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文檔簡介
1、<p><b> 摘 要</b></p><p> 我國是能源生產(chǎn)與消費(fèi)的大國,一次能源供應(yīng)以煤炭為主,石油、天然氣資源短缺。然而我國污染物排放總量長期居高不下,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過環(huán)境自凈能力。其中,氮氧化物的污染不斷加劇,特別是北京、上海、廣州等一些大城市,氮氧化物含量超標(biāo)。</p><p> SCR工藝與其它工藝相比,具有較高的NOX脫除率(80%以上
2、),將燃煤電廠煙氣排放NOX控制在較低的濃度,以滿足不斷更新的更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。而且該工藝無副產(chǎn)物,不形成二次污染,裝置結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)營可靠,便于維護(hù)。</p><p> 本設(shè)計(jì)針對電廠燃煤鍋爐產(chǎn)生煙氣的排放要求和一些工程實(shí)例,對SCR系統(tǒng)的工藝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算,并對催化劑及輔助設(shè)備進(jìn)行了選型。</p><p> 關(guān)鍵詞:氮氧化物,SCR工藝,催化劑,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p>
3、<p><b> Abstract</b></p><p> Our country is the energy production and the expense great nation, an energy supply by the coal, the petroleum, and the natural gas resource is primarily short
4、. Therefore our country pollutant discharge total quantity stays at a high level for a long time, goes far beyond the environment automatic depuration ability. The nitrogen oxide pollution intensifies unceasingly, nitro
5、gen oxide content exceeding the allowed figure specially Beijing, Shanghai, Guangzhou and other some big cities.</p><p> The SCR craft compares with other crafts, has the high NOX removing rate (above 80%),
6、 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 craft does not have the by-product, does not for
7、m secondary pollution, the installment structure is simple, the operation is reliable, is advantageous for the maintenance. </p><p> This design has the haze nature and the emissions request in view of the
8、 power plant coal-fired boiler, has carried on the design calculation to the SCR system equipment's structure, and carries on the shaping to the catalyst and the supporting facility. </p><p> Key words
9、:Nitrogen oxide, SCR process, catalyst, structural design</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘 要I</b></p><p> AbstractII</p><p> 第一章 前
10、言1</p><p><b> 1.1 綜述1</b></p><p> 1.1.1 選題背景1</p><p> 1.1.2 研究意義1</p><p> 1.2 NOx的特性、來源和危害2</p><p> 1.2.1 NOx的特性2</p><p&g
11、t; 1.2.2 NOx的來源2</p><p> 1.2.3 NOx的危害3</p><p> 1.2.4 燃煤電站NOX的產(chǎn)生5</p><p> 1.3 環(huán)保政策法規(guī)5</p><p> 1.4 NOX污染的治理6</p><p> 1.4.1 我國燃煤NOx排放現(xiàn)狀6</p>
12、<p> 1.4.2 常規(guī)處理6</p><p> 1.4.3 燃燒后控制8</p><p> 1.5 SCR脫硝工藝11</p><p> 1.5.1 SCR基本原理11</p><p> 1.5.2 典型SCR系統(tǒng)組成13</p><p> 1.5.3 SCR工藝流程13<
13、;/p><p> 1.5.4 SCR工藝系統(tǒng)布置分類14</p><p> 1.6 催化劑16</p><p> 1.7 還原劑原料19</p><p> 1.7.1液氨19</p><p> 1.7.2 氨水19</p><p> 1.7.3 尿素19</p>
14、<p> 1.8 SCR反應(yīng)器20</p><p> 1.9 噴氨格柵22</p><p> 1.10 吹灰器23</p><p> 1.11影響SCR脫硝性能的幾個關(guān)鍵因素24</p><p> 1.11.1 催化劑24</p><p> 1.11.2 反應(yīng)溫度25</p&g
15、t;<p> 1.11.3 適當(dāng)?shù)陌睔廨斎肓考芭c煙氣的均勻混合25</p><p> 第二章 SCR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算26</p><p> 2.1 項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)26</p><p> 2.2 原始參數(shù)26</p><p> 2.3 SCR反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算26</p><p> 2.3
16、.1 SCR反應(yīng)器尺寸計(jì)算27</p><p> 2.3.2 塔的設(shè)計(jì)計(jì)算29</p><p> 2.3.3催化劑的選型33</p><p> 2.3.4噴氨系統(tǒng)噴射管設(shè)計(jì)33</p><p> 2.3.5氨氣/煙氣靜態(tài)混合器34</p><p> 2.3.6吹灰器設(shè)計(jì)35</p>
17、<p> 第三章 SCR輔助設(shè)備選型37</p><p> 3.1 供氨裝置37</p><p> 3.1.1卸氨壓縮機(jī)37</p><p> 3.1.2液氨儲罐38</p><p> 3.1.3液氨蒸發(fā)器39</p><p> 3.1.4氨氣緩沖罐40</p><
18、p> 3.1.5氨氣稀釋槽41</p><p> 3.1.6 氨/空氣混合器41</p><p> 3.1.7 廢水泵42</p><p> 3.2 液氨提升泵的選型42</p><p> 3.3 省煤器旁路42</p><p> 3.4 進(jìn)出口煙道43</p><p&
