很強，約為CO的數(shù)百倍至一千倍，對人體健康影響很大。而NO2毒性比SO2和NO都強，約為NO的4～5倍。NO2對呼吸器管粘膜有強烈的刺激作用，引起肺氣腫和肺癌。此外NO2對人體的心、肝、腎和造血組織等都有損害。在大氣中的氮氧化合物達到100～150 ppm的高濃度時，人連續(xù)呼吸30～60 min便會中毒。</p><p>　　一氧化氮與血液中血紅蛋白親和力較強，從而使血液

18、輸氧能力下降，人體急性中毒后出現(xiàn)缺氧癥狀。一氧化氮還導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損，引起痙攣和麻痹。高濃度中毒時，將迅速導致肺部充血和水腫，甚至窒息死亡。</p><p>　　二氧化氮是具有特異刺激性臭味的棕色氣體，其味道在1ppm時就能被感覺到。二氧化氮嚴重刺激呼吸系統(tǒng)，使血液中血紅蛋白硝化，同時對人的心、肝、腎、造血組織都有影響。人在有l(wèi)00ppm二氧化氮大氣中呼吸60min，或在400ppm二氧化氮的大氣中呼吸5mi

19、n就可以招致死亡。二氧化氮慢性中毒表現(xiàn)為支氣管和肺部呼吸障礙、腸胃痛、牙痛。0.25～0.5ppm二氧化氮長期吸入可引起支氣管和肺部組織發(fā)生病變，使呼吸機能慢性衰退。二氧化氮對植物有損害作用。25ppm二氧化氮在7小時內(nèi)可使豆類、西紅柿等作物葉子變白，更嚴重時會使植物枯萎，甚至死亡。</p><p>　　NOx的危害還在于它與SO2一樣都可以造成酸雨的主要來源，并且與烴類化合物在太陽光照射下發(fā)生一系列光化學反應而

20、生成光化學煙霧。對于人類及自然環(huán)境有很大危害性。</p><p>　　1.1.3國內(nèi)外氮氧化物的排放情況及控制對策</p><p>　　1.1.3.1國內(nèi)NOx的排放情況及控制對策</p><p>　　NOx污染主要來源于生產(chǎn)、生活中所用的煤、石油等化石燃料的燃燒產(chǎn)物（包括汽車及一切內(nèi)燃機燃燒排放的NOx）；其次是來自生產(chǎn)、使用硝酸的工廠，以及車輛排放的尾氣。我國電

21、力工業(yè)以火電為主，隨著電力工業(yè)迅猛發(fā)展，火電裝機容量隨之迅速增加，大容量高參數(shù)的300MW及以上火電機組正成為電力工業(yè)的主力機組。火電廠的氮氧化物(NOx)排放總量日益增加，2000年已經(jīng)達到了300萬噸。表1.1列出了我國近幾年來電站鍋爐氮氧化物的排放情況。</p><p>　　表1.1 我國近幾年電力行業(yè)氮氧化物排放量 </p><p><b>

22、;　　單位：萬噸</b></p><p>　　表1.2 2010年火電廠裝機及典型排污水平</p><p>　　另一方面隨著現(xiàn)代社會汽車持有數(shù)量的劇烈增長，由汽車排放的NOx所占的比重日益增加，逐漸成為人們所關注的對象。發(fā)動機廢氣中的NO是經(jīng)由入口的N2 和O2 以及燃料中的含氮化合物在高溫高壓下生成的。廢氣中的NO濃度取決于汽車發(fā)動機燃燒情況如溫度、空氣燃氣比等。1995年

23、全國機動車輛（不包括農(nóng)用車輛）的NOx 排放量為141萬噸，若包括農(nóng)用車輛，其排放估算量可能將增加三成，機動車的排放量估計占排放總量的不到20%，是城市的NOx的主要來源之一。</p><p>　　現(xiàn)在，我國對NOx的控制已經(jīng)納入日程，NOx是我國47個重點城市環(huán)境空氣質(zhì)量周報中的考核項目之一，也是2000年重點城市“一控雙達標”中城市環(huán)境空氣質(zhì)量達標項目之一。國家環(huán)保局從2000年開始要求對酸雨控制區(qū)內(nèi)的NOx

24、實行排放控制，到2010年酸雨控制區(qū)內(nèi)氮化物排放總量控制在2000年水平。目前，機動車的NOx排放正逐步通過汽車尾氣催化凈化器加以控制，而固定源氮氧化物排放，如發(fā)電廠、工業(yè)鍋爐等煙氣中NOx的排放已開始得到重視。 。在未來的數(shù)十年內(nèi)，伴隨著環(huán)境保護法的誕生以及有關標準的日趨嚴格，NOx排放的控制必將日益嚴格。</p><p>　　1.1.3.2國外NOx的排放情況及控制對策</p><p>

