水泥窯爐SNCR脫硝系統(tǒng)工藝設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u22661水泥窯爐SNCR脫硝系統(tǒng)工藝設計案例 124911.1設計依據(jù) 1145331.2設計基礎參數(shù) 1190891.3SNCR系統(tǒng)的相關耗量計算及工藝設計 2173141.3.1氨水消耗量的計算 2275211.3.2壓縮空氣的計算 480321.4設備選型 449271.4.1氨水儲存系統(tǒng) 449561.4.2氨水泵的選型 685211.4.3氨水噴槍的選型 6103431.5SNCR工藝流程概述 7設計依據(jù)燃煤是水泥行業(yè)回轉窯爐的主要燃燒對象，在物料燒制過程中，在這個過程會產(chǎn)生大量的煙氣，煙氣中含有大量NOxREF_Ref73990770\r\h［25］。本SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)主要是為長期穩(wěn)定確保4000t/d熟料水泥生產(chǎn)線水泥窯爐的NOx排放量達到環(huán)保標準而設計的。設計基礎參數(shù)圖表STYLEREF2\s3.2.SEQ圖表\*ARABIC\s21水泥窯爐SNCR脫硝系統(tǒng)的主要設計的性能參數(shù)名稱單位數(shù)據(jù)熟料生產(chǎn)線規(guī)模t/d4000入口濕煙氣量Nm3/h260000干煙氣實際含氧量Vol%3煙氣中含水量Vol%5氨水濃度%20氨逃逸率ppm10NH3/NOx實際摩爾比mol/mol1.65年運轉時間h7200入口NOx濃度（標態(tài)，10%含氧，干基）mg/Nm3600出口NOx濃度mg/Nm3300NOx脫除率%50SNCR系統(tǒng)的相關耗量計算及工藝設計SNCR脫硝系統(tǒng)的主要計算包括氨水用量和壓縮空氣的消耗。根據(jù)表3.2可知，入口煙氣濕量Vw=260000Nm3/h，入口NOx濃度（標態(tài)，10%含氧，干基）CNOx10%O2=600mg/Nm3(NO占95%,NO2占5%)。脫硝率ηNOx=50%，還原劑采用ρ=20%氨水，脫硝后氨逃逸率γa=10ppm，干煙氣實際含氧量CO2=3%，煙氣中含水量Vh=5%，NH3/NOx實際摩爾比NSR=1.65，年運轉時間T=7200h。由于SNCR脫硝技術全過程屬于化學反應，所以對氨水和壓縮空氣的計算將采取化學反應方程式的方法。具體計算如下:氨水消耗量的計算SNCR的化學反應很復雜，會有多個化學反應同時進行，其中有兩個方程式為主反應。主要反應為:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(3-1)4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O（3-2）氨水消耗量的計算就以這兩個主要化學反應來進行：氨水的消耗量與氮氧化物的處理量相關，首先應該計算出窯爐煙氣中NOx的排放量：NOx排放量的計算入口煙氣流量：Vq式中，Vq為入口煙氣流量，Nm3/h；Vw為入口濕煙氣量，Nm3/h；Vh為煙氣中含水量，代入公式(3-3)得出以下計算:Vq=260000Nm3/h×（1－5÷100）＝247000Nm3/h入口NOX濃度：CNO式中，為入口NOX濃度，mg/Nm3；為入口NOx濃度（標態(tài)，10%含氧，干基），mg/Nm3；為干煙氣實際含氧量，代入公式(3-4)得出以下計算:=600mg/Nm3×（21-3）/（21-10）=981.818mg/Nm3由于氨是分別與NO和NO2進行反應，所以氨的耗量計算還需要分別知道NO和NO2的排放量。NO和NO2的含量百分比分別是95%和5%，它們的排放量計算如下:NO的排放量:CNO=式中，2.05和1.34為NO2和NO的密度；CNO為NO濃度，mg/Nm3；為入口NOX濃度，mg/Nm3，代入公式(1-5)得出以下計算:CNO=981.818mg/Nm3/2.05×0.95×1.34=609.69mg/NmNO2的排放量:=×0.05(3-6)式中，為NO2的排放量，mg/Nm3；為入口NOX濃度，mg/Nm3，代入公式(3-6)得出以下計算:=981.818mg/Nm3×0.05=49.1mg/Nm3氨耗量的計算氨的耗量分兩個部分組成，第一是參與NO反應的主化學方程式（3-1），第二是參與NO2的主化學方程式（3-2）。參與主方程式（3-1）的純氨小時耗量的計算方法如下：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O=Vq×CNO×17/(30×106)×NSR（3-7）式中，Wa1為參與化學方程式(3-1)的純氨小時耗量，kg/h；Vq為入口煙氣流量，Nm3/h；；CNO為NO濃度，mg/Nm3；NSR為NH3/NOx實際摩爾比，mol/mol，NSR=1.65，代入公式(3-7)得出以下計算:=247000Nm3/h×609.69mg/Nm3×17/（30×106）×1.65=140.80kg/h即，參與反應方程式(3-1)的純氨用量為每小時140.80kg。