19、gt; 第四章 經(jīng)濟(jì)分析與工程概算44</p><p> 4.1 經(jīng)濟(jì)分析與評價(jià)的意義和基本原理44</p><p> 4.1.1 經(jīng)濟(jì)分析與評價(jià)的意義44</p><p> 4.1.2 經(jīng)濟(jì)分析與評價(jià)的基本原理44</p><p> 4.2 工程概算45</p><p> 4.2.1 編制依據(jù)
20、45</p><p> 4.2.2 工程概算45</p><p> 4.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析46</p><p> 4.3.1 投資總額46</p><p> 4.3.2 職工定員46</p><p> 4.3.3 生產(chǎn)成本計(jì)算46</p><p> 4.4 運(yùn)行與維護(hù)48
21、</p><p> 4.4.1 氨區(qū)的安全規(guī)范48</p><p> 4.4.2 SCR系統(tǒng)操作規(guī)程48</p><p> 4.5安全和環(huán)境保護(hù)48</p><p> 4.5.1一般規(guī)定48</p><p> 4.5.2環(huán)境保護(hù)49</p><p> 第五章 結(jié)論與建議5
22、0</p><p><b> 5.1 結(jié)論50</b></p><p><b> 5.2 建議50</b></p><p> 參 考 文 獻(xiàn)51</p><p><b> 致 謝53</b></p><p><b> 聲
23、 明54</b></p><p><b> 第一章 前 言</b></p><p><b> 1.1 綜述</b></p><p> 1.1.1 選題背景</p><p> 我國是能源生產(chǎn)與消費(fèi)的大國,一次能源供應(yīng)以煤炭為主,石油、天然氣資源短缺。然而我國污染物排放總量長
24、期居高不下,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過環(huán)境自凈能力。其中,氮氧化物的污染不斷加劇,特別是北京、上海、廣州等一些大城市,氮氧化物含量超標(biāo),局部地區(qū)甚至出現(xiàn)了光化學(xué)煙霧。以煤炭為主的一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,并損害了可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境基礎(chǔ)。</p><p> 目前,火電廠氮氧化物的排放量約占全國氮氧化物排放總量的一半,火電廠的數(shù)量仍然在不斷增加??刂频趸锱欧帕恳殉蔀榛痣姀S繼煙氣除塵、脫硫之后的第三項(xiàng)污染
25、重點(diǎn)治理工作。國家和地方環(huán)保部門對電廠污染物的排放和總量有了較嚴(yán)格的控制。北京和天津的地方排放標(biāo)準(zhǔn)比國家標(biāo)準(zhǔn)要求更高。北京DB11/139-2007《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中,08年的第II時段比07年第I時段的排放要求高,以后逐漸更加嚴(yán)格。單純的低氮燃燒技術(shù)已無法滿足氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn),目前應(yīng)用最廣最有效的煙氣脫硝主流技術(shù)是SCR技術(shù),能達(dá)到90%以上的脫硝效率。</p><p> 在2010年12月3日結(jié)
26、束的“十二五”中國精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會上,中國化工經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中心副總工程師、全國精細(xì)化工原料及中間體行業(yè)協(xié)作組副理事長徐京生透露,由于新增氮氧化物控制指標(biāo),“十二五”期間,有關(guān)化肥企業(yè)的脫硝將成為節(jié)能減排新的著力點(diǎn),我國脫硝市場也將快速啟動。國家將在“十二五”期間像強(qiáng)制脫硫一樣實(shí)施強(qiáng)制脫硝。據(jù)介紹,目前,國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)采用的脫硝技術(shù)尚處于引進(jìn)、消化吸收和初步應(yīng)用階段。環(huán)保領(lǐng)域在“十二五”期間的投資需求非常巨大,脫硝成為最值得關(guān)注的
27、部分,預(yù)計(jì)“十二五”和“十三五”期間,國家在這一領(lǐng)域的投資需求將高達(dá)萬億元。在脫硫、除塵之后,脫硝毫無疑問將成為“十二五”節(jié)能減排的重中之重。</p><p> 1.1.2 研究意義</p><p> 目前我國脫硫工作已經(jīng)取得較大進(jìn)展,但氮氧化物的污染問題尚未得到有效控制,酸雨類型已經(jīng)從硫酸型向硫酸和硝酸復(fù)合型轉(zhuǎn)化?;痣姀S是氮氧化物的主要排放源,因此,對火電廠進(jìn)行“脫硝”迫在眉睫。&l
28、t;/p><p> 最新頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》與2009年發(fā)布的初稿相比,無論是“脫硝”完成時間要求,還是減排力度,都有明顯提高。該標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃從2012年開始實(shí)施,其中,從2012年1月1日開始,所有新建火電機(jī)組NOX排放量要達(dá)到100 mg/m3;從2014年1月1日開始,重點(diǎn)地區(qū)所有火電投運(yùn)機(jī)組NOX排放量要達(dá)到100mg/m3,而非重點(diǎn)地區(qū)2003年以前投產(chǎn)的機(jī)組達(dá)到200 mg/m3。</p
29、><p> 而環(huán)保部2009年7月份發(fā)布的第一次征求意見稿則要求在2015年1月1日前完成現(xiàn)役機(jī)組“脫硝”, 其中,重點(diǎn)地區(qū)NOX排放量達(dá)到200 mg/m3,非重點(diǎn)地區(qū)達(dá)到400 mg/m3。除了比2009年初稿要求更高之外,新標(biāo)準(zhǔn)也比歐盟相關(guān)規(guī)定要求更高。</p><p> SCR煙氣脫硝這一技術(shù)在歐洲、日本、美國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)已得到了廣泛的應(yīng)用。我國SCR技術(shù)的研究始于20世紀(jì)90
30、年代,國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)采用的脫硝技術(shù)尚處于引進(jìn)、消化吸收和初步應(yīng)用階段。因此,對SCR工藝進(jìn)行深入研究,對我國脫硝技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。</p><p> 1.2 NOx的特性、來源和危害</p><p> 1.2.1 NOx的特性 </p><p> NOX即氮氧化物,氮氧化物包含多種化合物,如一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)、三
31、氧化二氮(N2O3)和四氧化二氮(N2O4)等。除NO2外,其余NOX均不穩(wěn)定,條件變化時,如遇光、熱、濕會變成NO2及NO,而NO又變成NO2。常規(guī)職業(yè)環(huán)境中接觸的是幾種氣體混合物,常稱為硝煙,主要為NO2和NO,NO2為主。</p><p> 一氧化氮(NO)性質(zhì)不穩(wěn)定,無色,在空氣中易氧化成NO2。溶于乙醇、二氧化碳,微溶于水和硫酸。熔點(diǎn)-163.6℃,沸點(diǎn)-151.5℃,蒸氣壓力101.31kPa(-1