25、;　　國外對于NOx排放的治理比我國進行的早，也更完善。早在1979年，33個國家共同簽署了可聯(lián)合國經(jīng)濟委員會關于歐洲長距離越境空氣污染公約。1988年11月根據(jù)該公約簽定了一項議定書，要求到1994年將NOx排放凍結在1987年或之前的水平上。歐洲在早1988年通過了“歐共體關于大型燃燒設備污染物排放限制法令”，要求歐共體在1987年以前安裝的大于50MW的全部燃燒設備NOx排放總量到1993年要在1980年基礎上削減10%，到199

26、8年削減30%。除上述國際公約以外，許多國家還根據(jù)各自特點采取了相應的國際行動。</p><p>　　在德國，隨著NOx對環(huán)境影響的日益嚴重，控制燃煤電廠的NOx排放越來越受到人們的重視。1984年原聯(lián)邦德國在“大型燃燒設備規(guī)定”中制定了嚴格的氣體污染物排放限值，其中，300MW以上燃煤燃燒器NOx的煙氣中濃度必須控制在200mg/m3以下。如今，德國的燃煤電廠不僅陸續(xù)開發(fā)采用了低NOx燃燒系統(tǒng)，全面安裝了煙氣脫

27、硝裝置，而且對老式鍋爐進行技術改造和燃燒優(yōu)化調(diào)整。由于單純通過采用低燃燒器難以使煙氣中NOx的達到低于排放限值，因此德國的燃煤電廠普遍采用稱為二級脫硝技術的煙氣脫硝技術，以降低煙氣中己生成的NOx的排放。</p><p>　　在日本，煙塵和的SO2污染問題已經(jīng)基本得到解決，而NOx造成的污染成為治理大氣污染的主要任務。針對NOx污染問題，日本政府已經(jīng)采取了一系列措施，這對中國控制NOx有一定的借鑒意義。日本降低排

28、放的技術措施主要是燃燒控制和煙氣脫硝。在70年代初日本煙氣脫硫和煙氣脫硝技術同時起步，處理設施的數(shù)量和處理的能力逐年提高，脫硝方式則大多采用選擇性催化還原法，至今己有大約套170選擇性催化還原裝置投入生產(chǎn)運行，NOx的排放已經(jīng)得到初步控制。</p><p><b>　　1.2煙氣脫硝技術</b></p><p>　　1.2.1選擇性催化還原煙氣脫硝技術</p&g

29、t;<p>　　選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction, SCR）是指在催化劑的作用下，以NH3還原劑，“有選擇性”地與煙氣中的NOx反應并生成無毒無污染的N2和H2O。</p><p>　　1.2.2選擇性非催化還原煙氣脫硝技術</p><p>　　選擇性非催化氧化還原法（Selective Non-Catalytic Reductio

30、n, SNCR）工藝，也被稱為熱力De NOX工藝。是把含NHX基的還原劑（如氨、尿素），噴入爐膛溫度為800～1100°C的區(qū)域，該還原劑迅速分解成NH3并與煙氣中的NOX進行SNCR反應生成N2。該方法以膛爐為反應器，可通過對鍋爐進行改造而實現(xiàn)。</p><p>　　1.2.3 SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術</p><p>　　SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術結合了兩者的

31、優(yōu)勢，將SNCR工藝的還原劑噴入爐膛，用SCR工藝使逸出的NH3和未脫除的NOX進行催化還原反中應。</p><p>　　1.2.4 液體吸收法</p><p>　　又稱濕法煙氣脫硝，主要包括水吸收法、酸吸收法、堿中和吸收法、氧化吸收法、液相還原吸收法等。液相吸收脫硝方法消耗大量吸收劑，吸收產(chǎn)物會造成二次污染。</p><p><b>　　1.2.5微生物

32、法</b></p><p>　　用微生物凈化NOx廢氣的思路是建立在用微生物凈化有機廢氣、臭氣以及用微生物進行廢水反硝化脫氮獲得成功的基礎上的。微生物處理NOx與微生物有機揮發(fā)物及臭氣有較大的不同。由于NOx是無機氣體，其構成不含碳元素，因此微生物凈化NOx是適宜的脫氮菌在外加碳源的情況下，利用NOx作為氮源，將NOx還原成無害的N2，而脫氮菌本身會的生長繁殖。其中NO2先溶于水中形成NO3¯

33、;及NO3¯再被生物還原為N2，而NO則是背媳婦在微生物表面后直接被生物還原成N2 。</p><p>　　1.2.6活性碳吸收法</p><p>　　活性炭具有發(fā)達的微孔結構和較大的比表面積，對煙氣中的NOX和SO2有較強的吸附能力。因此，活性炭發(fā)不僅能脫硝，而且能脫硫。</p><p>　　1.2.7電子束照射法（EBA）和脈沖電暈等離子體法（PPCP

