SCR脫硝四種制氨方法的工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:目前SCR脫硝還原劑氨氣有四種較常用的生成方式，分別為：液氨氣化、尿素爐外熱解、尿素爐內(nèi)熱解和尿素水解，簡要介紹這4種工藝的反應(yīng)原理、工藝特點(diǎn)，并對其進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析。分析結(jié)果表明4種工藝方案各有優(yōu)劣，火力發(fā)電廠應(yīng)根據(jù)自己自身?xiàng)l件選擇最適合自己的制氨工藝。

【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電廠，煙氣脫硝，液氨氣化，尿素爐外熱解，尿素爐內(nèi)熱解，尿素水解，技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

目前在電廠脫硝領(lǐng)域商業(yè)化應(yīng)用的脫硝工藝為達(dá)到出口NOx濃度低于100mg/Nm3可采用SCR脫硝，SCR工藝是一種以NH3作為還原劑將煙道中的NOx分解成無害的N2和H2O的干法脫硝方法。反應(yīng)的基本原理是：

其中SCR脫硝的還原劑可采用不同還原劑制備方法：液氨氣化，尿素?zé)峤夂湍蛩厮?。總的來說即分為四種技術(shù)：（1）采用液氨作為還原劑的SCR脫硝，（2）采用尿素?zé)峤庵瓢弊鳛檫€原劑的SCR脫硝，（3）采用尿素水解制氨作為還原劑的SCR脫硝，（4）SNCR/SCR耦合脫硝。

1氨氣制備工藝技術(shù)介紹

1.1采用液氨氣化工藝

液氨由槽車運(yùn)送到液氨貯槽，液氨貯槽輸出的液氨在氨氣蒸發(fā)器內(nèi)采用蒸汽或電加熱作為熱源將其氣化化為氨氣，并將氨氣加熱至一定溫度后，送到氨氣緩沖槽備用。緩沖槽的氨氣經(jīng)調(diào)壓閥減壓后，送入各機(jī)組的脫硝系統(tǒng)。

液氨氣化制氨工藝特點(diǎn)如下：（1）初投資費(fèi)用較少；（2）運(yùn)行費(fèi)用較低；（3）操作簡單，響應(yīng)速度快；（4）自動(dòng)化程度高。

1.2采用尿素爐外熱解制氨工藝

尿素顆粒與去離子水配制成指定濃度（40～60%）溶液后輸送至尿素溶液儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，配制好的尿素溶液通過高流量循環(huán)模塊（HFD）輸送到計(jì)量分配模塊（MDM），該計(jì)量模塊能根據(jù)系統(tǒng)氨需量自動(dòng)控制尿素溶液進(jìn)入流量，并利用壓縮空氣將尿素溶液霧化并通過噴頭噴入熱解室（DC）內(nèi)，與經(jīng)由稀釋風(fēng)機(jī)、換熱器和電加熱器輸送過來的高溫空氣混合熱解，生成NH3、H2O和CO2，分解產(chǎn)物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統(tǒng)。

熱解反應(yīng)方程式如下：

熱解工藝特點(diǎn)如下：（1）在進(jìn)入煙道前完全不用考慮反應(yīng)劑的安全問題；（2）工藝流程簡練，尿素直接分解能保證最快響應(yīng)時(shí)間，僅需數(shù)秒鐘；（3）系統(tǒng)提供安全的與負(fù)荷相關(guān)的氨需求控制，立即停機(jī)及立即再啟動(dòng)的（冷熱啟動(dòng)）功能，無須備用反應(yīng)器；（4）在進(jìn)入煙道前，沒有氨儲(chǔ)存在緩沖罐或水解器，因而不會(huì)有任何的氨氣儲(chǔ)存及氨氣外泄；（5）系統(tǒng)不含壓力容器，提供安全設(shè)計(jì)；（6）沒有水解反應(yīng)器及可能產(chǎn)生的氨氣金屬腐蝕、泄漏；（7）對尿素中MDU（methylenediurea）或甲醛（formaldehyde）含量沒有限制；（8）可根據(jù)用戶情�單獨(dú)或合并使用天然氣、油、蒸汽和電作為熱源；