32、51.7℃)。</p><p> 二氧化氮(NO2)性質(zhì)較穩(wěn)定,溶于堿、二氧化碳和氯仿。在-11℃以下時為無色固體;在21.1℃以下時,暗褐色液體;21.1℃時,紅棕色氣體,氣味刺鼻。熔點(diǎn)-11.2℃,沸點(diǎn)21.2℃,蒸氣壓力101.31kPa(21℃)。</p><p> 1.2.2 NOx的來源</p><p> 大氣中NOX污染物來源于兩個方面:一是自然
33、源,二是人為源。自然源的NOX主要來自微生物活動、生物體氧化分解、火山噴發(fā)、雷電、平流層光化學(xué)過程、土壤和海洋中的光解釋放等。自然源產(chǎn)生的NOX數(shù)量比較穩(wěn)定,且相對基本平衡,變化大的是人為源。</p><p> 人為源的 NOX由人類的生活和生產(chǎn)活動產(chǎn)生并排放進(jìn)入大氣。產(chǎn)生的NOX的人類活動主要有:</p><p> (1)燃煤電站、交通車船和飛機(jī)等化石燃料燃燒過程產(chǎn)生的NOX;<
34、;/p><p> (2)硝酸生產(chǎn)、冶煉等生產(chǎn)產(chǎn)品過程產(chǎn)生的NOX;</p><p> ?。?)垃圾和污泥焚燒等處理廢物過程產(chǎn)生的NOX。</p><p> 其中,化石燃料燃燒過程產(chǎn)生的NOX占主要地位,因?yàn)槠潆S著社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求呈現(xiàn)增長的趨勢。</p><p> 目前的三大環(huán)境問題是:</p><p><b
35、> (1)溫室效應(yīng);</b></p><p><b> (2)酸雨:</b></p><p><b> ?。?)臭氧層破壞。</b></p><p> 上述大氣環(huán)境問題的污染物中,都有NOX,可知其對自然界的影響力之大。NOX具有很強(qiáng)的毒性,是形成光化學(xué)煙霧、形成硝酸型酸雨、破壞臭氧層的主要物質(zhì)之一
36、。對環(huán)境、生態(tài)、人類的危害,對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的阻礙都很大。</p><p> 1.2.3 NOx的危害</p><p> 各種污染源產(chǎn)生的氮氧化物中,絕大部分為NO,毒性不是很大,但NO在大氣中被氧化成NO2。NO2比較穩(wěn)定,毒性是NO的4-5倍。NO2是一種紅棕色有毒的惡臭氣體,空氣中只要有0.1ppm(1ppm=1μL/L)濃度就可聞到,1~4ppm即有惡臭,25ppm就惡臭難聞了??諝?/p>
37、中的含量在3.5×10-6(體積分?jǐn)?shù))持續(xù)1小時,開始對人體有影響;含量為(20~50)×10-6時,對人眼有刺激作用;當(dāng)含量達(dá)到150×10-6時,對人體器官有強(qiáng)烈的刺激[4]。</p><p> NO2對人類和動植物的危害很大。更為嚴(yán)重的是,NO2在日光作用下會產(chǎn)生新生態(tài)氧原子(NO2→NO+O),這種新生態(tài)氧原子在大氣中將會引起一系列連鎖反應(yīng),并與未燃盡的碳?xì)浠衔镆黄鹦纬晒?/p>
38、化學(xué)煙霧,其毒性更強(qiáng)。如在20世紀(jì)70年代初,日本東京發(fā)生的一起光化學(xué)煙霧,使上萬人喉頭發(fā)炎,眼鼻受到刺激甚至昏倒。因在這一些反應(yīng)中產(chǎn)生了各種毒性很強(qiáng)的二次污染物。如臭氧、過氧乙酰硝酸酯(PAN)、過氧基硝酸酯(PBN)以及過氧硝基丙酰(PPN)等[1]。大氣NOX濃度的微小增加都會加重光化學(xué)煙霧的污染。造成區(qū)域性的氧化劑污染和細(xì)顆粒物污染,使區(qū)域空氣質(zhì)量退化,太陽輻射減少,氣候發(fā)生變化,對生態(tài)系統(tǒng)造成損害,使農(nóng)作物減產(chǎn)。光化學(xué)煙霧會使
39、大氣能見度降低,對眼睛、喉嚨有強(qiáng)烈的刺激,并產(chǎn)生頭痛、呼吸道疾病惡化,嚴(yán)重的甚至死亡。</p><p> 表1-1 NO2不同濃度對動植物的危害</p><p> 由于大氣的氧化性,NO在大氣中可形成硝酸和硝酸鹽細(xì)顆粒物,同硫酸和硫酸細(xì)顆粒物一起,發(fā)生遠(yuǎn)距離傳輸,加速了區(qū)域性酸雨的惡化[3]。我國一些地方的酸雨污染已經(jīng)由單一的硫酸型向硝酸根離子不斷增加的復(fù)合型轉(zhuǎn)化。</p>
40、<p> 大氣中的NOX也破壞著臭氧層,臭氧層對大氣的循環(huán)以及大氣的溫度分布起著重要的作用。臭氧層被破壞使平流層獲得的熱量減少,達(dá)到地球表面的太陽輻射增加,導(dǎo)致全球氣候變化。紫外線的UV-B段輻射增強(qiáng)會引起皮膚病、白內(nèi)障及免疫系統(tǒng)的疾病等。</p><p> 大氣被NO2污染后還會使得機(jī)器設(shè)備和金屬建筑物過早地?fù)p壞;妨礙和破壞植物的生長;降低大氣的可見度;阻礙熱力設(shè)備出力的提高,甚至使設(shè)備的效率
41、降低[1]。</p><p> 1.2.4 燃煤電站NOX的產(chǎn)生</p><p> 煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物主要來自兩個方面:一是燃燒時空氣帶進(jìn)來的氮,在高溫下與氧反應(yīng)所生成的NO,它被稱為“熱力NO”(T-NO);二是來自燃料中固有的氮化合物經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)所生成的氮的氧化物,稱為“燃料NO”(F-NO)。這兩部分氮的氧化物的形成機(jī)理是不同的。除此之外,還有一部分是分子氮在火焰前沿的早
42、期階段,在碳?xì)浠衔锏膮⑴c影響下,通過中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的NOX,稱為“瞬態(tài)型的NOX”,這部分?jǐn)?shù)量很少,一般不予考慮[1]。</p><p> 1.3 環(huán)保政策法規(guī)</p><p> 隨著國家的“五年”計(jì)劃實(shí)施,國家對燃煤發(fā)電的污染物排放問題給予了高度的重視。</p><p> 1997年國家環(huán)保總局發(fā)布了《“九五”期間全國主要污染物排放總量控制實(shí)施方案》,確定了
43、“九五”期間對二氧化硫在內(nèi)的12種污染物的總量控制原則。并將脫硫脫硝列入《國家環(huán)境保護(hù)科技發(fā)展“九五”計(jì)劃和2010長遠(yuǎn)規(guī)劃》,同年8月,國家科委將脫硫裝置列入《國家高新技術(shù)產(chǎn)品目錄》。</p><p> 1998年發(fā)布了《關(guān)于在酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)開展征收二氧化硫排污費(fèi)擴(kuò)大試點(diǎn)的通知》,規(guī)定了二氧化硫排污費(fèi)的征收范圍和征收標(biāo)準(zhǔn)。</p><p> 2002年再次修訂了《中華
44、人民共和國大氣污染法》,對于超過排放標(biāo)準(zhǔn)或者總量控制指標(biāo)的新建、擴(kuò)建項(xiàng)目必須配套建設(shè)脫硫裝置,在兩控區(qū)內(nèi),已建企業(yè)超過排放標(biāo)準(zhǔn)的,必須規(guī)定限期治理;也要求企業(yè)對燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物采取措施。</p><p> 2003年發(fā)布了《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》,規(guī)定從2004年7月1日期,NOX排污費(fèi)俺0.6元/當(dāng)量(1當(dāng)量=0.95千克)收取。</p><p> 2004年3月7日,實(shí)施