34、）</p><p>　　這類方法是利用高能電子撞擊煙氣中的H2O、O2 等分子，產(chǎn)生O、OH、O3等氧化性很強的自由基，將NO氧化成NO2，NO2與H2O生成HNO3，并于噴入的NH3反應生成硝酸銨化肥。根據(jù)高能電子的產(chǎn)生方法不同，這類方法又分為電子束照射法（EBA）和脈沖電暈等離子體法(PPCP)。</p><p>　　1.2.8 熾熱碳還原法</p><p>　

35、　利用碳質(zhì)固體還原廢氣中的NOx屬于無觸媒非選擇性還原法。與選擇性催化法相比，其優(yōu)點是不需要價格昂貴的催化劑，避開了催化劑中毒所引起的問題，并且彈指柜體價格便宜，來源廣。</p><p>　　1.2.9 濕式絡合吸收法</p><p>　　濕式絡合吸收法是用水或酸、堿、鹽的水溶液來吸收廢氣中的氮氧化物。按吸收劑的種類可分為水吸收法、酸吸收法、堿吸收法、氧化-吸收法、吸收-還原法及液相絡合法

36、等，這些方法比較適合于硝酸廠尾氣NO2的吸收，對于燃煤煙氣是不適用的。施法中國只有絡合吸收法比較適合于燃煤煙氣脫NOx。</p><p>　　濕式絡合吸收法是一種利用液相絡合劑直接同NO反應的方法，因此，對于處理主要含有NO的燃煤煙氣具有特別意義。NO的生成的絡合物在加熱時又重新放出NO，從而使NO能富集回收。</p><p>　　1.3各種煙氣脫硝工藝的比較</p><

37、;p>　　經(jīng)過表1.3各種脫硝方法的特點、優(yōu)缺點的比較，最后決定選擇選擇性催化還原法（SCR）進行燃煤電廠鍋爐煙氣脫硝設計。</p><p>　　第二章 選擇性催化還原脫硝原理與工藝</p><p>　　2.1 SCR反應原理</p><p>　　SCR是在一定的溫度和催化劑的作用下，還原劑有選擇性地把煙氣中的NOX還原為無毒無污染的N2和H2O，還原劑可以是

38、碳氫化合物（如甲烷、丙烯等）、氨、尿素等。</p><p>　　表1.3 各脫硝工藝的比較</p><p>　　2.2 V2O5/TiO2催化反應原理</p><p>　　目前工業(yè)中應用最多的SCR催化劑大多以TiO2為載體，以V2O5或V2O5-WO3、V2O5-MoO3為活性成分。其中TiO2具有較高的活性和抗SO2性能；V2O5是最重要的活性成分，具有較高的脫

39、硝效率，但同時也促進SO2向SO3的轉(zhuǎn)化；另一種活性材料WO3的添加，有助于抑制SO2的轉(zhuǎn)化；其他的活性材料還有Mo、Cr等，它們可起到助催化劑及穩(wěn)定劑的作用。一般V的負載量低于1%～1.5%，而WO3和MoO3的負載量分別為10%和6%左右。</p><p>　　2.3 SCR脫硝效率的主要影響因素</p><p><b>　　1.工作溫度</b></p>

40、;<p>　　煙氣溫度主要影響催化劑的催化性能以及脫硝反應的進行，從而對氨的利用率以及脫硝效率產(chǎn)生影響。對保證脫硝性能而言，必須針對催化劑確定合適的工作溫度區(qū)段，同時為避免在催化劑表面生成硫酸銨和硫酸氫氨，SCR的最低工作溫度必須比生成硫酸氨和硫酸氫氨的溫度高出120~140°C。一般控制在300~400°C之間。</p><p><b>　　2.入口煙氣含塵量<

41、/b></p><p>　　在燃煤鍋爐排煙脫硝系統(tǒng)中，由粉塵帶來的脫硝系統(tǒng)操作惡化主要體現(xiàn)在三個方面：首先由粉塵引起的催化劑單元堵塞導致的壓損增大；其次，粉塵中含有的堿分以及其他有害物質(zhì)覆蓋在催化劑的表面，并隨著表面擴散附著在活性點上，肯能引起催化劑中毒；第三，隨著煙氣中含塵量的增加，對催化劑單元的磨損加劇，主要包括催化劑端部的直接碰撞、氣體流過部位的粉塵碰撞以及粉塵的摩擦作用。因此必須采取措施，對入口煙氣

42、含塵量加以控制。</p><p>　　3.入口煙氣SO2含量</p><p>　　由于脫硝催化劑的氧化活性，與NOx共存的SO2部分氧化為SO3，與殘余的NH3發(fā)生反應，在脫硝反應器內(nèi)以及脫硝反應器下游的空氣預熱器傳熱面上，析出硫酸銨或硫酸氫氨，導致酸露點上升，引起空氣預熱器的低溫腐蝕加劇。同時對脫硝反應器內(nèi)的催化劑載體產(chǎn)生腐蝕，影響催化劑單元的壽命。</p><p&g