1.3尿素爐內(nèi)熱解制氨工藝

尿素爐內(nèi)熱解制氨工藝是通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)，將10%濃度的尿素溶液噴入爐膛，在高溫下，尿素還原劑熱解生成NH3、H2O和CO2。

尿素爐內(nèi)熱解省去了SCR工藝設(shè)置在煙道里的復(fù)雜的氨噴射格柵（簡稱AIG）系統(tǒng)及爐外熱解爐，并且熱解過程中會(huì)附帶有SNCR反應(yīng)，可減少鍋爐省煤器出口NOx排放，減少了催化劑的用量，尿素爐內(nèi)熱解制氨工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)SCR系統(tǒng)成本即可達(dá)到85%的脫硝效率；（2）減少SCR催化劑的使用量從而減少SO2到SO3的轉(zhuǎn)換；（3）SO2/SO3轉(zhuǎn)化所引起的腐蝕和阻塞問題?。唬?）較SCR反應(yīng)器小，具有更好的空間適用性；（5）脫硝系統(tǒng)阻力?。唬?）催化劑回收量少；（7）可以安全地使用尿素作為還原劑。

1.4采用尿素水解制氨工藝

水解法制氨工藝為尿素顆粒由貨車運(yùn)至電廠后利用氣力輸送至尿素儲(chǔ)倉，然后加入溶解槽內(nèi)并注入去離子水配制成指定濃度的溶液，配制好的溶液經(jīng)過水解器進(jìn)料泵持續(xù)注入水解器中，由水解器的蒸汽供應(yīng)量控制水解器的壓力，同時(shí)由進(jìn)料泵的流量控制水解器的液位，使水解器內(nèi)保持在平衡狀態(tài)，水解產(chǎn)物主要為氨、二氧化碳和水蒸氣。

水解的主要反應(yīng)方程式如下：

其工藝特點(diǎn)為：（1）可提供各種需求量（10-10，000lb/hr）；（2）單次式（oncethrough）工藝，密閉循環(huán)提供所需的產(chǎn)物流量及組成，尿素溶液配制階段不會(huì)有氨氣外泄；（3）間接加熱方式，各種品質(zhì)蒸汽均可使用，還可使用電加熱；（4）反應(yīng)器�平衡的液相體積提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定度；（5）系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間約為數(shù)分鐘。

2四種氨氣制備技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較（以兩臺(tái)300MW機(jī)組，一個(gè)公用還原劑制備區(qū)計(jì)）（如表1）

3結(jié)語

從以上對四種制氨工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較可以看出：

（1）當(dāng)能采用液氨氣化制氨工藝時(shí)，應(yīng)采用液氨氣化制氨；液氨氣化制氨工藝具有操作、運(yùn)行、維護(hù)簡單安全的優(yōu)點(diǎn)，并且運(yùn)行成本最低。

（2）當(dāng)必須采用尿素制氨時(shí)，三種工藝中不推薦使用水解制氨，不僅沒有降低設(shè)備的安全防護(hù)要求，而且運(yùn)行成本最高。

（3）爐內(nèi)、外熱解較液氨氣化制氨工藝采用尿素作為制備原料，原料在儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中更為安全可靠，但是由于熱解需要較多的熱量因此運(yùn)行成本較高。如市區(qū)或水源保護(hù)地等特殊地區(qū)要求，不能采用液氨作為還原劑時(shí)可采用爐內(nèi)、外熱解制氨工藝。

爐內(nèi)、外熱解制氨中，當(dāng)鍋爐機(jī)組小于300MW時(shí)可考慮爐內(nèi)熱解工藝，機(jī)組較小可較容易使?fàn)t內(nèi)氨分解后的NH3/NOx均勻度滿足脫硝要求，并且運(yùn)行成本較低；當(dāng)鍋爐機(jī)組大于300MW時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用爐外熱解工藝，此工藝可較好的控制噴氨分部，減少氨逃逸，提高脫硝效率。

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