蜂窝式催化剂选型计算课件

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1、蜂窝式催化剂选型计算编制：姬明林一、知识准备一、知识准备1.1 烟气相关知识1.1.1 烟气状态（1）标态/工况：标态：1个大气压、0条件下；一般用N标识，例如：烟气流量单位Nm3/h。工况：实际工作条件（温度、压力）下。（2）干基/湿基：是否计入水汽量；计入水汽量的为湿基；例如：NOX的浓度为550mg/Nm3（干基），表示的是：计算NOX浓度时，其分母（烟气流量）中扣除了水汽含量。故其湿基浓度要小于干基浓度。（3）实际氧/6%O2/8%O2/10%O2：按多少氧含量折算的参数（浓度、体积流量等）。1.1.2 烟气换算（1）压力P、体积V、温度T三者关系：理想气体方程（克拉伯龙方程）：PV=

2、nRT其中：n物质的量，mol；n=质量（g)/分子量 R气体常数，R=8.314 J/(molK)P气体压力，Pa V气体体积，m3 T气体温度，K；T=t()+273.15 K说明：在脱硝之前，某点位置，一般烟气的压力是恒定的，则体积V与温度T成正比。将工况换算为标态时，可利用公式：VN/V1=(273+0)/(273+T1），式中V1、T1表示工况烟气参数。（2）含氧量折算：燃煤电厂NOX浓度一般按6%O2折算：NOX浓度折算：折算后NOX浓度=实际浓度（21-6）/（21-实际氧）烟气流量折算：折算后流量=实际流量（21-实际氧）/（21-6）（3）干基、湿基换算：在进行浓度换算时，主

3、要涉及分母上烟气流量是否含有水汽量。在进行NOX浓度检测时，取样点温度较高，取样检测时，烟气温度必然会降低，甚至降低至常温，若烟气量中含有水分过多，则有可能冷凝，为了保证检测的准确度，一般检测时，都先除尘、除湿，仅检测干基烟气。1.2 催化剂相关知识（1）尺寸数据序号孔数孔径mm孔距mm内壁厚mm外壁厚mm开孔率比表面积m2/m3孔截面积m2/条1158.59.81.32.20.723 340 0.0163 21689.21.220.728 364 0.0164 3177.58.651.151.80.723 385 0.0163 4187.18.21.11.70.726 409 0.0163

4、5196.757.7511.70.731 433 0.0164 6206.47.411.50.728 455 0.0164 7216.17.050.951.50.729 478 0.0164 8225.86.70.91.50.724 499 0.0163 9235.556.40.851.50.724 522 0.0163 10245.36.150.851.50.719 543 0.0162 11255.15.90.81.50.723 567 0.0163 说明：（1）比表面积计算时，不计算催化剂外侧四周、两端面的面积。外侧四周在模块箱中被硅酸铝纤维板覆盖，不与烟气接触；两端面已经硬化，几乎不参

5、与催化作用，仅抗耐磨。（2）模块箱内催化剂单体排列：126，共72条；模块箱外形最大尺寸1910970（上侧，底部略小）。（3）结合烟气在催化剂孔的停留时间、烟尘沉降、SCR投资成本等因素，催化剂孔内烟气流速一般控制在6-7m/s范围。因此，可以据此计算单层催化剂模块数量的最大值和最小值。（4）在洁净环境下：催化剂孔内流速越高，则单位长度压差越大；催化剂单体越长，则单层催化剂压差越大。（5）流体压差与流速的关系：P=(2/R)4/3gn2u2LP压差 R圆孔半径 密度 g重力加速度 n糙率，其大小视内壁光洁程度 u流速 L沿程长度（流道长度、催化剂长度）对稳定生产的催化剂来说，若孔数、温度一定

6、，则变量仅有u、L两个参数。21孔，378时：P=2.73u2L（根据西安热工院检测数据测算）。2.1 烟气参数二、数据收集序号序号项目项目单位单位数值数值备注备注1 1烟气流量Nm3/hr 标态，实际氧，湿基2 2大气压Pa 当地平均3 3烟气温度（脱硝时）范围，或长期运行值4 4烟气含水汽量%均值，干基，燃煤锅炉一般6-8%5 5烟气含NOX量mg/Nm3 以NO2计，标态，干基，电厂6%氧/玻璃厂8%氧/水泥厂10%氧6 6烟气含O2量%干基，燃煤锅炉一般5%左右7 7烟气含尘量g/Nm3 标态，实际氧，干基2.2 烟尘参数备注：注意碱金属、碱土金属的含量。序号序号项目项目单位单位数值数

7、值备注备注1 1CaO含量mg/Nm3 标态、干基、氧折算2 2Na2O含量mg/Nm3 标态、干基、氧折算3 3K2O含量mg/Nm3 标态、干基、氧折算4 4As2O3含量mg/Nm3 标态、干基、氧折算2.3 目标参数备注：注意其它要求，例如：反应器尺寸、模块箱排列、催化剂层数设计、密封材料（模块箱之间、模块箱与反应器内壁之间）、运载和装载工具（液压小车、翻转小车、吊架等）。序号序号项目项目单位单位数值数值备注备注1 1烟气含NOX量，mg/Nm350以NO2计，标态，干基，电厂6%氧100/玻璃厂8%氧7002 2SO2/SO3转化率，%13 3氨逃逸，ppm3以NH3计，干基三、选型