43、t;　　4.入口煙氣NOx含量</p><p>　　入口煙氣的NOx濃度主要表征脫硝系統(tǒng)的負荷，并為噴氨控制系統(tǒng)按照NH3/NOx比，確定噴氨量提供控制信號。由于該信號對于噴氨控制系統(tǒng)而言存在一定的延遲，因此該信號主要作為NOx預測值的偏差修正信號引入噴氨控制回路中。</p><p>　　5.SCR出口煙氣NH3含量</p><p>　　殘余NH3對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，

44、主要是與煙氣中的SO2共同作用的結果。同上所述，殘余的NH3與SO2氧化后生成SO3反應，生成帶有較強腐蝕性的物質(zhì)，導致催化劑模塊本身以及下游空氣預熱器分腐蝕加劇。SCR反應器出口氨的逃逸率必須控制在≤3×10-6的范圍內(nèi)。</p><p>　　6.SCR出口煙氣NOx含量</p><p>　　SCR反應器出口煙氣的NOx濃度要控制在50（標）mg/m³內(nèi)，必須實時連續(xù)

45、監(jiān)測該參數(shù)，當出現(xiàn)較高的NOx濃度時，必須綜合分析鍋爐負荷、入口NOx濃度、煙氣流量及噴氨量等相關控制回路進行調(diào)節(jié)。</p><p>　　第三章 選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　3.1工程概況</b></p><p>　　大唐哈爾濱第一熱電廠2300MW新建工程，由大唐黑龍江發(fā)電有限公司投資建設，工程容量為2300MW

46、。</p><p>　　3.2脫硝系統(tǒng)的設計原則</p><p>　　（1）煙氣脫銷系統(tǒng)采用選擇性催化還原（SCR）進行2臺機組100%煙氣量的脫銷處理。</p><p>　　（2）在鍋爐燃用設計煤種BMCR工況下處理全煙氣量時的保證脫硝率為80%以上。</p><p>　　（3）在設計煤種的煙氣條件下，煙氣中NOx含量增加25%時，經(jīng)脫銷后

47、的NOx排放濃度應滿足環(huán)保排放要求。進口煙氣中NOx含量在設計值的125%~200%范圍內(nèi)變化時，SCR脫硝裝置能夠安全運性。</p><p>　?。?）當煙氣溫度在290~400°C范圍內(nèi)時，煙氣脫硝系統(tǒng)應安全可靠和連續(xù)運行。</p><p>　?。?）在鍋爐BMCR工況條件下，要求煙氣脫硝系統(tǒng)中的設備應有一定的余量；煙氣脫硝系統(tǒng)具有應付緊急停機的有效措施；煙氣脫硝系統(tǒng)能夠適應

48、鍋爐的啟停，并能適應單臺鍋爐的運行及符合的變動。</p><p>　?。?）煙氣脫硝系統(tǒng)的使用壽命不低于主體機組的壽命(30年)。</p><p>　?。?）自SCR裝置投入商業(yè)運行，煙氣脫硝系統(tǒng)的利用率為鍋爐電除塵運行時間的95%。</p><p>　?。?）對于煙氣脫硝系統(tǒng)中的設備、管道、煙風道、箱罐或貯槽等，考慮防腐和防磨措施。</p><

49、p>　?。?）煙氣脫銷設備所產(chǎn)生的噪聲控制在低于85dB（A）的水平(距產(chǎn)生噪聲設備1m處測量)。在煙氣脫硝裝置控制室內(nèi)的噪聲水平低于60dB（A）。</p><p>　?。?0）煙氣道的設計符合《火力發(fā)電廠煙風煤粉管道設計技術規(guī)程》（DL/T5121-2000）的規(guī)定，汽水管道符合《火力發(fā)電廠汽水管道管道設計技術規(guī)定》（DL/T5054-1996）和《火力發(fā)電廠汽水管道管道應力計算技術規(guī)定》（SDGJ6-

50、90）中的要求。對于低溫煙道的結構采用能夠保證有效地防腐形式。在所有需要維護和檢修的地方設置平臺和扶梯，平臺扶梯的設計滿足《鋼梯02（03）J401》或《火電廠鋼制平臺扶梯設計規(guī)定》DLGJ158-2001中的要求。</p><p>　?。?1）SCR脫硝裝置的管道系統(tǒng)布置做到簡潔美觀，便于安裝維護，流速合理，要有足夠的強度和剛度，特別注意防震動、防磨損、防腐蝕和防堵塞。</p><p>

51、　?。?2）貫徹電力建設“安全可靠、經(jīng)濟適用、符合國情”的指導方針，嚴格執(zhí)行設計合同要求，精心設計，充分優(yōu)化方案，是建造方案經(jīng)濟合理、可用率高，并在保證技術指標的前提下努力降低工程造價。</p><p>　　3.3 SCR的關鍵控制參數(shù)</p><p><b>　　3.3.1煙氣參數(shù)</b></p><p>　　煙氣流量：2250000Nm3/