45、最新的GB13223-2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》,通過排放量和排放濃度的雙重控制,Ⅱ、Ⅲ時段燃煤SO2為400mg/m3;Ⅱ時段燃煤NOX為650mg/m3,Ⅲ時段燃煤NOX為450mg/m3。</p><p> 北京市環(huán)保局及北京時技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合頒發(fā)了“鍋爐污染物綜合排放”北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11/139-2002,提出了更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。</p><p> 1.4 NOX
46、污染的治理</p><p> 1.4.1 我國燃煤NOx排放現(xiàn)狀</p><p> 電力行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)行業(yè),經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,電力需求隨之不斷增長。大容量高參數(shù)的火電機(jī)組正成為電力工業(yè)的主力機(jī)組,燃煤電廠的NOX排放總量日益增加。僅電廠燃煤量就占全國煤炭消耗總量的約50%,這個比例仍有不斷增加的趨勢,其燃煤產(chǎn)生的大氣污染物也將持續(xù)增長。</p><p>
47、我國燃煤發(fā)電主要是直接燃燒的方式,煤炭燃燒產(chǎn)生大量的煙塵、硫氧化物、氮氧化物、汞等重金屬氧化物,以及二氧化碳,還有廢水和固體排放。經(jīng)過近幾十年的努力,固體渣和廢水的排放、煙塵的排放都得到了有效的控制。二氧化硫的排放控制也取得了成效。因此,氮氧化物成為繼二氧化硫之后燃煤發(fā)電污染物治理的重點(diǎn)。據(jù)測算,我國2000年氮氧化物的排放量為1500萬噸,如果不加以控制,預(yù)計(jì)到2020年氮氧化物的排放量將達(dá)到2639萬噸。然而我國環(huán)境的二氧化硫容量只
48、有1620萬噸,氮氧化物的環(huán)境容量只有1800萬噸。出現(xiàn)酸雨的城市已有265個??刂频趸锏呐欧攀俏覈?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重要問題。</p><p> 1.4.2 常規(guī)處理</p><p> 目前,我國的燃燒產(chǎn)生氮氧化物控制方法主要有燃燒前控制、燃燒中控制和燃燒后控制三類[7]。</p><p><b> 1.燃燒前控制</b>&l
49、t;/p><p> 燃燒前控制是指選用低氮燃料,成本很高,工程上應(yīng)用較少。</p><p><b> 2.燃燒中控制</b></p><p> 燃燒中控制是指改進(jìn)燃燒方式和生產(chǎn)工藝,采用低NOX燃燒技術(shù),降低爐內(nèi)NOX生成量。</p><p> 低NOX燃燒技術(shù)的主要途徑有以下幾個方面[5]:(1)減少燃料周圍的氧濃
50、度。包括:減少爐內(nèi)過量空氣技術(shù),以減少爐內(nèi)空氣總量;減少一次風(fēng)量和減少揮發(fā)分燃盡前燃料與二次風(fēng)的混合,以減少著火區(qū)的氧濃度;(2)在氧濃度較少的條件下,維持足夠的停留時間,使燃料中的氮不易生成NOX,而且使生成的NOX經(jīng)過均相或多相反應(yīng)而被還原分解;(3)在過量空氣的條件下,降低溫度峰值,以減少熱力型NOX的生成,如采用低熱風(fēng)溫度和煙氣再循環(huán)等。</p><p> 最常用的低NOX燃燒技術(shù)包含了低過量空氣燃燒、
51、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒和煙氣再循環(huán)等技術(shù)[5]。分級燃燒就是把燃燒分階段完成,通過調(diào)整燃燒工況來達(dá)到低NOX生成量的一種爐內(nèi)控制技術(shù)。低NOX燃燒技術(shù)的特點(diǎn)是工藝成熟,投資和運(yùn)行費(fèi)用低。</p><p><b> ?。?)空氣分級燃燒</b></p><p> 它是目前應(yīng)用較為廣泛的低NOX燃燒技術(shù),其主要原理是將燃料的燃燒過程分段進(jìn)行。是將燃燒用風(fēng)分為一、二次
52、風(fēng);減少煤粉燃燒區(qū)域的空氣量即一次風(fēng)量,提高燃燒區(qū)域的煤粉濃度,推遲一、二次風(fēng)混合時間,這樣煤粉進(jìn)入爐膛時就形成一個過量空氣系數(shù)在0.8左右的富燃料區(qū),使燃料在富燃料區(qū)進(jìn)行欠氧燃燒,使得燃燒速度和溫度降低,從而降低NOX的生成。欠氧燃料產(chǎn)生的煙氣再與二次風(fēng)混合,使燃料完全燃燒。最終空氣分級燃燒可使NOX生成量降低30%~40%。</p><p><b> (2)燃料分級燃燒</b><
53、/p><p> 燃料分級燃燒又稱為燃料再燃技術(shù),是指在爐膛內(nèi),設(shè)置一次燃料欠氧燃燒的NOX還原區(qū)段以控制最終NOX生成量的一種措施。在NOX遇到烴根CHi和未完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C和CnHm時會發(fā)生NOX的還原反應(yīng)。利用這一原理,把爐膛高度自下而上一次分為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)。再燃區(qū)不僅使主燃區(qū)已生成的NOX得到還原,同時還抑制了新的NOX的生成,進(jìn)一步降低NOX的生成量。再燃區(qū)上方布置燃盡風(fēng)(OFA)以形成
54、燃盡區(qū),以使再燃區(qū)出口的未完全燃燒產(chǎn)物燃燒,達(dá)到最終完全燃燒的目的。</p><p><b> ?。?)煙氣再循環(huán)</b></p><p> 也是常用的燃燒中降低NOX排放量的方法之一。該技術(shù)是將鍋爐尾部的10%~30%的低溫?zé)煔饨?jīng)煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)回抽并混入助燃空氣中,經(jīng)燃燒器或直接送入爐膛或與一次風(fēng)、二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi),從而降低燃燒區(qū)域的溫度,同時降低燃燒區(qū)域氧的
55、濃度,最終降低的NOX生成量,并具有防止鍋爐結(jié)渣的作用。</p><p> ?。?)低過量空氣燃燒</p><p> 使燃燒過程盡可能地在接近理論空氣量的條件下進(jìn)行,隨著煙氣中過量氧的減少,可以抑制NOX的生成,是一種簡單的降低NOX的方法。如果爐內(nèi)氧的濃度過低,低于3%時,會造成CO的含量急劇增加。也會引起飛灰含碳量的增加,導(dǎo)致機(jī)械未完全燃燒損失的增加,燃燒效率降低。因此,采用低過量空
56、氣燃燒來降低NOX排放有一定限制。</p><p> (5)低NOX燃燒器</p><p> 其特點(diǎn)是在燃燒器出口實(shí)現(xiàn)分級送風(fēng)并與燃料合理配比,達(dá)到抑制NOX生成的目的。其設(shè)計(jì)用于控制燃燒器附近燃料與空氣的混合及理論空氣量,以阻止燃料氮向NOX轉(zhuǎn)化和生成熱力NOX,同時又要保持較高的燃燒效率。主要是通過控制燃燒器喉部燃料和空氣的動量及流動方向來實(shí)現(xiàn)的。</p><p
