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1、摘要燃煤电厂污染物NOX的排放日益严重地影响着环境、气候和人类的健康，解决电站锅炉NOX排放对环境的影响，已成为一个中国要问题。本论文经过对锅炉燃煤烟气脱硝设计，并对其技术经济特性进行了相应分析，进而针对大唐哈尔滨热电厂的锅炉进行了脱硝方案的设计。该厂在炉膛上部区域喷入一定量的液氨溶液，将烟气中的NOX还原N2和H20。改设计通过对SCR反应器及液氨系统的设计，使烟气的脱硝效率达到80%或以上。关键词：NOX，SCR，SCR反应器，液氨系统燃煤锅炉烟气脱硝设计4第一章 绪论41.1 研究背景及意义41.1.1 氮氧化物的来源及生成机理41.1.2氮氧化物的危害51.1.3国内外氮氧化物的排放情
2、况及控制对策61.1.3.1国内NOx的排放情况及控制对策61.1.3.2国外NOx的排放情况及控制对策71.2烟气脱硝技术81.2.1选择性催化还原烟气脱硝技术81.2.2选择性非催化还原烟气脱硝技术81.2.3 SNCR/SCR联合烟气脱硝技术81.2.4 液体吸收法81.2.5微生物法81.2.6活性碳吸收法91.2.7电子束照射法（EBA）和脉冲电晕等离子体法（PPCP）91.2.8 炽热碳还原法91.2.9 湿式络合吸收法91.3各种烟气脱硝工艺的比较9第二章 选择性催化还原脱硝原理与工艺112.1 SCR反应原理112.2 V2O5/TiO2催化反应原理112.3 SCR脱硝效率的
3、主要影响因素11第三章 选择性催化还原脱硝系统的设计123.1工程概况123.2脱硝系统的设计原则123.3 SCR的关键控制参数133.3.1烟气参数143.3.2 SCR反应器主要工艺参数143.4 SCR反应器尺寸估算153.4.1 SCR反应器截面尺寸估算153.4.2 SCR反应器断面尺寸估算153.5氨区工艺系统及主要设备183.5.1氨的存储和处理系统183.5.2 NH3卸料压缩机系统183.5.3液氨储罐183.5.5 氨气缓冲槽203.5.6稀释罐203.5.7 氨区废水处理203.5.8 氨区的氮气吹扫设计203.5.9 管道、闸门及其附件材质要求213.6氨区的布置21
4、第四章 燃煤电厂烟气脱硝技术经济分析214.1概述214.2 SCR总投资成本分析234.3 经济评价244.3.1主要参数244.3.2 总投资估算24 燃煤锅炉烟气脱硝设计第一章 绪论1.1 研究背景及意义随着我国经济的快速发展，对能源的消耗大幅度增加，由此而引起的环境污染问题越来越引起人们的重视。大量的化石燃料在其燃烧过程中排放出CO2、SO2、粉尘和氮氧化物（NOx）等污染物严重破坏了大气环境，造成我国城市空气质量下降。我国是当今世界上唯一以煤为初级能源的经济大国，也是以燃煤发电为主的发展中国家，经济发展水平与发达国家相比还有较大差距，环保技术的发展也处于较落后状态。在今后几十年内，以
5、煤炭为主的能源结构不会发生显著变化。煤炭的燃烧易造成严重空气污染，对人类健康和环境危害极大。预计在未来几十年内，我国NOx排放量会随着经济的发展有很大增长。氮氧化物的排放量在2000年已达1000万吨，根据目前的发展情况，2020年将会达到或超过2000万吨。氮氧化物排放的迅速增长给环境和人类健康带来了巨大压力。在不远的将来，环境问题将成为制约经济发展的重要因素，因此保护和改善环境是保证我国经济可持续发展的必要条件。积极开发研究脱硝技术，满足环境保护的要求，具有非常现实的环境、经济和社会意义。1.1.1 氮氧化物的来源及生成机理氮氧化物（NOx）对大气的的污染是一个世界性的环境问题，它对大气的
6、影响主要是酸雨和较高的地面臭氧浓度。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NO2。NOx的主要来源有：化石燃料的燃烧、生物体燃烧、闪电过程、平流层光化学过程、在大气中的氧化、土壤以及海洋中的NO2光解等。其中，煤、天然气、石油等化石燃料的燃烧约占NOx排放总量的90%。一般认为氮氧化物的生成途径主要有三类：1.空气中氮在高温下氧化产生，称为热力型NOx；2.由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与
7、氧气作用以极快的速度生成NOx，称为快速型NOx；3.燃料中含氮化合物在燃烧中氧化生成的，称为燃料型NOx。1.1.2氮氧化物的危害氮氧化物主要以六种形式存在：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），煤燃烧形成的氮氧化物主要是NO和NO2。其中，NO含量占烟气的90%以上。NO和NO2都是具有强烈毒性的气体。NO非常容易与动物血液中的色素(Hb)结合，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹。它与血色素的亲和力很强，约为CO的数百倍至一千倍，对人体健康影响很大。而NO2毒性比SO2和NO都强，约为NO的45倍。N
8、O2对呼吸器管粘膜有强烈的刺激作用，引起肺气肿和肺癌。此外NO2对人体的心、肝、肾和造血组织等都有损害。在大气中的氮氧化合物达到100150 ppm的高浓度时，人连续呼吸3060 min便会中毒。一氧化氮与血液中血红蛋白亲和力较强，从而使血液输氧能力下降，人体急性中毒后出现缺氧症状。一氧化氮还导致中枢神经系统受损，引起痉挛和麻痹。高浓度中毒时，将迅速导致肺部充血和水肿，甚至窒息死亡。二氧化氮是具有特异刺激性臭味的棕色气体，其味道在1ppm时就能被感觉到。二氧化氮严重刺激呼吸系统，使血液中血红蛋白硝化，同时对人的心、肝、肾、造血组织都有影响。人在有l00ppm二氧化氮大气中呼吸60min，或在4
