燃煤电厂SCR脱硝工艺的设计毕业设计.doc
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1、燃煤电厂SCR脱硝工艺的设计摘 要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、广州等一些大城市,氮氧化物含量超标。SCR工艺与其它工艺相比,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,以满足不断更新的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,对SCR系统的工艺结构进行了设计计算,并对催化剂及辅助设备进行了选型。关键词:氮氧
2、化物,SCR工艺,催化剂,结构设计Abstract 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. Therefore our country pollutant discharge total quantity stays at a high level for a long time, goes far beyond t
3、he environment automatic depuration ability. The nitrogen oxide pollution intensifies unceasingly, nitrogen oxide content exceeding the allowed figure specially Beijing, Shanghai, Guangzhou and other some big cities.The SCR craft compares with other crafts, has the high NOX removing rate (above 80%)
4、, 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 form secondary pollution, the installment structure is simple, the operation is rel
5、iable, is advantageous for the maintenance. This design has the haze nature and the emissions request in view of the power plant coal-fired boiler, has carried on the design calculation to the SCR system equipments structure, and carries on the shaping to the catalyst and the supporting facility. Ke
6、y words:Nitrogen oxide, SCR process, catalyst, structural design59毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、
7、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日
8、期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日目 录摘 要IABSTRACTII第一章 前 言11.1 综述11.1.1 选题背景11.1.2 研究意义11.2 NOX的特性、来源和危害21.2.1 NOx的特性21.2.2 NOx的来源21.2.3 NOx的危
9、害31.2.4 燃煤电站NOX的产生51.3 环保政策法规51.4 NOX污染的治理61.4.1 我国燃煤NOx排放现状61.4.2 常规处理61.4.3 燃烧后控制81.5 SCR脱硝工艺111.5.1 SCR基本原理111.5.2 典型SCR系统组成131.5.3 SCR工艺流程131.5.4 SCR工艺系统布置分类141.6 催化剂161.7 还原剂原料191.7.1液氨191.7.2 氨水191.7.3 尿素191.8 SCR反应器201.9 喷氨格栅221.10 吹灰器231.11影响SCR脱硝性能的几个关键因素241.11.1 催化剂241.11.2 反应温度251.11.3 适当
10、的氨气输入量及与烟气的均匀混合25第二章 SCR系统的设计与计算262.1 项目执行标准262.2 原始参数262.3 SCR反应器设计计算262.3.1 SCR反应器尺寸计算272.3.2 塔的设计计算292.3.3催化剂的选型332.3.4喷氨系统喷射管设计332.3.5氨气/烟气静态混合器342.3.6吹灰器设计35第三章 SCR辅助设备选型373.1 供氨装置373.1.1卸氨压缩机373.1.2液氨储罐383.1.3液氨蒸发器393.1.4氨气缓冲罐403.1.5氨气稀释槽413.1.6 氨/空气混合器413.1.7 废水泵423.2 液氨提升泵的选型423.3 省煤器旁路423.4
11、 进出口烟道43第四章 经济分析与工程概算444.1 经济分析与评价的意义和基本原理444.1.1 经济分析与评价的意义444.1.2 经济分析与评价的基本原理444.2 工程概算454.2.1 编制依据454.2.2 工程概算454.3 技术经济分析464.3.1 投资总额464.3.2 职工定员464.3.3 生产成本计算464.4 运行与维护484.4.1 氨区的安全规范484.4.2 SCR系统操作规程484.5安全和环境保护484.5.1一般规定484.5.2环境保护49第五章 结论与建议505.1 结论505.2 建议50参 考 文 献51致 谢53声 明54第一章 前 言1.1
12、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。以煤炭为主的一次能源生产和消费结构带来了严重的环境污染问题,并损害了可持续发展的经济和环境基础。目前,火电厂氮氧化物的排放量约占全国氮氧化物排放总量的一半,火电厂的数量仍然在不断增加。控制氮氧化物排放量已成为火电厂继烟气除尘、脱硫之后的第三项污染重点治理工作。国家和地方环保部门对电厂污染物的排放和总量有了较严格的控制。北京和天
13、津的地方排放标准比国家标准要求更高。北京DB11/139-2007锅炉大气污染物排放标准中,08年的第II时段比07年第I时段的排放要求高,以后逐渐更加严格。单纯的低氮燃烧技术已无法满足氮氧化物的排放标准,目前应用最广最有效的烟气脱硝主流技术是SCR技术,能达到90%以上的脱硝效率。在2010年12月3日结束的“十二五”中国精细化工产业发展研讨会上,中国化工经济技术发展中心副总工程师、全国精细化工原料及中间体行业协作组副理事长徐京生透露,由于新增氮氧化物控制指标,“十二五”期间,有关化肥企业的脱硝将成为节能减排新的着力点,我国脱硝市场也将快速启动。国家将在“十二五”期间像强制脱硫一样实施强制脱
14、硝。据介绍,目前,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。环保领域在“十二五”期间的投资需求非常巨大,脱硝成为最值得关注的部分,预计“十二五”和“十三五”期间,国家在这一领域的投资需求将高达万亿元。在脱硫、除尘之后,脱硝毫无疑问将成为“十二五”节能减排的重中之重。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
15、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400 mg/m3。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
16、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,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(NO)、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)和四氧化二氮(N2O4)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NO2。常规职业环境中接触的是几种气体混合物,常称为硝烟,主要为NO2和NO,NO2为主。一氧化氮(NO)性质不稳定,无色,在
17、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,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。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
18、为源。人为源的 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)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。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。对环境、生态、人类的危害,对经济发展的
19、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,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,14ppm即有恶臭,25ppm就恶臭难闻了。空气中的含量在3.510-6(体积分数)持续1小时,开始对人体有影响;含量为(2050)10-6时,对人眼有刺激作用;当含量达到15010-6时,对人体器官有强烈的刺激4。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
20、会引起一系列连锁反应,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。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。表1-1 NO2不同浓度
21、对动植物的危害NO2的浓度/ppm危害0.54个小时,肺细胞病理组织发生变化;312个月,患肺气肿,抵抗力下降1闻到臭味2.5大于7个小时,农作物如西红柿、豆类等的叶子变白3.5大于2个小时,动物感染细菌的机会增大5臭味强烈1015眼、鼻及呼吸道受到刺激25人只能短时间暴露501分钟内,鼻受强烈刺激,呼吸异常805分钟内,感到胸痛1001501小时内,因肺水肿而死亡200以上人立即死亡由于大气的氧化性,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,加速了区域性酸雨的恶化3。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NO
22、X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。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的NO,它被称为“热力NO”(T-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,称为“燃料
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