57、> 1.4.3 燃燒后控制</p><p> 燃燒后控制是指在煙道尾部加裝脫硝裝置,將煙氣中NOX轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的N2或有用的肥料。其脫氮方法可分為濕法脫硝和干法脫硝[5]。由于煙氣脫硝的NOX脫除率高,運(yùn)行簡單。探求技術(shù)上先進(jìn),經(jīng)濟(jì)上合理的煙氣脫硝技術(shù)是我國控制氮氧化物排放工作的重點(diǎn)。</p><p> 由于爐內(nèi)低NOX燃燒技術(shù)的局限性,使得NOX的排放控制不能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn),
58、為了進(jìn)一步降低NOX的排放,必須對燃燒后的煙氣進(jìn)行脫硝處理。在對NOX排放要求非常嚴(yán)格的國家,如德國和日本,就是先采用采用低NOX燃燒器減少一半以上的NOX后再進(jìn)行煙氣脫硝,降低脫硝裝置入口的NOX濃度,減少投資和運(yùn)行費(fèi)用。</p><p> 1.濕法煙氣脫硝技術(shù)</p><p> 該技術(shù)是利用液體吸收劑將NOX溶解的原理來凈化燃煤煙氣。</p><p><
59、;b> (1)稀硝酸吸收法</b></p><p> 由于NO 和NO2在硝酸的溶解度比在水中的大得多,故采用稀硝酸吸收法以提高NOX去除率的技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。隨著硝酸濃度的增加,其吸收效率顯著提高,但考慮工業(yè)實(shí)際應(yīng)用及成本等因素,實(shí)際操作中所用的硝酸濃度一般控制在15%~20%。稀硝酸的吸收效率,除了與本身的濃度有關(guān)外,還與吸收溫度和壓力有關(guān),低溫高壓有利于NOX的吸收。</p>
60、;<p> ?。?)堿性溶液吸收法</p><p> 該法是采用NaOH、KOH、Na2CO3、NH3·H2O等堿性溶液作為吸收劑對NOX進(jìn)行化學(xué)吸收,其中氨的吸收率最高。吸收液經(jīng)多次循環(huán),堿液耗盡之后,將含有硝酸鹽和亞硝酸鹽的溶液濃縮結(jié)晶,可做肥料使用。廣泛用于常壓法、全低壓法硝酸尾氣處理。其優(yōu)點(diǎn)是能將NOX回收為有銷路的亞硝酸鹽或硝酸鹽產(chǎn)品,有經(jīng)濟(jì)效益,工藝流程和設(shè)備也較為簡單;缺點(diǎn)
61、是吸收不高,對煙氣中的NOX/NO的比例有一定限制</p><p> 濕法煙氣脫硝具有吸收劑種類多、來源廣泛、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),能以硝酸鹽等形式回收NOX,達(dá)到綜合利用的目的。但其實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)較復(fù)雜、能耗高;并且需要大量的液體吸收劑來洗滌鍋爐煙氣,同時吸收廢氣后的溶液難以處理,還容易造成二次污染。因此該技術(shù)對于含NOX濃度較高的、大煙氣量的燃煤電站來說不宜采用。</p><p> 2.干
62、法煙氣脫硝技術(shù)</p><p> 與濕法煙氣脫硝技術(shù)相比,干法煙氣脫硝技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有:基本投資低,設(shè)備及工藝過程簡單,脫除NOX的效率也較高,無廢水和廢棄物處理,不易造成二次污染。</p><p> 目前有兩類商業(yè)化的干法煙氣脫硝技術(shù),分別稱為選擇性催化還原(selective catalytic reduction, SCR)和選擇性非催化還原法(selective noncata
63、lytic reduction, SNCR).</p><p> ?。?)選擇性催化還原法</p><p> SCR由美國Eegelhard公司發(fā)明,于1959年申請專利。是利用NH3和催化劑在溫度為200℃~450℃時將NOX還原為N2。</p><p> SCR法中催化劑的選取是關(guān)鍵。對催化劑的要求是活性高、壽命長、經(jīng)濟(jì)性好和不產(chǎn)生二次污染。</p&g
64、t;<p> SCR法是國際上應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的一種煙氣脫硝技術(shù)。SCR法的優(yōu)點(diǎn)有:使用了催化劑,反應(yīng)溫度較低;凈化率高,可達(dá)85%以上;工藝設(shè)備緊湊,運(yùn)行可靠;還原后的氮?dú)夥趴眨瑹o二次污染。但也存在一些明顯的缺點(diǎn):煙氣成分復(fù)雜,某些污染物可使催化劑中毒;高分散度的粉塵微??筛采w催化劑表面,使其活性下降;系統(tǒng)中存在一些為反映的NH3和煙氣中的SO2作用,生成易腐蝕和堵塞設(shè)備的硫酸銨鹽,同時還會降低氨的利用率;投資與運(yùn)
65、行費(fèi)用較高。</p><p> ?。?)選擇性非催化還原法</p><p> SCR技術(shù)的催化劑費(fèi)用通常占到SCR系統(tǒng)初始投資的50%~60%,其運(yùn)行成本在很大程度上受催化劑壽命的影響。因此SNCR應(yīng)運(yùn)而生。其基本的原理是把含有氨基的催化劑噴入爐膛溫度為800℃~1100℃這一狹窄的溫度范圍,在沒有催化劑的情況下,該還原劑迅速熱分解成氨并與煙氣中的NOX進(jìn)行反應(yīng),使得NOX還原成N2和H
66、2O,基本上不與O2發(fā)生作用。</p><p> 通常以尿素或氨基化合物作為還原劑將NOX還原為N2。因?yàn)樾枰^高的反應(yīng)溫度(930~1090℃)還原劑通常注進(jìn)爐膛或者緊靠爐膛出口的煙道。主要的化學(xué)反應(yīng)為:</p><p> 4NH3+6NO→5N2+6H2O (1)</p><p> 可能的競爭反應(yīng)包括:<
67、;/p><p> 4NH3+5O2→4NO+6H2O (2)</p><p> 4NH3+3O2→4N2+6H2O (3)</p><p> 還原劑尿素或氨基化合物必須注入最佳溫度區(qū),才能確保反應(yīng)(1)占主導(dǎo);如果溫度超過1100℃,反應(yīng)(2)、(3)將變得重要;如果
68、溫度低于所希望的區(qū)間,殘留氨量將會增加[14]。</p><p> 該法的優(yōu)點(diǎn)是不需要催化劑,投資較SCR小,比較適合于環(huán)保要求不高的改造機(jī)組,目前大部分鍋爐都不采用此法,主要原因有:效率不高;反應(yīng)劑和運(yùn)載介質(zhì)(空氣)的消耗量大;氨的泄露量大;生成的硫酸銨鹽會腐蝕和堵塞下游的空氣預(yù)熱器等設(shè)備。</p><p><b> 3.電子束治理技術(shù)</b></p>
69、;<p> 電子法的原理是利用電子加速其產(chǎn)生的高能電子束,直接照射待處理的氣體,通過高能電子與氣體中的氧分子及水分子碰撞,使之離解、電離,形成非平衡等離子體,其中所產(chǎn)生的大量活性粒子(如OH-,O2-和HO2-等)與污染物進(jìn)行反應(yīng),使之氧化去除。</p><p> 許多國家已經(jīng)建立了一批電子束試驗(yàn)設(shè)施和示范車間。日本、德國、美國和波蘭的示范車間運(yùn)行結(jié)果表明,這種電子束系統(tǒng)去除SO2的總效率超過9
70、5%,去除NOX的效率達(dá)到80%~85%。</p><p> 電子束照射法脫除NOX的技術(shù),是當(dāng)今煙氣系統(tǒng)脫硝的一項(xiàng)新技術(shù),可以同時處理大型燃煤電站的SO2、NOX和飛灰。但電子束照射法仍有不少缺點(diǎn):(1)能量利用率低,當(dāng)電子能量降到3eV以下后,將失去分解和電離的功能,剩余的能量將浪費(fèi)掉;(2)電子束法所采用的電子槍價(jià)格昂貴,電子槍及靶窗的壽命短,所需的設(shè)備及維修費(fèi)用高;(3)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,占地面積大,X射線