52、h；工作溫度：378ºC；設計溫度：400ºC；設計外壓：7000Pa；NOx含量：500mg/Nm3；粉塵含量：9.88g/Nm3；脫硝率：>90%；氨逃逸率<5ppm。</p><p>　　3.3.2 SCR反應器主要工藝參數(shù)</p><p>　　3.3.2.1線速度</p><p>　　SCR的線速度代表氣流流過催化劑哼橫截面的

53、速度，它是決定反應器橫截面面積和在氣體在反應區(qū)停留時間的重要參數(shù)，其計算公式為：</p><p>　　式中 ——煙氣線速度，</p><p><b>　　——鍋爐煙氣流量，</b></p><p>　　——催化劑層截面積，</p><p>　　3600——單位換算系數(shù)</p><p>　　各工程

54、公司根據(jù)自己的經(jīng)驗，其線速度的取值各有不同，其大小一般在5～6m/s之間。</p><p>　　3.3.2.2面速度</p><p>　　SCR系統(tǒng)的面速度，描述的是煙氣掠過催化劑表面的速度，其定義是單位時間內(nèi)煙氣體積與催化劑的幾何表面積之比，是反映催化反映特征的一個參數(shù)。其計算公式為</p><p>　　式中 ——面速度，m/(h﹒m)或m/h;</p&g

55、t;<p>　　——催化劑體積, m</p><p>　　——催化劑比表面積，有催化劑特性決定,m/m.</p><p>　　3.3.2.3空間速度</p><p>　　描述的是煙氣體積流量（標準狀態(tài)下的濕煙氣）與SCR反應塔中催化劑體積的比值，反映了煙氣在SCR反應塔內(nèi)停留時間的長短。根據(jù)定義其計算式為</p><p>　　式

56、中 ——空間速度，1/h。</p><p>　　3.4 SCR反應器尺寸估算</p><p>　　3.4.1 SCR反應器截面尺寸估算</p><p>　　SCR反應器截面尺寸是由鍋爐煙氣流量和表面速度決定的。典型的流經(jīng)催化劑的表面速度為5m/ s左右，在實際工程中可以用如下速度值來對催化劑橫截面積進行估算，即</p><p>　　式中

57、 ——催化劑層截面積，m</p><p>　　——鍋爐煙氣流量，m/h</p><p><b>　　——單位換算系數(shù)。</b></p><p>　　由已知條件知煙氣流量：2250000Nm/h，帶入式中得催化劑層截面積： </p><p>　　考慮到催化劑幾何形狀及安裝結構，SCR反應器的橫截面積比催化進面積打15%左右

58、，因此，反應器橫截面積： </p><p>　　取反應器橫截面廠為14.4m,寬為10m。</p><p>　　3.4.2 SCR反應器斷面尺寸估算</p><p>　　3.4.2.1催化劑體積估算</p><p>　　在工程中，一般催化劑至少安裝兩層，其中催化劑體積的

59、估算式為</p><p>　　式中 ——催化劑估算體積，m；</p><p>　　——鍋爐煙氣流量，m/h；</p><p>　　——系統(tǒng)設計的脫硝效率，%；取80%；</p><p>　　——催化劑活性常數(shù)；</p><p>　　——催化劑比表面積m/m，取350 m/m</p><p>&l

60、t;b>　　——系數(shù)</b></p><p>　　——與的化學摩爾比；</p><p>　　其中上式的氨氮摩爾比</p><p><b>　　，</b></p><p>　　設計要求第一層催化劑表面的氨氮摩爾比標準偏差不超過5%，符合要求。</p><p>　　本設計中假設在催化

61、劑分別使用1、2、3、4年后的活性分別為0.91、0.84、0.77、0.70，取為0.7。</p><p>　　由上式已知條件得出催化劑體積：</p><p>　　3.4.2.2催化劑層數(shù)估算</p><p>　　根據(jù)工程煙氣流量等參數(shù)，在確定了催化劑層的截面積和催化劑體積后，則可估算相互催化劑的層數(shù)，其計算式為</p><p>　　式中

62、——催化劑估算體積，m</p><p>　　——催化劑截面積，m</p><p>　　——催化劑模板的高度，m；取1.85m</p><p>　　將已知數(shù)值帶入公式中得</p><p>　　由此得出催化劑層數(shù)為三層。</p><p>　　3.4.2.3反應器高度估算</p><p>　　SCR反

63、應器的斷面尺寸一般根據(jù)催化劑的層數(shù)、整流層安裝高度和催化劑的安裝空間等因數(shù)確定。因此，反應器的高度可由下式估算，即</p><p>　　式中 ——反應器的高度，m;</p><p><b>　　——催化劑的層數(shù)，</b></p><p>　　——支撐、安裝催化劑所需的空間高度，m；取值4m.</p><p>　　——