8、计算3.1 催化剂孔数确定序号序号含尘浓度（含尘浓度（g/Nmg/Nm3 3）单块孔数单块孔数壁厚（壁厚（mmmm）1 115及以下22220.80.852 2152021213 3202520204 4253019195 5303518181.01.16 6354017177 740及以上15153.2 催化剂活性系数K0催化剂初始活性系数，m/hKe3年末催化剂活性系数,m/hKe=衰减系数K0衰减系数取值：温度越高，K0衰减越快，但催化剂活性越高。根据第三方检测数据：378，21孔，K0=36.2m/h 接近于钒钛体积催化剂钒含量0.5%时的数据。序号温度，衰减系数备注1390-4000

9、.65 2380-3900.75 3350-3800.80 4310-3500.85 3.3 氨氮摩尔比（MR）脱硝理论计算需要加入的氨气摩尔数与烟气中总NOX理论需要的氨气摩尔数的比值。脱硝理论计算需要氨气摩尔数=与NOX反应的量+氨逃逸的量。NOX浓度是以NO2计算的，实际上，其中含NO约95%，含NO2约5%。脱硝反应主要化学反应式：4NO+4NH3+O24N2+6H2O 摩尔比=1：1 2NO2+4NH3+O23N2+6H2O 摩尔比=1：2氨逃逸一般要求3ppm（以NH3计，干基，6%O2）；按作理想气体进行换算，1molNH3的体积为22.4L。总NOX理论需要的氨气摩尔数：按烟气

10、入口NOX浓度计算所需要的NH3量。例如：试计算氨氮摩尔比。烟气参数表目标参数表：序号序号项目项目单位单位数值数值备注备注1 1烟气流量Nm3/hr471094 标态，实际氧，湿基2 2大气压Pa101000 3 3烟气温度（脱硝时）3694 4烟气含水汽量%10.3干基5 5烟气含NOX量mg/Nm3450.00 以NO2计，标态，干基，6%O26 6烟气含O2量%3.47干基7 7烟气含尘量g/Nm330标态，实际氧，干基序号序号项目项目单位单位数值数值备注备注1 1烟气含NOX量，mg/Nm350以NO2计，标态，干基，6%O22 2SO2/SO3转化率，%13 3氨逃逸，ppm3以NH

11、3计，干基3.4 面速度（AV）烟气标态流量（实际氧、湿基，m3/h）与催化剂总表面积的比值，单位m/hr。物理意义：催化剂每平方米的表面积能处理的烟气量。催化剂总表面积=总体积比表面积说明：不考虑催化剂两端面面积和外侧四周面积。3.5空塔速度（Ugs）烟气标态流量（实际氧、湿基，m3/s）与催化剂层截面积的比值。物理意义：SCR反应器内，在催化剂层截面上的烟气流速，接近SCR反应器内部的空速。3.6 体积空速（SV）烟气标态流量（实际氧、湿基，m3/h）与催化剂总体积的比值。单位：1/h。3.6 催化剂计算的公式其中：K为活性系数，用Ke代入；为脱硝效率，%；=NOX进出口浓度之差/入口浓度

12、100%面速度 AV=Q/(V）其中：Q烟气标态流量（工况，m3/h）V催化剂总体积（m3)比表面积（m2/m3）根据上式，可以推导出催化剂体积计算的公式。3.7 计算方法的探讨3.7.1 理论计算的假设/前提在我们推导、计算的过程中，想当然地作了以下假设：（1）活性系数K，是表征催化剂催化能力的系数，仅与温度有关。（2）在计算过程中假定了MR和。3.7.2 催化剂活性系数K（1）传质速率hm传质系数 Asurface催化剂通道的面积VNOxNOX传质速率 CNOxgas气相NOX浓度CNOxsurface催化剂表面NOX浓度对NH3而言，也是如此。（2）反应速率Kchem反应速率常数 Asu

13、rface催化剂通道的面积UNOxNOX反应 CNOxsurface催化剂表面NOX浓度（3）活性系数K SCR活性系数K，是一个同时体现催化剂反应系统传质和化学反应速率的综合性特征值，其大小不仅取决于催化剂的本征物化特性，而且还取决于催化反应系统的诸多条件。例如：烟气温度、O2含量、H2O含量、MR、u等。3.7.3 催化剂活性K的测量实际应用中，Kchem、hm都难以测量，于是使用可以测量的参数对K进行表征：计算hm的半经验公式：dh流道的水力直径；D扩散系数u流道内的流速；L流道长度当催化剂、反应器、烟气条件、喷氨量一定时，氨氮摩尔比就是定值，其传质系数、反应速率都是定值，脱硝效率和氨逃逸量也是定值。3.8 催化剂计算中富余量考虑结合烟气条件，烟气条件本身，设计值，是否已经有了一定的富余量。例如烟气流量、NOX浓度等。分析计算过程中取值，对计算结果/使用效能的影响，是正影响或负影响。例如：K0、衰减系数等取值。主动给予富余量：（1）直接对计算结果进行修正，例如乘以1.05倍。（2）在计算过程中，对目标值进行修正，例如：降低排放浓度等。