71、的屏蔽與防護(hù)費(fèi)用較大。</p><p> 上述原因限制了電子束法的實(shí)際應(yīng)用和推廣。</p><p><b> 4.生物法處理技術(shù)</b></p><p> 生物法處理技術(shù)的實(shí)質(zhì)是利用微生物的生命活動將NOx轉(zhuǎn)化為無害的無機(jī)物,及微生物的細(xì)胞質(zhì)。</p><p> 由于該過程難以在氣相中進(jìn)行,所以氣態(tài)的污染物要先經(jīng)
72、過從氣相轉(zhuǎn)移到液相或固相表面的液膜中的傳質(zhì)過程。可生物降解的可溶性污染物從氣相進(jìn)入濾塔填料表面的生物膜中,并經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入其中的微生物組織,然后,污染物作為微生物代謝所需的營養(yǎng)物,在液相或固相被微生物降解凈化。</p><p> 美國愛達(dá)荷國家工程實(shí)驗(yàn)室(Idao National Engineering Laboratry)的研發(fā)人員最早發(fā)明了用脫硝菌還原煙氣中的NOX的工藝。當(dāng)煙氣在塔中的停留時間約為1min、
73、NO進(jìn)口濃度為335mg/m3時,NO的去除率可達(dá)到99%。塔中細(xì)菌的最適溫度為30℃~40℃,pH值為6.5~8.5。</p><p> 雖然微生物處理煙氣中NOX成本低,設(shè)備投入少,但要實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用還有許多的問題需要克服:(1)微生物的生長速度相對較慢,要處理大流量的煙氣,還需要對菌種作進(jìn)一步的篩選;(2)微生物的生長需要適宜的環(huán)境,如何在工業(yè)應(yīng)用中營造合適的培養(yǎng)條件將是必須克服的一個難題;(3)微生物的生
74、長,會造成塔內(nèi)填料的堵塞。</p><p> 對于工藝上要求連續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行、并有大容量的燃煤電站鍋爐煙氣脫除NOx的系統(tǒng)來說,用生物法處理電站煙氣中的NOx目前還處于試驗(yàn)階段,存在著明顯的缺陷,例如吸收塔的空塔氣速、煙氣溫度、反硝化細(xì)菌的培養(yǎng)、細(xì)菌的生長速度和吸收塔的堵塞等問題都有待解決。此技術(shù)要運(yùn)用到實(shí)際工程中,還需要進(jìn)一步的研究和發(fā)展。</p><p> 工業(yè)運(yùn)行的數(shù)據(jù)表明,SN
75、CR工藝的NO還原率較低,通常在30%~60%的范圍,而SCR工藝對NOX的轉(zhuǎn)化率為60%~90%。SCR技術(shù)對鍋爐煙氣NOX控制效果十分顯著,占地面積小,技術(shù)成熟,易于操作,目前已成為世界上應(yīng)用最多、最為成熟且最有成效的一種煙氣脫硝技術(shù)。</p><p> 1.5 SCR脫硝工藝</p><p> 1.5.1 SCR基本原理</p><p> 選擇性催化還原
76、(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(yīng)的活化能,使其反應(yīng)溫度降低至150~450℃之間[12]。因?yàn)殡姀S實(shí)際使用的溫度范圍是290℃~430℃,若無催化劑,反應(yīng)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(yīng)用的是液氨,其次是尿素。以氨為還原劑的SCR反應(yīng)如下。</p><p>&l
77、t;b> 主反應(yīng)方程式:</b></p><p> 4NO + 4NH3 + O2→4N2 + 6H2O (4)</p><p> NO + 2NO2 + 2NH3→2N2 + 3H2O (5)</p><p> 6NO + 4NH3→5N2 + 6H2O
78、(6)</p><p> 6NO2 + 8NH3→2N2 + 6H2O (7)</p><p><b> 副反應(yīng)方程式:</b></p><p> 4NH3 + 3O2→2N2 + 6H2O (8)</p><p> 2NH3 →N2 +
79、3H2 (9)</p><p> 4NH3 + 3O2→4NO + 6H2O (10)</p><p> 2SO2 + O2→2SO3 (11)</p><p> NH
80、3 + SO3 + H2O→NH3HSO4 (12)</p><p> 2NH3 + SO3 + H2O→(NH4)SO4 (13)</p><p> 反應(yīng)(4)為主要反應(yīng),因?yàn)闊煔庵械膸缀?5%的NOX均是以NO的形式存在。在反應(yīng)過程中,NH3可以選擇性地和NOX反應(yīng)生成N2和H2O,而不是被
81、O2所氧化,其基本原理如圖1-1所示。</p><p> 圖1-1 SCR基本反應(yīng)原理</p><p> 1.5.2 典型SCR系統(tǒng)組成</p><p> 煙氣脫硝系統(tǒng)由還原劑的制備系統(tǒng)和脫硝反應(yīng)系統(tǒng)兩部分組成,見圖1-2。脫硝反應(yīng)系統(tǒng)有SCR催化反應(yīng)器、噴氨系統(tǒng)、稀釋空氣供應(yīng)系統(tǒng)所組成。液氨存儲和供應(yīng)系統(tǒng)有液氨卸料壓縮機(jī)、液氨儲槽、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽、氨
82、氣稀釋槽、廢水泵和廢水池等。</p><p> 圖1-2 SCR脫硝系統(tǒng)組成</p><p> 1.5.3 SCR工藝流程</p><p> 典型的SCR主要工藝流程為:還原劑即液氨用灌裝卡車運(yùn)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;汽化的氨和稀釋空氣混合,通過噴氨格柵噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中;充分混合后的還原劑和煙氣
83、在SCR反應(yīng)器中催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng),以達(dá)到去除NOX的目的。</p><p> SCR的基本操作運(yùn)行主要包含以下幾個步驟:</p><p> ?。?)氨的準(zhǔn)備與儲存;</p><p> ?。?)氨的蒸發(fā)并與預(yù)混空氣相混合;</p><p> ?。?)氨與空氣的混合氣體在反應(yīng)器的適當(dāng)位置噴入煙氣系統(tǒng)中,其位置通常在反應(yīng)器入口附近的煙氣管路
84、內(nèi);</p><p> ?。?)噴入的混合氣體與煙氣的混合;</p><p> (5)各反應(yīng)物向催化劑表面的擴(kuò)散并進(jìn)行反應(yīng)。</p><p> 1.5.4 SCR工藝系統(tǒng)布置分類</p><p> 根據(jù)SCR反應(yīng)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[5]。</p><p><b
85、> 1.高溫高塵布置</b></p><p> 該布置方式中SCR反應(yīng)器在省煤器的下游、空氣預(yù)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1-3所示。</p><p> 圖1-3 高溫高塵布置</p><p> 這種布置的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度達(dá)到280℃~420℃,多數(shù)催化劑在這個溫度范圍內(nèi)有足夠的
