魏彧，李澤杰

(科行北京環(huán)保技術(shù)研究院，北京 100038)

氨水還原劑在燃煤鍋爐SCR脫硝中的應(yīng)用

魏彧，李澤杰

(科行北京環(huán)保技術(shù)研究院，北京 100038)

目前氨水作為脫硝還原劑用于燃煤鍋爐SCR脫硝國(guó)內(nèi)尚未普遍使用，尤其在大機(jī)組上的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少。通過(guò)對(duì)實(shí)際應(yīng)用案例的分析，總結(jié)了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為氨水還原劑在大機(jī)組SCR的脫硝應(yīng)用提供參考。

換熱器;氨水蒸發(fā)器;旋流裝置;噴氨格柵(AIG);稀釋風(fēng)機(jī)

0 引言

隨著新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)的實(shí)施，我國(guó)對(duì)燃煤鍋爐氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高。選擇性催化還原脫硝技術(shù)(SCR)工藝成熟，已成為燃煤鍋爐滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，目前SCR脫硝技術(shù)的還原劑主要采用液氨和尿素。液氨由于運(yùn)行費(fèi)用低和調(diào)節(jié)性能好，應(yīng)用較多。但是由于液氨屬于重大危險(xiǎn)源，其存儲(chǔ)和使用需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的審批和安評(píng)，尤其在一些人口稠密區(qū)更是明令禁止使用。尿素作為脫硝還原劑最近幾年才開(kāi)始逐漸被推廣使用，由于尿素具體有安全無(wú)害，便于運(yùn)輸儲(chǔ)存，安評(píng)審批容易通過(guò)等優(yōu)點(diǎn)逐漸被用戶所認(rèn)可，但是使用尿素投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，對(duì)運(yùn)行人員的水平要求較高。目前尿素主要是通過(guò)熱解或水解兩種工藝將尿素溶液轉(zhuǎn)化為氨氣，從而還原煙氣中的氮氧化物。

氨水作為一種安全性好，投資和運(yùn)行費(fèi)用低，性價(jià)比高的還原劑，適用于中小鍋爐SCR脫硝做還原劑使用。氨水用于SCR的主要顧慮是氨水汽化蒸發(fā)過(guò)程中的熱能損耗以及煙氣中水分對(duì)催化劑的影響。在河北寧紡熱電有限公司1×75 t/h煤粉爐氨水作為SCR脫硝還原劑的案例應(yīng)用，在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中積累了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)，為日后大機(jī)組脫硝提供參考。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為河北寧紡熱電有限公司1×75 t/h煤粉爐，擬加裝脫硝裝置，采用SCR脫硝工藝，還原劑為20%氨水。項(xiàng)目于2014年8月開(kāi)工建設(shè)，工期為三個(gè)月。SCR系統(tǒng)主要工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 SCR脫硝系統(tǒng)主要工藝參數(shù)

2 工藝流程

本項(xiàng)目工藝流程SCR還原劑為20%的氨水，利用鍋爐尾部煙氣的熱量(300℃～420℃)，將稀釋風(fēng)機(jī)傳送的常溫空氣通過(guò)換熱器，換熱到300℃左右，所得熱空氣在氨水蒸發(fā)器內(nèi)將經(jīng)噴槍霧化噴射的氨水溶液蒸發(fā)為氨氣，并通過(guò)管路送到SCR反應(yīng)器入口煙道的噴氨格柵(AIG)上，最終在催化劑的作用下，將氮氧化物還原為氮?dú)夂退?/p>

該項(xiàng)目具有以下技術(shù)特點(diǎn):

(1)為了降低能耗，采用在SCR入口煙道布置換熱器的方式進(jìn)行換熱。常規(guī)的換熱器是裝在SCR反應(yīng)器底部，該布置方式存在兩個(gè)問(wèn)題:一是換熱器的安裝難度較大;二是換熱器的均流設(shè)計(jì)不好，易對(duì)催化劑內(nèi)部的流場(chǎng)造成影響。

(2)換熱器采用單側(cè)進(jìn)出插入式(見(jiàn)圖1)。該換熱器采用20號(hào)鋼，U型單回路管組設(shè)計(jì)，均勻填滿整個(gè)煙道，防止局部偏流造成對(duì)煙道和換熱器的磨損，迎風(fēng)面附耐磨材料，安簡(jiǎn)便。

圖1 換熱器采用單側(cè)進(jìn)出插入示意

(3)氨水蒸發(fā)器增設(shè)旋流裝置，保證內(nèi)部流場(chǎng)的均勻性。由于氨水蒸發(fā)的最佳溫度不能低于150℃，一旦低于這個(gè)溫度氨水將不能很好的汽化，造成脫硝效率下降。為了消除因?yàn)榱鲌?chǎng)的不均勻造成的溫度場(chǎng)不均勻的問(wèn)題，我們?cè)谡舭l(fā)器的入口增加了一個(gè)旋流裝置，提高了蒸發(fā)效率。

