蜂窩式催化劑選型計算課件

蜂窩式催化劑選型計算編制：姬明林蜂窩式催化劑選型計算編制：姬明林1一、知識準備1.1煙氣相關(guān)知識1.1.1煙氣狀態(tài)（1）標態(tài)/工況：標態(tài)：1個大氣壓、0℃條件下；一般用N標識，例如：煙氣流量單位Nm3/h。工況：實際工作條件（溫度、壓力）下。（2）干基/濕基：是否計入水汽量；計入水汽量的為濕基；例如：NOX的濃度為550mg/Nm3（干基），表示的是：計算NOX濃度時，其分母（煙氣流量）中扣除了水汽含量。故其濕基濃度要小于干基濃度。（3）實際氧/6%O2/8%O2/10%O2：按多少氧含量折算的參數(shù)（濃度、體積流量等）。一、知識準備1.1煙氣相關(guān)知識21.1.2煙氣換算（1）壓力P、體積V、溫度T三者關(guān)系：理想氣體方程（克拉伯龍方程）：PV=nRT其中：n—物質(zhì)的量，mol；n=質(zhì)量（g)/分子量R—氣體常數(shù)，R=8.314J/(mol·K)P—氣體壓力，PaV—氣體體積，m3T—氣體溫度，K；T=t(℃)+273.15K說明：

在脫硝之前，某點位置，一般煙氣的壓力是恒定的，則體積V與溫度T成正比。將工況換算為標態(tài)時，可利用公式：VN/V1=(273+0)/(273+T1），式中V1、T1表示工況煙氣參數(shù)。1.1.2煙氣換算3（2）含氧量折算：燃煤電廠NOX濃度一般按6%O2折算：

NOX濃度折算：折算后NOX濃度=實際濃度×（21-6）/（21-實際氧）

煙氣流量折算：折算后流量=實際流量×（21-實際氧）/（21-6）（3）干基、濕基換算：在進行濃度換算時，主要涉及分母上煙氣流量是否含有水汽量。在進行NOX濃度檢測時，取樣點溫度較高，取樣檢測時，煙氣溫度必然會降低，甚至降低至常溫，若煙氣量中含有水分過多，則有可能冷凝，為了保證檢測的準確度，一般檢測時，都先除塵、除濕，僅檢測干基煙氣。（2）含氧量折算：41.2催化劑相關(guān)知識（1）尺寸數(shù)據(jù)1.2催化劑相關(guān)知識5說明：（1）比表面積計算時，不計算催化劑外側(cè)四周、兩端面的面積。外側(cè)四周在模塊箱中被硅酸鋁纖維板覆蓋，不與煙氣接觸；兩端面已經(jīng)硬化，幾乎不參與催化作用，僅抗耐磨。（2）模塊箱內(nèi)催化劑單體排列：12×6，共72條；模塊箱外形最大尺寸1910×970（上側(cè)，底部略?。?。（3）結(jié)合煙氣在催化劑孔的停留時間、煙塵沉降、SCR投資成本等因素，催化劑孔內(nèi)煙氣流速一般控制在6-7m/s范圍。因此，可以據(jù)此計算單層催化劑模塊數(shù)量的最大值和最小值。（4）在潔凈環(huán)境下：催化劑孔內(nèi)流速越高，則單位長度壓差越大；催化劑單體越長，則單層催化劑壓差越大。說明：6（5）流體壓差與流速的關(guān)系：ΔP=(2/R)4/3·ρg·n2u2LΔP——壓差R——圓孔半徑ρ——密度g——重力加速度n——糙率，其大小視內(nèi)壁光潔程度u——流速L——沿程長度（流道長度、催化劑長度）對穩(wěn)定生產(chǎn)的催化劑來說，若孔數(shù)、溫度一定，則變量僅有u、L兩個參數(shù)。21孔，378℃時：ΔP=2.73·u2L（根據(jù)西安熱工院檢測數(shù)據(jù)測算）。（5）流體壓差與流速的關(guān)系：72.1煙氣參數(shù)二、數(shù)據(jù)收集2.1煙氣參數(shù)二、數(shù)據(jù)收集82.2煙塵參數(shù)備注：注意堿金屬、堿土金屬的含量。2.2煙塵參數(shù)92.3目標參數(shù)備注：注意其它要求，例如：反應(yīng)器尺寸、模塊箱排列、催化劑層數(shù)設(shè)計、密封材料（模塊箱之間、模塊箱與反應(yīng)器內(nèi)壁之間）、運載和裝載工具（液壓小車、翻轉(zhuǎn)小車、吊架等）。2.3目標參數(shù)10三、選型計算3.1催化劑孔數(shù)確定三、選型計算3.1催化劑孔數(shù)確定113.2催化劑活性系數(shù)K0——催化劑初始活性系數(shù)，m/hKe——3年末催化劑活性系數(shù),m/hKe=衰減系數(shù)×K0衰減系數(shù)取值：溫度越高，K0衰減越快，但催化劑活性越高。根據(jù)第三方檢測數(shù)據(jù)：378℃，21孔，K0=36.2m/h