86、活性。缺點(diǎn)是催化劑在未經(jīng)除塵的煙氣中,壽命會受以下因素影響:</p><p> ?。?)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(yīng)生成(NH3)SO4,使反應(yīng)器通道和下游的空氣預(yù)熱器堵塞。</p><p> 為了盡可能延長催化劑的使用壽命,除了應(yīng)選擇合適的催化劑外,還要使反應(yīng)器通道
87、有足夠的空間以防堵塞,同時要有防腐和防磨的措施。</p><p><b> 2.高溫低塵布置</b></p><p> 當(dāng)靜電除塵器布置在空氣預(yù)熱器的上游時,通常使用低塵SCR系統(tǒng)。如圖1-4所示。低塵SCR系統(tǒng)較高塵SCR系統(tǒng)具有更低的成本。</p><p> 圖1-4 高溫低沉布置</p><p> 高溫低塵
88、布置的優(yōu)點(diǎn):(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(dú)立存在,不影響鍋爐的正常運(yùn)行;(3)氨泄漏量與高溫高塵布置方式的相比要少。</p><p> 缺點(diǎn):(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(zhuǎn)化為SO3,與泄漏的氨生成具很強(qiáng)腐蝕性的硫酸銨鹽;(3)國內(nèi)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)很少,可供參考的工程實(shí)例也少。</p><p><
89、b> 3.低溫低塵布置</b></p><p> 這種布置方式通常將SCR反應(yīng)器布置在所有的氣體排放控制設(shè)備之后,此時的煙氣經(jīng)前面的氣體控制設(shè)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1-5所示。</p><p> 低溫低塵布置的優(yōu)點(diǎn):(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
90、的;(3)不會產(chǎn)生SO3,防止二次污染。</p><p> 缺點(diǎn):(1)煙氣經(jīng)除塵脫硫后,溫度降低,低于氨還原NOX反應(yīng)所需的溫度,需要重新加熱,增加投資和運(yùn)行成本;(2)很難找到符合反應(yīng)條件的催化劑。</p><p> 圖1-5 低溫低塵布置</p><p> 綜上所述,由于高溫高塵工藝布置是目前應(yīng)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
91、硝系統(tǒng)幾乎采用這種布置方式。以下的設(shè)計(jì)中采用高溫高塵布置方式。</p><p><b> 1.6 催化劑</b></p><p> 選擇優(yōu)良的催化劑是SCR技術(shù)的關(guān)鍵。催化劑有貴金屬和普通金屬,貴金屬易與硫氧化物反應(yīng),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
92、催化劑表面,其特定的氧化優(yōu)勢有利于將氨和NOX轉(zhuǎn)化為氨水和水,并且工作溫度較低(350℃~450℃),能在富氧環(huán)境下工作,抗中毒能力較強(qiáng),可負(fù)載于Al2O3、SiO2等氧化物中。電廠所用的V2O5催化劑大都是負(fù)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[12]。</p><p> 以下對催化劑的種類進(jìn)行介紹:</p><p> 按溫度分類
93、,可分為三類:高溫催化劑,345℃~590℃;中溫催化劑,260℃~380℃;低溫催化劑,80℃~300℃。目前,國內(nèi)外SCR系統(tǒng)大多采用高溫催化劑,反應(yīng)溫度在280℃~420℃之間。</p><p> 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[5]。</p><p> 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
94、期設(shè)計(jì)的SCR系統(tǒng)中多采用此類催化劑,其對SCR反應(yīng)有較高的活性,且反應(yīng)溫度較低,缺點(diǎn)是是對NH3有一定的氧化作用。目前僅應(yīng)用于低溫條件下以及天然氣燃燒后NOX的脫除。</p><p> 第二類的金屬氧化物類催化劑,廣泛應(yīng)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(chǔ),添加CrOx、Al2O3、ZrO2、SiO2及微
95、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(jié)構(gòu),在SCR反應(yīng)中所具有的活性極小。</p><p> 當(dāng)采用第二類催化劑時,通常以氨或尿素作為還原劑。反應(yīng)機(jī)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(jié)構(gòu)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(yīng)用最為廣泛,其技術(shù)發(fā)展也最為成熟,其活
96、性唯獨(dú)區(qū)間為300℃~400℃。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(jié)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(qiáng)度,減少開裂,并加聚乙烯、淀粉、石蠟等有機(jī)化合物作為成型黏結(jié)劑。</p><p> 第三類是沸石分子篩型,主要是采用離子
97、交換方法制成的金屬離子交換沸石。通常采用碳?xì)浠衔镒鳛檫€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(xué)者對其研究較多。這一類催化劑的特點(diǎn)是具有活性的溫度區(qū)間較高,最高可達(dá)到600℃。同時,這類催化劑也是目前國外學(xué)者研究的中點(diǎn),但是工業(yè)應(yīng)用方面還不多。</p><p> 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。</p>&
98、lt;p> 蜂窩式催化劑采用二氧化鈦?zhàn)鞴羌懿牧?,將V2O5和TiO2混合后擠壓成型,經(jīng)干燥、燒結(jié)后裁切裝配而成,市場份額約60%~70%[10]。主要供應(yīng)商:美國的Cormetech,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(diǎn)。蜂窩式催化劑如圖1-6所示。</p><p> 圖1-
99、6 蜂窩式催化劑</p><p> 板式催化劑采用金屬板作為基材,浸漬催化劑后燒結(jié)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(jié)成型,市場份額占5%左右[10]。主要供應(yīng)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(yīng)力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),但比表面積小,相對壓降大。</p><p> 波紋狀催化劑的制作是采用玻璃纖維板或陶