64、整流層安裝高度及安裝所需的空間高低，m,取值3.5m</p><p>　　式中的與時隔工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)，與工程采用的吹灰形式、催化劑安裝方式都有一定的關系，為便于安裝和檢修，催化劑的高層一般以不小于3.5為宜。</p><p>　　代指入等式得反應器高：</p><p>　　由此最后得出SCR反應器斷面尺寸為26.9m（高）10m（寬）。</p><

65、p>　　綜上所述，SCR反應器最后設計出的尺寸為14.4 m (長)10m（寬）26.9m（高）。</p><p>　　3.5氨區(qū)工藝系統(tǒng)及主要設備</p><p>　　3.5.1氨的存儲和處理系統(tǒng)</p><p>　　氨存儲和處理系統(tǒng)用于卸載并存儲作為SCR反應劑的無水氨（純度為99.6%或更高）。此系統(tǒng)一般有卸料壓縮機、儲氨罐、液氨蒸發(fā)器、氨氣稀釋槽、氨氣

66、泄漏檢測器，報警系統(tǒng)、水噴淋系統(tǒng)、安全系統(tǒng)及相應的管道、管件、支架、閥門及附件組成。</p><p>　　3.5.2 NH3卸料壓縮機系統(tǒng)</p><p>　　卸氨壓縮機的作用是把液態(tài)的氨從運輸?shù)墓捃囍修D(zhuǎn)移到液氨儲罐中。卸氨壓縮機一般為往復式壓縮機，它抽取槽車的液氨，經(jīng)壓縮后將液氨槽車的液氨推擠入液氨儲罐中。</p><p><b>　　3.5.3液氨儲罐

67、</b></p><p>　　3.5.3.1設備構造及選型</p><p>　　儲罐是SCR液氨脫硝系統(tǒng)液氨儲存的設備，一般為能夠承受一定壓力荷載的罐體。氨罐的容積選擇一般考慮鍋爐BMCR工況下一周液氨的消耗量確定，并且要保證儲氨罐的上部至少留有全部容量的10%的氣化空間。氨儲罐屬三類容器，選用臥式罐，設計壓力取液氨介質(zhì)在50°C時的飽和蒸汽壓力的1.1倍，氨罐的工作

68、溫度一般為-10～40°C，設備材料通常選用16MnDR.</p><p>　　液氨儲罐計算體積估算公式為：</p><p>　　式中 ——計算出的箱罐體積，m</p><p><b>　　——氨罐內(nèi)徑，m;</b></p><p><b>　　——氨罐長度。</b></p>

69、;<p>　　取氨罐內(nèi)徑D=3.5m,氨罐長度為L=12m,代入公式得液氨儲罐體積：</p><p>　　3.5.3.2液氨儲罐的管口設置</p><p>　　表3.1 液氨儲罐的管口清單</p><p>　　3.5.4 液氨蒸發(fā)器</p><p>　　目前，燃煤電站SCR工程中的液氨蒸發(fā)器一般以螺旋管式為主，館內(nèi)為液氨，管外為

70、溫水浴，以蒸汽直接噴入水中加熱至40°C，再以溫水將液氨汽化，并加熱至常溫。</p><p>　　蒸發(fā)器水溫通過控制過熱蒸汽的調(diào)節(jié)閥，使氨蒸發(fā)器內(nèi)水溫保持在40°C，當水溫高過55°C時則切斷蒸汽來源，并在控制室DOS上報警顯示。蒸發(fā)罐上裝有壓力控制閥將氣氨壓力控制在0.2MPa，當出口壓力達到0.38 MPa時，切斷液氨進料。在氨氣出口管線上裝有溫度檢測器，當溫度低于10°

71、;C時切斷液氨進料，是氨氣至緩沖槽維持適當溫度及壓力。蒸發(fā)槽也安裝安全閥，防止設備壓力異常過高。</p><p>　　3.5.5 氨氣緩沖槽</p><p>　　液氨經(jīng)液氨蒸發(fā)器蒸發(fā)為氨氣后進入氨氣緩沖罐，其作用是對氨氣進行緩沖作用，保證氨氣有一個穩(wěn)定的壓力。氨氣緩沖罐的結構相對簡單，主要包括氨氣的進出口、安全閥以及排污閥等。</p><p><b>　　

72、3.5.6稀釋罐</b></p><p>　　氨稀釋罐屬于可能出現(xiàn)危險情況時處理氨排放的設備，其結構較為簡單，不同的制造商制造的氨稀釋罐是不同的，廢氨稀釋系統(tǒng)把位于氨區(qū)內(nèi)的設備排出和泄漏的氨氣進行稀釋。觀眾的稀釋水需要周期性更換，排到廢水池中。</p><p>　　3.5.7 氨區(qū)廢水處理</p><p>　　氨區(qū)稀釋罐的排放水、氨灌噴淋冷卻水等一般都通