接近于釩鈦體積催化劑釩含量0.5%時的數(shù)據(jù)。3.2催化劑活性系數(shù)123.3氨氮摩爾比（MR）脫硝理論計算需要加入的氨氣摩爾數(shù)與煙氣中總NOX理論需要的氨氣摩爾數(shù)的比值。脫硝理論計算需要氨氣摩爾數(shù)=與NOX反應(yīng)的量+氨逃逸的量。NOX濃度是以NO2計算的，實際上，其中含NO約95%，含NO2約5%。脫硝反應(yīng)主要化學反應(yīng)式：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O摩爾比=1：12NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O摩爾比=1：2氨逃逸一般要求≤3ppm（以NH3計，干基，6%O2）；按作理想氣體進行換算，1molNH3的體積為22.4L?？侼OX理論需要的氨氣摩爾數(shù)：按煙氣入口NOX濃度計算所需要的NH3量。3.3氨氮摩爾比（MR）13例如：試計算氨氮摩爾比。煙氣參數(shù)表目標參數(shù)表：例如：試計算氨氮摩爾比。143.4面速度（AV）煙氣標態(tài)流量（實際氧、濕基，m3/h）與催化劑總表面積的比值，單位m/hr。物理意義：催化劑每平方米的表面積能處理的煙氣量。催化劑總表面積=總體積×比表面積說明：不考慮催化劑兩端面面積和外側(cè)四周面積。3.5空塔速度（Ugs）煙氣標態(tài)流量（實際氧、濕基，m3/s）與催化劑層截面積的比值。物理意義：SCR反應(yīng)器內(nèi)，在催化劑層截面上的煙氣流速，接近SCR反應(yīng)器內(nèi)部的空速。3.6體積空速（SV）煙氣標態(tài)流量（實際氧、濕基，m3/h）與催化劑總體積的比值。單位：1/h。3.4面速度（AV）153.6催化劑計算的公式其中：K為活性系數(shù)，用Ke代入；η為脫硝效率，%；η=NOX進出口濃度之差/入口濃度×100%面速度AV=Q/(V·β）其中：Q——煙氣標態(tài)流量（工況，m3/h）V——催化劑總體積（m3)β——比表面積（m2/m3）根據(jù)上式，可以推導(dǎo)出催化劑體積計算的公式。3.6催化劑計算的公式163.7計算方法的探討3.7.1理論計算的假設(shè)/前提在我們推導(dǎo)、計算的過程中，想當然地作了以下假設(shè)：（1）活性系數(shù)K，是表征催化劑催化能力的系數(shù)，僅與溫度有關(guān)。（2）在計算過程中假定了MR和η。3.7.2催化劑活性系數(shù)K（1）傳質(zhì)速率hm——傳質(zhì)系數(shù)Asurface——催化劑通道的面積VNOx——NOX傳質(zhì)速率CNOx·gas——氣相NOX濃度CNOx·surface——催化劑表面NOX濃度對NH3而言，也是如此。3.7計算方法的探討17（2）反應(yīng)速率Kchem——反應(yīng)速率常數(shù)Asurface——催化劑通道的面積UNOx——NOX反應(yīng)CNOx·surface——催化劑表面NOX濃度（3）活性系數(shù)KSCR活性系數(shù)K，是一個同時體現(xiàn)催化劑反應(yīng)系統(tǒng)傳質(zhì)和化學反應(yīng)速率的綜合性特征值，其大小不僅取決于催化劑的本征物化特性，而且還取決于催化反應(yīng)系統(tǒng)的諸多條件。例如：煙氣溫度、O2含量、H2O含量、MR、u等。（2）反應(yīng)速率183.7.3催化劑活性K的測量實際應(yīng)用中，Kchem、hm都難以測量，于是使用可以測量的參數(shù)對K進行表征：計算hm的半經(jīng)驗公式：dh——流道的水力直徑；D——擴散系數(shù)u——流道內(nèi)的流速；L——流道長度當催化劑、反應(yīng)器、煙氣條件、噴氨量一定時，氨氮摩爾比就是定值，其傳質(zhì)系數(shù)、反應(yīng)速率都是定值，脫硝效率和氨逃逸量也是定值。3.7.3催化劑活性K的測量193.8催化劑計算中富余量考慮結(jié)