100、瓷板作為基材浸漬燒結(jié)成型。主要供應(yīng)商有丹麥的Haldor Topsoe和日本的Hitachi Zosen,板式、波紋式催化劑如圖1-7所示。</p><p> 圖 1-7 左為板式催化劑 右為波紋式催化劑</p><p> 通過比較板式和蜂窩式催化劑的性能(見表1-2),發(fā)現(xiàn)蜂窩式催化劑測定性能高于板式催化劑。</p><p> 表1-2 板式與蜂窩式催化劑比
101、較</p><p><b> 注:★代表星級</b></p><p><b> 1.7 還原劑原料</b></p><p><b> 1.7.1液氨</b></p><p> 常溫下,無水氨(又稱液氨)是無色氣體,有刺激性惡臭,通常以加壓液化氣的方式儲存,液氨的合格品含
102、量不低于99.6%,轉(zhuǎn)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(dāng)程度的危害。因此,在交通運(yùn)輸及SCR系統(tǒng)現(xiàn)場使用過程中,都需要采取相應(yīng)的安全措施。</p><p><b> 1.7.2 氨水</b></p><p> 用于燃煤電站SCR煙氣脫硝的還
103、原劑—氨水,采用的濃度為20%~30%之間,相對比較安全,但由于運(yùn)輸?shù)捏w積較大,運(yùn)輸?shù)某杀鞠鄬^高。氨水呈弱堿性和強(qiáng)防腐性,對人體有害,在空氣中達(dá)到一定的濃度時,也有爆炸的危險(xiǎn)。</p><p><b> 1.7.3 尿素</b></p><p> 與無水氨和氨水相比,尿素是無毒、無害的化學(xué)品,為白色或淺黃色的結(jié)晶體,吸濕性較強(qiáng),易溶于水。</p>
104、<p> 由于尿素需要水解或熱解才能得到氨蒸氣,在轉(zhuǎn)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(jié)和高防腐性的氨基甲酸銨的形成,相關(guān)的設(shè)備和管道都需要采用不銹鋼材質(zhì),同時還需設(shè)置伴熱措施[5]。因此,其工藝系統(tǒng)相對比較復(fù)雜,設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用都較高;此外,國內(nèi)尚無商業(yè)化尿素分解制氨技術(shù),全套需要進(jìn)口。</p><p> 綜上所述,通過表1-3所列數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn),在以上三種的
105、還原劑原料中,液氨法的投資、運(yùn)輸和使用成本為三者最低,但此法在運(yùn)輸和使用過程中需要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的安全規(guī)定,具有一定的危險(xiǎn)性和安全隱患;氨水的質(zhì)量百分比一般為20%~30%,較液氨安全,但運(yùn)輸體積大,運(yùn)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(fù)雜、設(shè)備占地大、初投資大等問題。</p><p> 表1-3 三種SCR還原劑的技術(shù)比較</p><p> 1.8
106、 SCR反應(yīng)器</p><p> SCR反應(yīng)器是還原劑和煙氣中的NOX發(fā)生催化還原反應(yīng)的場所,通常由帶有加固肋的碳鋼制塔體、煙氣進(jìn)出口、催化劑放置層、人孔門、導(dǎo)流葉片及必要的連接件等組成。</p><p> 圖 1-8 SCR系統(tǒng)流程圖</p><p> 反應(yīng)器是煙氣脫硝最核心的設(shè)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(yīng)器之中[9]。目前催化劑的
107、各層托架以及反應(yīng)器殼體都連為一個整體,層間距固定,采用下部支承方式,各層催化劑的質(zhì)量最后全部向下落在反應(yīng)器外的框架梁上。</p><p> 如圖1-8所示,在SCR反應(yīng)器殼體的設(shè)計(jì)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(yīng)器殼體通常采用標(biāo)準(zhǔn)的板箱式結(jié)構(gòu),輔以各種加強(qiáng)筋和支撐構(gòu)件來滿足防震、承載催化劑、密封、承受荷載和抵抗應(yīng)力的要求,并且實(shí)現(xiàn)與外界的隔熱[2]。</p>&
108、lt;p> 為了克服常規(guī)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)帶來的熱應(yīng)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(yīng)器。反應(yīng)器由相互獨(dú)立的反應(yīng)器殼體和固定在立柱上的頂部橫梁兩部分所組成。反應(yīng)器殼體內(nèi)部設(shè)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(yīng)器殼體懸吊在反應(yīng)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
109、位作用。每根梯形螺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(zhuǎn)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[4]。懸吊式煙氣脫硝反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖1-9所示。</p><p> 圖 1-9 懸吊式煙氣脫硝反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)</p><p> 1-反應(yīng)器殼體;
110、2-螺紋吊桿;3-主螺母;4-推力軸承;5-輔助螺母;6-立柱;7-上梁;8-下梁;9-催化劑托架</p><p> SCR反應(yīng)器通常布置在鍋爐省煤器出口與空氣預(yù)熱器入口之間,離開鍋爐省煤器的熱煙氣在進(jìn)入SCR反應(yīng)器前,在遠(yuǎn)離SCR反應(yīng)器的上游煙道中噴入氨,使氨與煙氣充分均勻混合后進(jìn)入反應(yīng)器[2]。氨在反應(yīng)器中催化劑的作用下,在有氧氣的條件下選擇性地與煙氣中的NOX發(fā)生化學(xué)反應(yīng),將NOX轉(zhuǎn)換成無害的氮?dú)夂退魵?/p>
111、。一個高效的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)不僅需要對催化劑進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì),而且需要對供氨與噴氨系統(tǒng)、煙氣管道及控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使SCR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行狀態(tài),脫硝效率達(dá)到90%以上,并使氨逃逸量控制在(2~3)×10- 6 以內(nèi)[8]。為了使SCR 脫硝效率達(dá)到最高,同時使氨逃逸量控制在最低水平,其技術(shù)關(guān)鍵是如何精確控制與調(diào)節(jié)SCR 反應(yīng)塔入口煙氣中NH3/NOx摩爾比的分布、煙氣速度分布以及煙氣溫度分布這3個重要參數(shù),使其實(shí)現(xiàn)均
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