73、過溝道或管道等收集到氨區(qū)的廢水池中，由于廢水具有一定的腐蝕性，所以一般需要通過廢水泵，將脫硝廢水排到全廠廢水處理系統(tǒng)進行處理后排放。</p><p>　　廢水泵可以選擇自吸泵或液下泵，工程中根據(jù)需要或業(yè)主的要求確定。</p><p>　　3.5.8 氨區(qū)的氮氣吹掃設計</p><p>　　基于安全方面的考慮，SCR系統(tǒng)的泄氨壓縮機、液氨儲罐、氨蒸發(fā)器、氣氨罐等都備有

74、氨氣吹掃管線和與之配套的八字盲板隔離。</p><p>　　一般在與槽車接口處，軟管后每根管道都有旁路管道DN20連接到排放系統(tǒng)，這是用于泄氨前后排出管道中的空氣，防止氨與系統(tǒng)中殘余的空氣形成爆炸混合物造成危險。具體操作是：將氨氣分別以0.5、1.0、1.5MPa的壓力充入，在分別排入廢水箱，通過三次加壓查漏、三次置換空氣，系統(tǒng)可以進氨；泄氨完，關閉進出口管道閥門，再加入氨氣，使軟管中的氨氣得到稀釋，再將管道內(nèi)的

75、氣體排入廢水箱，如此三次可將管道內(nèi)的氨氣置換完。</p><p>　　如果泄氨管路閥門泄漏，可關閉壓縮機后切斷閥門，對這段管道用氨氣置換后再更換閥門。</p><p>　　3.5.9 管道、閘門及其附件材質(zhì)要求</p><p>　　根據(jù)氨的弱堿性、系統(tǒng)運行壓力及腐蝕性，所有接觸氨的管道可用碳鋼管或不銹鋼管作為氨氣管，氨系統(tǒng)中的所有閥門及其附件所有閥門的墊圈禁止采用銅

76、質(zhì)材料。</p><p><b>　　3.6氨區(qū)的布置</b></p><p>　　按照相關的規(guī)定規(guī)范要求，并結合電廠總平面布置的要求，氨區(qū)的布置一般都是遠離主廠布置。實際布置時，為了保證氨區(qū)及電廠的安全運行，氨區(qū)的布置一般要遵循以下原則：</p><p>　?。?）儲氨區(qū)布置在電廠全年最小頻率風向的上風側(cè)。</p><p&

77、gt;　?。?）按照有關標準好人規(guī)定，確定罐區(qū)與周邊建筑物的防火間距。</p><p>　?。?）確定罐區(qū)與廠內(nèi)主要道路及次要道路的防火間距符合有關標準和規(guī)定。</p><p>　?。?）確定合理的罐區(qū)內(nèi)設備防火間距。</p><p>　?。?）罐區(qū)要設防火堤。</p><p>　　（6）儲罐、制氨氣區(qū)域上面設置遮陽設施。</p>

78、<p>　?。?）泄氨、儲罐區(qū)需要設冷卻噴淋和消防噴淋裝置。</p><p>　?。?）罐區(qū)要設消防通道。</p><p>　　氨區(qū)的布置詳見附圖一。</p><p>　　第四章 燃煤電廠煙氣脫硝技術經(jīng)濟分析</p><p><b>　　4.1概述</b></p><p>　　燃煤煙

79、氣脫硝技術經(jīng)濟分析是一項系統(tǒng)性強、涉及面廣的評價工作，它包括評價指標體系、評價方法等的確定，技術性能分析，經(jīng)濟分析和綜合評價等。</p><p>　　我國燃煤煙氣脫硝工藝和裝置的選擇應重視技術經(jīng)濟分析，并應特別注意以下幾點：</p><p>　　（1）立足長遠 隨著人們對健康、環(huán)境越來越重視，國家的環(huán)保政策也越來越嚴格，故而火電廠在脫硝系統(tǒng)建設和改造的時候，一定要認真考慮將NOX的濃度控

80、制在較低范圍內(nèi)。</p><p>　?。?）技術成熟，運行可靠，并有較多的應用業(yè)績 火電廠脫硝的方式有很多，在國家有關部門的領導和協(xié)助下，適當開展及實現(xiàn)一些成本低、效率高的中式規(guī)模的脫硝技術。</p><p>　　（3）節(jié)約成本 主要包括脫硝工程建設的投資盡可能節(jié)省，脫硝裝置的布置在空間上緊湊、合理，還原劑、水和能源消耗較少，運行費用教低，還原劑的來源可靠、質(zhì)優(yōu)價廉。</p>

81、;<p>　　目前，在世界各國應用較廣泛的脫硝技術主要有SCR法、天然氣再燃法、超細煤粉再燃法、低NOX燃燒器、燃燒優(yōu)化調(diào)整（含空氣分級燃燒）等，下表對這幾種脫硝技術的經(jīng)濟性進行了一個模糊的評價。</p><p>　　表4.1 幾種脫硝技術的經(jīng)濟比較</p><p>　　在這些脫硝設計中，SCR具有占地小、脫硝效率高、技術成熟、運行可靠性好、技術進步快等優(yōu)點，使它在與眾多的脫

