氨水在SCR烟气脱氮技术中的应用

张宝会　李泽杰

(1.河钢集团矿业有限公司；2.北京新耀天诚环保技术有限责任公司)



氨水在SCR烟气脱氮技术中的应用

张宝会1李泽杰2

(1.河钢集团矿业有限公司；2.北京新耀天诚环保技术有限责任公司)

摘要选择性烟气催化还原反应(SCR)是当前全世界较为成熟的烟气脱硝反应之一，根据其反应原理，结合某热电厂锅炉改造计划，初步探讨了氨水作为反应还原剂的可行性和合理性，并简单比较了氨水和尿素的建设运行成本，为烟气脱硝技术的应用提供了参考。

关键词氨水SCR还原剂应用

据了解，当前氮氧化合物的排放量已经远远超过大气环境所能承受的限值。过量的氮氧化合物及造成的酸雨现象和温室效应对当前大气环境和生态环境造成了严重的污染。为此，结合某热电有限公司燃煤锅炉烟气脱氮工程，对氨水作为还原剂在工程应用上的可行性进行了论证。

1项目概况

某单位拟对75 t/h煤粉炉现有烟气脱氮工程进行改造，锅炉主要参数见表1，改造工程技术要求见表2。

表1　锅炉的主要参数

表2　改造工程技术要求

2选择性烟气催化还原反应原理及流程

(1)SCR的反应原理。选择性烟气催化还原反应(SCR)是指在高温和特定催化剂作用下，烟气中的氮氧化合物跟特定还原剂发生的氧化还原反应，反应的最终产物为水蒸气和氮气[1]。该反应中特定还原剂氨有选择性地与烟气中的氮氧化合物发生氧化还原反应，反应过程中没有副产物生成，主要反应如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；

6NO+4NH3→5N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O；

2NO2+4NH2+O2→3N2+6H2O

(2)SCR工艺流程。选择性烟气催化还原反应为目前全世界烟气脱氮工程采用的主流方法，具体工艺流程为氨在蒸发槽中通过喷枪头喷入待处理烟气中，在高温条件下，通过催化剂的作用，氨与烟气中的氮氧化合物在反应器中发生氧化还原反应，生成N2和H2O[2]，其工艺流程见图1。

图1　SCR工艺流程

3氨水作为还原剂在工程应用上的论证

在此次烟气脱硝改造工程中，拟采用20%的氨水作为反应中的还原剂[3]，喷氨格栅出口的浓度明显小于5%，远远小于氨水的爆炸极限。该系统改造完成经过调试和长时间运行后，系统运行稳定，烟气处理效果满足排放要求。系统主要性能参数见表3。

表3　系统主要性能参数

由表3可知，氨水作为还原剂处理后烟气能够满足环保要求，SCR脱氮效率达到了95%，该系统的成功改造证明氨水作为还原剂能够实现很好的烟气脱硝效果。

4经济性分析

此次改造工程中，为了安全考虑，不选用液氨作为还原剂[4]。为了表明氨水的经济性，就氨水和尿素在运行成本上进行了对比[5]。

(1)氨水的消耗量。氨水作为还原剂的消耗量计算公式如下：

(1)

式中，QNH3为氨水用量，kg/h；ρ为氨水密度，kg/m3；CNH3为氨水浓度，%；MNO2为NO2摩尔质量，g/mol；M1为氨水摩尔质量，g/mol。

(2)尿素的消耗量。尿素作为还原剂的消耗量计算公式如下：

(2)

式中，Q2为尿素用量，kg/h；M2为尿素摩尔质量， g/mol；MNO2为NO2摩尔质量，g/mol。

经计算，氨水和尿素作为反应中还原剂的运行成本见表4。

表4　不同还原剂反应运行成本

由表4可知，尿素作为还原剂时，每小时需要溶解水63 m3、耗电104 kW、蒸汽213 m3，而氨水作为还原剂时不需要溶解水、耗电、蒸汽，同时从建筑成本上来说，尿素作为还原剂时，需要将设备放入屋内，氨水则仅仅需要搭设棚子；综上所述，氨水作为还原剂时，总体投资和运行成本较低。

5结语

结合某热电有限公司燃煤锅炉烟气脱氮工程，提出了用氨水作为SCR脱氮反应中的还原剂，经过该项目的长期运行，该脱氮反应装置运行稳定，氮氧化合物排放浓度控制在30 mg/m3以下，氮氧化合物去除率达到了95%，到达了国家相应的环境保护法要求，同时还分析了氨水在运行成本上的优势。因此，氨水在反应性、经济性、安全性上都具有不可比拟的优势，是SCR烟气脱氮还原剂的最佳选择。

参考文献

[1]李晓芸，蔡小峰.混合SNCR-SCR烟气脱硝工艺及其应用[J].华电技术，2008，30(3)：22-25.

[2]石磊.燃煤锅炉SCR法烟气脱硝技术[J].锅炉技术，2009，40(2)：76-80.

[3]曹志慧.SCR烟气脱硝技术[J].内蒙古科技与经济，2015，8(16)：74-77.

[4]李建中，曹志勇.燃煤电厂烟气脱硝技术的研究[J].浙江电力，2008(6)：9-12.

[5]项昆.3种烟气脱硝工艺技术经济比较分析[J].热力发电，2010，40(6)：1-8.

记者在线·

中国五矿2015年实现经营总额2 180亿元

近日，从中国五矿集团获悉，中国五矿2015年实现经营总额2180．6亿元，并在铜、铁矿石、煤炭等矿产业务领域实现全面盈利。作为金属矿产综合性企业，中国五矿2015年商品经营总量达到8 400．3万t，其中，铁精矿产量683．6万t，同比增长2．6%；铜产量21．7万t，创历史新高；钢材出口总量333．9万t。

2015年，中国五矿在国际化经营方面迈开步伐，一方面全面完成秘鲁拉斯邦巴斯铜矿建设，这是中国金属矿业领域截至目前最大宗的海外并购项目。另一方面成功获得东太平洋海底7．3万km2多金属结合矿区的专属勘探权和优先开采权，开创中国企业该领域先河。

此外，抓住深化国企改革、推进国有经济结构调整的契机，中国五矿在2015年年末与中冶集团实施战略重组，这一产业链上下游的“互补式重组”使五矿资产规模达到7 055亿元，有助于提升其资源掌控实力、全产业链综合服务协同能力和国际竞争力。

(收稿日期2016-01-19)

张宝会(1987—)，男，工程师，063700 河北省唐山市滦县响嘡镇司家营田兴铁矿711室。