3 存在的問(wèn)題及解決措施

(1)當(dāng)蒸發(fā)器出口空氣溫度低于130℃時(shí)，蒸發(fā)器出口到AIG的管路有積水，脫硝效率下降。分析發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)器出口到AIG的管路保溫欠佳，沿程熱損太多，空氣溫度降低造成水蒸液化，減少了噴入AIG的氨量。解決措施:確保蒸發(fā)器出口空氣溫度在150℃以上，蒸發(fā)器出口到AIG的管路保溫層加厚到250mm。采取該措施后積水明顯減少，脫硝效率提高。

(2)系統(tǒng)開(kāi)始投運(yùn)的的時(shí)候，通過(guò)換熱器后空氣的溫度在260℃以上，但通過(guò)氨水蒸發(fā)器后溫度降為120℃以下，嚴(yán)重影響脫硝效率。分析發(fā)現(xiàn)，雖然換熱器后空氣的溫度可以維持在260℃以上，但是空氣的焓值不足以使氨水完全汽化，造成蒸發(fā)器出口溫度較低。另外可能稀釋風(fēng)流量較低，在蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生溫度場(chǎng)不均勻，造成氨水蒸發(fā)不好。解決措施:更換稀釋風(fēng)機(jī)，將風(fēng)機(jī)的風(fēng)量從2000m3/h提高到3500m3/h，壓頭保持6 kPa不變。采取該措施后換熱器后空氣的溫度仍然可以維持在260℃以上，蒸發(fā)器出口溫度上升到150℃，氨水蒸發(fā)效果變好，脫硝效率提高。

(3)氨水汽化造成煙氣中水分的增加，對(duì)下游催化劑的影響通過(guò)在蒸發(fā)器出口管路上增加汽水分離器，降低煙氣中的含水量，保證脫銷(xiāo)效率。

該項(xiàng)目煙氣流量75000m3/h，SCR脫硝反應(yīng)器進(jìn)口NOx濃度450mg/m3，出口NOx濃度50mg/m3，脫硝效率89%，氨逃逸率2μL/L，脫硝效果顯著。

4 優(yōu)化建議

(1)后期在換熱器設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮稀釋風(fēng)機(jī)入口環(huán)境溫度對(duì)換熱溫度的影響，尤其對(duì)于北方冬季環(huán)境溫度較低時(shí)，影響較大，可在換熱器前面增加一個(gè)電加熱器作為對(duì)環(huán)境溫度變化的補(bǔ)償。

(2)重視氨水蒸發(fā)器本體及其出口到AIG的管路保溫，防止散熱損失造成蒸發(fā)效果變差，影響脫硝效率。理論上講稀釋風(fēng)機(jī)風(fēng)量應(yīng)根據(jù)不同負(fù)荷下氨水的噴射量做相應(yīng)的調(diào)節(jié)，同時(shí)保持濃度小于5%的要求。但是實(shí)際要達(dá)到如此精準(zhǔn)的控制非常難，故稀釋風(fēng)機(jī)按最大氨耗量時(shí)混合濃度小于5%的流量來(lái)設(shè)計(jì)。換熱器換熱面積按要在脫硝最低保證負(fù)荷下，出口空氣溫度不低于260℃設(shè)計(jì)。

(3)氨水霧化噴槍要合理選型，噴射角要根據(jù)蒸發(fā)器的內(nèi)徑進(jìn)行合理的選擇，防止噴射角度過(guò)大，造成霧化液滴“貼壁”影響氨水的蒸發(fā)效果。

(4)由于噴射氨水，造成脫硝煙氣中含水量增加對(duì)催化劑的影響有待進(jìn)一步地觀察。

［1］劉慷，張強(qiáng)，虞宏，等.煙氣脫NOx用SCR催化劑種類及工程應(yīng)用［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2009，25(4):13－15.

［2］解永剛，程慧.火電廠SCR脫硝還原劑的選擇與比較［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(5):32－33.

［3］張強(qiáng).燃煤電站SCR煙氣脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［4］白文輝.氨水SCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用和比較［EB/OL］.http:// www.docin.com/p－706171244.htm.

Application of ammonia reductant in SCR De NOxsystem for coal－fired boilers

Currently ammonia as a reducing agent in SCR De NOxsystem for coal－fired boilers has not been commonly used in China.Especially in the large units there is the lack o f relevantexperiences.Through the analysis of the success cases，sums up the valuable experiences of ammonia as a reducing agent，which provides referonce for SCR De NOxsystem o f large coal－fired units.

heat exchanger;ammonia evaporator;sw irl device;ammonia injection grid;air dilution fan

X701.7

:B

:1674－8069(2015)02－045－02

2014-12-30;

:2015-02-11

魏彧(1974-)，男，內(nèi)蒙古包頭市人，高級(jí)工程師，主要從事燃煤電廠大氣污染物治理。E－mail:wei2003yu@126.com