82、硝技術中脫穎而出，獲得了業(yè)主們的廣泛青睞。表4.2為國外幾家電廠已運行SCR脫硝技術的經(jīng)濟指標。</p><p>　　由表4.2看出，各電廠SCR脫硝成本差異較大。SCR的投資成本主要是由鍋爐的結構特性和燃料特性決定的。</p><p>　　除上面提到的因素外，還與機組的容量、燃料中微量元素的含量、脫硝率、入口NOX濃度、氨逃逸率、煙氣溫度以及催化劑的布置安排等多種因素有關。</p&

83、gt;<p>　　SCR的總投資主要包括SCR裝置設備費、建筑工程費、安裝工程費、工程技術服務總費用等，根據(jù)工程規(guī)模的不同，總費用存在一定的差距。</p><p>　　表4.2 國外電廠已運行SCR脫硝技術經(jīng)濟指標</p><p>　　4.2 SCR總投資成本分析</p><p>　　總投資包括直接成本和間接成本，以及購買和安裝SCR設備的費用。這些成

84、本主要包括SCR系統(tǒng)需要的設備成本、輔助設備的成本、直接和間接地安裝成本，還有其他的成本，如土地、土建、后續(xù)設備、人工費用等。</p><p>　　直接成本包括購買SCR系統(tǒng)各部件的費用，如購買裝置、使用儀器、稅收、運輸?shù)?。這其中也包括場地勘測、數(shù)學模型、和系統(tǒng)設計等，以及直接安裝成本，如輔助設備、鋼架、操作費用、油漆、水電等。</p><p>　　直接投資成本影響到投資成本的參數(shù)包括：①

85、脫硝率；②入口NOX濃度；③氨逃逸率；④煤中含硫成分；⑤煙氣溫度；⑥催化劑的布置安排；⑦新建電廠還是已建鍋爐的脫硝改造；⑧是否有SCR 旁路。其中，①～⑤影響到催化劑的體積，⑥影響SCRSCR反應器成本，⑦設計到管道系統(tǒng)、鋼架和土建，⑧影響到管道系統(tǒng)。所以，直接投資成本的計算表達式為：</p><p>　　式中，是受催化劑高度變化影響的投資成本；是受按其流量影響的投資成本；是考慮脫銷工程是新建還是改造的成本，如果

86、為新建脫銷工程，=-7.28美元/KW；是考慮旁路因素的成本，如果系統(tǒng)采用旁路設備，=-1.27美元/KW ；是考慮催化劑的成本；其值為33.8美元/KW。</p><p>　　間接成本包括維修費用、運行和檢測的人力成本等。</p><p><b>　　4.3 經(jīng)濟評價</b></p><p><b>　　4.3.1主要參數(shù)</

87、b></p><p>　　設備年利用小時數(shù)：改工程投產(chǎn)后設備年利用小時為5500h。</p><p>　　氨消耗及價格：脫硝系統(tǒng)價格為2800元/t，消耗量為464t/h。</p><p>　　定員及工資標準：電廠脫硝新增定員2人，年人均工資為30000元，福利費綜合費率按工資總額的55計算。</p><p>　　大修理費：按脫硝裝置造

88、價的1%預提。</p><p>　　用電量：脫硝裝置用電量按800KW/h計算。</p><p>　　折舊率：固定資產(chǎn)折舊采用直線法，凈殘值率為5%，折舊年限取15年。</p><p>　　貸款利率：流動資金貸款利率及短貸利率5.31%。</p><p>　　收益率：投資方基準收益率為8%。</p><p>　　4.3

89、.2 總投資估算</p><p>　　大唐哈爾濱第一熱電廠（2300MW）煙氣脫硝工程（SCR）總投資情況如表4.3</p><p>　　表4.3 大唐哈爾濱第一熱電廠（2300MW）煙氣脫硝工程總投資</p><p>　　表4.4 大唐哈爾濱第一熱電廠（2300MW）煙氣脫硝工程經(jīng)濟評價結果表</p><p>　　注：年運行5500h<

90、;/p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　【1】鐘秦 《燃煤煙氣脫硫脫硝技術及工程實例》第二版 化學工業(yè)出版社</p><p>　　【2】蔣文舉 《煙氣脫硫脫硝技術手冊》 化學工業(yè)出版社</p><p>　　【3】段傳和、夏懷祥等主編 《燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術》 中國電力</p>

91、<p><b>　　出版社</b></p><p>　　【4】董建勛、李永華、馮兆興、王松嶺、李振飛 《計機催化劑失活的SCR</p><p>　　脫硝反應器設計的模擬分析》【DB/OL】【J】《動力工程》第27卷 第五期</p><p>　　【5】胡巍《200MW機組鍋爐煙氣脫氮技術研究》【D】【DB/OL】華北電力大學碩<