參與化學方程式（3-2）的純氨小時耗量Wa2的計算方法如下：4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2OWa2=Vq×CNO2×17×2/(46×106)×NSR(3-8)式中，Wa2為參與化學方程式(3-2)的純氨小時耗量，kg/h；Vq為入口煙氣流量，Nm3/h；CNO為NO2的排放量，mg/Nm3；NSR為NH3/NOx實際摩爾比，mol/mol，NSR=1.65，代入公式(3-8)得出以下計算:=247000Nm3/h×49.1mg/Nm3×17×2/（46×106）×1.65=14.80kg/h即，參與反應方程式(3-2)的純氨用量為每小時14.80kg。綜合上述，純氨的總用量Wa為:=＋=140.80kg/h+14.80kg/h=155.6kg/h已知氨水的質(zhì)量濃度ρ為20%，氨水耗量：W=式中，WaW=155.6kg/h÷0.2=778kg/h壓縮空氣的計算壓縮空氣的消耗主要發(fā)生在SNCR的噴淋系統(tǒng)，如果按每千克氨水消耗0.2Nm3的壓縮空氣來計算，每小時壓縮空氣理論耗量Vr:每小時壓縮空氣理論耗量：Vr=W×0.2（3-10）式中，W為氨水耗量，kg/h；Vr為每小時壓縮空氣理論耗量，代入公式(3-10)得出以下計算:Vr=778kg/h×0.2=155.6m3/h設備選型設備選型指根據(jù)擬建項目的生產(chǎn)能力和技術方案，來確定設備的型號與規(guī)格。設備選型，是與技術方案密切相關的，二者相輔相成。沒有先進的技術方案，先進的設備難以發(fā)揮應有的功能；沒有先進的設備，也不可能實現(xiàn)先進的技術。不過，在不得不單獨獲取技術的情況下，設備選型應該服從于技術決定。氨水儲存系統(tǒng)通常氨水選擇三種濃度的一種，即19%，20%，29%。采用濃度不同的氨水，適用的布置和安全標準也有一定的差異。相同的水泥窯爐工況下，采用的氨水濃度不同，氨罐的容積以及注射泵，管線，閥門等的參數(shù)都會有差異。通常氨水濃度應該由工程公司和業(yè)主協(xié)商，根據(jù)業(yè)主采購情況來具體確定。本文采用濃度為20％的氨水溶液。存儲罐的容積一般要比純氨系統(tǒng)大很多，但是考慮到制造、運輸方面的限制，通常要限制在100m3以內(nèi)?？紤]工程所在地的氣象因素，也就是因為臺風、颶風、暴風雨、暴雪等災害天氣可能造成的廠外氨水供應中斷的時間，再確定存儲罐的合理尺寸。當一個罐子的極限尺寸也不能滿足合理的儲量要求時，可以采用兩個或多個罐子的布置形式。當然，綜合考慮制作運輸成本，也可能在單罐容量足夠使用情況下，采用2個以上的小罐子布置，但是通常不推薦這樣的設計。一般情況下，氨罐存儲量要保證水泥窯爐滿負荷脫硝運行7~14天的量，特殊情況下可以取不少于5天的量。根據(jù)4000t/d熟料生產(chǎn)線的實際情況，氨水消耗量為776.36kg/h，要求可以儲存3天的用量，即可儲存55.90噸的氨水溶液，所以本文采用高為5.15米，直徑為4.20米，容積率為0.87，體積為70m3的一個儲罐。圖表STYLEREF2\s3.4.SEQ圖表\*ARABIC\s21氨儲存罐參數(shù)名稱單位數(shù)據(jù)氨水耗量kg/h776.36天耗量t/d18.63儲存天數(shù)d3.00承載量t55.90氨水濃度%20.00名稱單位數(shù)據(jù)密度t/m30.93承載體積m360.43罐體容積率0.87罐體高徑比1.22罐體高度m5.15罐體直徑m4.20罐體體積m369.46最終體積m370.00罐體數(shù)1.00單個罐體體積m370.00材料密度kg/cm37.90底部厚度mm8.00筒體厚度mm6.00頂部厚度mm4.00儲罐重量t4.54表面積m281.81氨水泵的選型SNCR系統(tǒng)氨水泵的特點是小流量和高壓頭，因此選型有一定的難度?？梢赃x立式或臥式，都應該采取戶外設計的防護等級要求。圖表STYLEREF2\s3.4.SEQ圖表\*ARABIC\s22氨水泵參數(shù)名稱規(guī)格型號單位數(shù)量氨水卸載泵臺2廢水泵臺1氨水循環(huán)輸送泵流量4m3/h、揚程150m，含變頻器臺2氨水噴槍的選型氨水噴槍的好壞，直接決定了氨水霧化的效果。好的霧化對氨和煙氣快速均勻地混合是至關重要的。噴槍的關鍵部件是噴嘴，不同型式的噴嘴會產(chǎn)生不同形狀的氨水霧。平面扇形噴霧液滴則可以保持在同一水平面上，平面充滿度好。因此在合適反應溫度下，使用平面扇形噴嘴噴氨水的脫硝效果比實心圓錐噴嘴的效果要好。另外，平面扇形噴霧的液滴集中在與煙氣流向垂直的平面上，有利于液滴穿透到煙氣流更深的地方，促進氨水液滴與煙氣的混合、反應。圖表STYLEREF2\s3.4.SEQ圖表\*ARABIC\s23氨水噴槍參數(shù)名稱規(guī)格型號單位數(shù)量噴槍噴射角度90°；噴霧類型：扇面；485L/h.支；射程3m只8噴槍套管只8金屬軟管套24管道、閥門套1SNCR工藝流程概述SNCR整體系統(tǒng)使用模塊化設計，整個系統(tǒng)分為五個部分，分別是氨水存儲模塊，氨水調(diào)配模塊，氨水輸送模塊，氨水噴射模塊和氨水控制模塊。氨水溶液傳送模塊、氨水儲存及調(diào)控系統(tǒng)、氨水溶液噴射系統(tǒng)均受控于控制系統(tǒng)，主反應區(qū)發(fā)生在預分解窯爐。SNCR工藝流程如圖3.5.1所示。圖STYLEREF2\s3.5.SEQ圖\*ARABIC