9、00ppm二氧化氮的大气中呼吸5min就可以招致死亡。二氧化氮慢性中毒表现为支气管和肺部呼吸障碍、肠胃痛、牙痛。0.250.5ppm二氧化氮长期吸入可引起支气管和肺部组织发生病变，使呼吸机能慢性衰退。二氧化氮对植物有损害作用。25ppm二氧化氮在7小时内可使豆类、西红柿等作物叶子变白，更严重时会使植物枯萎，甚至死亡。NOx的危害还在于它与SO2一样都可以造成酸雨的主要来源，并且与烃类化合物在太阳光照射下发生一系列光化学反应而生成光化学烟雾。对于人类及自然环境有很大危害性。1.1.3国内外氮氧化物的排放情况及控制对策1.1.3.1国内NOx的排放情况及控制对策NOx污染主要来源于生产、生活中所用
10、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）；其次是来自生产、使用硝酸的工厂，以及车辆排放的尾气。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年已经达到了300万吨。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。表1.1 我国近几年电力行业氮氧化物排放量 单位：万吨年份199619971998199920002001200220032004排放量359.3350.3360.5401.9469.0497.5536.859
11、7.3665.7表1.2 2010年火电厂装机及典型排污水平项目新机组旧机组新+旧机组装机容量/GW230350580典型机组/MW600300-典型NOx排放浓度（标准状态）/（mg/m3）400800640单位发电量的NOx排放量/g/（Kwh）2.04.03.2年运行小时/h570057005700年排放NOx总量/万吨2608001060另一方面随着现代社会汽车持有数量的剧烈增长，由汽车排放的NOx所占的比重日益增加，逐渐成为人们所关注的对象。发动机废气中的NO是经由入口的N2 和O2 以及燃料中的含氮化合物在高温高压下生成的。废气中的NO浓度取决于汽车发动机燃烧情况如温度、空气燃气比
12、等。1995年全国机动车辆（不包括农用车辆）的NOx 排放量为141万吨，若包括农用车辆，其排放估算量可能将增加三成，机动车的排放量估计占排放总量的不到20%，是城市的NOx的主要来源之一。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，也是2000年重点城市“一控双达标”中城市环境空气质量达标项目之一。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
13、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。1.1.3.2国外NOx的排放情况及控制对策国外对于NOx排放的治理比我国进行的早，也更完善。早在1979年，33个国家共同签署了可联合国经济委员会关于欧洲长距离越境空气污染公约。1988年11月根据该公约签定了一项议定书，要求到1994年将NOx排放冻结在1987年或之前的水平上。欧洲在早1988年通过了“欧共体关于大型燃烧设备污染物排放限制法令”，要求欧共体在1987年以前安装的大于50MW的全部燃烧设备NOx排放总量到1993年要在1980年基础上削减10%，到1998年
14、削减30%。除上述国际公约以外，许多国家还根据各自特点采取了相应的国际行动。在德国，随着NOx对环境影响的日益严重，控制燃煤电厂的NOx排放越来越受到人们的重视。1984年原联邦德国在“大型燃烧设备规定”中制定了严格的气体污染物排放限值，其中，300MW以上燃煤燃烧器NOx的烟气中浓度必须控制在200mg/m3以下。如今，德国的燃煤电厂不仅陆续开发采用了低NOx燃烧系统，全面安装了烟气脱硝装置，而且对老式锅炉进行技术改造和燃烧优化调整。由于单纯通过采用低燃烧器难以使烟气中NOx的达到低于排放限值，因此德国的燃煤电厂普遍采用称为二级脱硝技术的烟气脱硝技术，以降低烟气中己生成的NOx的排放。在日本
15、，烟尘和的SO2污染问题已经基本得到解决，而NOx造成的污染成为治理大气污染的主要任务。针对NOx污染问题，日本政府已经采取了一系列措施，这对中国控制NOx有一定的借鉴意义。日本降低排放的技术措施主要是燃烧控制和烟气脱硝。在70年代初日本烟气脱硫和烟气脱硝技术同时起步，处理设施的数量和处理的能力逐年提高，脱硝方式则大多采用选择性催化还原法，至今己有大约套170选择性催化还原装置投入生产运行，NOx的排放已经得到初步控制。1.2烟气脱硝技术1.2.1选择性催化还原烟气脱硝技术选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction, 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。1.2.2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（Selective Non-Catalytic Reduction,
