烟气脱硝不同还原剂的技术路线对比

丁旭

摘 要：燃煤锅炉脱硝还原剂主要以氨水、尿素和高分子还原剂为主，不同的还原剂对应的工艺路线不同，所需的反应环境也不相同。本文章主要对燃煤锅炉脱硝采用的不同还原剂工艺路线进行介绍及对比。

关键词：液氨;尿素;水解;热解;高分子

一、氮氧化物生成机理

氮氧化物的生成主要分为燃料型NOx，热力型NOx和快速型NOx。燃料型NOx是由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600-800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60-80%;热力型NOx是空气中的氮气N2在高温时被氧气氧化产生的，通常温度需要达到1500℃左右;快速型NOx是碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。

二、不同还原剂各种工艺

（一）  液氨蒸发工艺系统

液氨由液氨槽车送来，利用槽车自身压力及氨卸料压缩机增压的方式将液氨由槽车输送至液氨储罐内储存，并利用液氨储罐与液氨蒸发器之间的压差，将液氨储罐中的液氨输送到液氨蒸发器内，以蒸汽作为热源将液氨蒸发器内的液氨蒸发为气氨后，进入气氨缓冲罐，再经管道送至脱硝反应区。液氨储罐及气氨蒸发系统紧急排放的气氨则排入氨气稀释槽中，经水吸收后排入废水池，再经由废水泵送至厂区废水处理系统进行处理。

（二）  尿素炉内及烟道直喷制氨系统

炉内及烟道直喷制氨是将尿素喷入温度区间为350℃以上时，尿素溶液快速加热分解为氨气和二氧化碳。工艺包括锅炉外的尿素溶液制备系统、尿素溶液供给及控制装置、以及位于适合温度的尿素喷射器组，其中炉内直喷又分为风冷直喷和水冷直喷两种工艺，两种工艺的喷枪都布置在锅炉转向室内，但适合温度不同，风冷直喷的适合温度为350-650℃，水冷直喷的适合温度为350-750℃。

在尿素溶液制备系统中制备尿素溶液，尿素溶液通过供给及控制装置通过尿素溶液输送管道将其输送到设置与锅炉转向室内或反应器进口烟道的尿素溶液喷射器组，尿素溶液喷射器组喷出的尿素液滴与烟气混合，在转向室或高温烟道中被加热并分解成氨气。氨气与烟气的混合物通过静态混合器、烟气导流板和整流格栅，进入装有催化剂的SCR反应器。在催化剂作用下，氨气与烟气中的氮氧化物发生反应，生成无害的氮气和水。流程图如图2所示：

7-锅炉燃烧室8-过热器再热器9-省煤器10-转向室11-多喷嘴喷射器12-尿素溶液罐;13-计量分配控制装置14-尿素溶液管道15-静态混合器16-导流板17-整流器;18-催化剂;

（三）高分子脱硝系统

高分子脱硝工艺是采用固态高分子还原剂喷入合适区间脱硝的一种工艺，高分子脱硝剂主要成分为CnHmNs、乳化剂、分散剂、缓释剂等，并混合铝镁硅硫钙锰等活性物质，部分高分子脱硝剂还有适量的尿素和稀土。此工艺主要特点为设备简单。初期投资少，主要设备为料仓、电动给料机、风机、气料混合装置以及喷射装置，流程图如下：

（四）尿素水解制氨工艺介绍

尿素水解制氨的原理是基于在一定 温度、压力条件下，尿素水溶液可以分解产生氨气和二氧化碳，产生的氨气用作SCR工艺的脱硝还原剂，反应方程式为：

第一步：尿素和水反应生成氨基甲酸铵，此反应为微放热，反应速度较慢。

第二步：氨基甲酸铵分解生成氨气和二氧化碳，此反应为强吸热反应，反应迅速。

尿素颗粒袋装放置在存储间，破袋后由斗提机送到溶解罐里，用除盐水将干尿素溶解成40～60%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液循环泵输送到尿素溶液储罐。尿素溶液经由给料泵进入水解器内在140～160℃，0.4～0.6MPa环境下进行分解，生成NH3、H2O和CO2，水解反应器中产生出来的含氨气流被热的稀释空气稀释后，产生浓度小于5%的氨气进入氨气—烟气混合系统，并由氨喷射系统喷入脱硝系统。

（五）尿素热解制氨系统

尿素颗粒由斗提机输送到溶解罐里，用除盐水将干尿素溶解成40%～60%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液输送泵输送到尿素溶液储罐，在由高流量循环装置、计量分配装置进入到热解炉。来自空预器的热一次风/二次风，经由高温风机（如需）、电热机器加热后进入热解炉，为尿素溶液热解提供热源，生成的NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统。

三、技术对比表格

优点 技术成熟，系统简单，投资少，运行费用低 安全无毒，节省大量优质能源，运行费用低，随锅炉负荷变化可自动调节，响应时间短 初期投入费用低，能耗低，效率也可以达到80%。 反应条件温和，在化工行业应用较广 安全无毒，占地面积小，技术成熟可靠

缺点 易爆、有毒、可燃物质，按照国家对重大危险源辨识规定，若单元中有超过10t的氨（定义为毒性气体）属于重大危险源。 在雾化不好的情况下，有腐蚀下游受热面的风险 存在较高氨逃逸，脱硝剂价格比氨水和尿素高很多 高压装置存在安全隐患，反应速率缓慢，响应时间长，腐蚀现象严重，水解器重的残留物有聚合现象，能耗高 能耗高

還原剂费用对比（以供氨量50kg/h为例） 135元/h 148元/h 265元/h 210元/h 208元/h

四、结论和建议

脱硝工艺种类虽然不多，但选择正确、合理、经济的工艺方式才能更好的解决所面对的问题，由于中国南北地域环境和各个生产单位具体情况不一样，因此选择的脱硝技术路线也不尽相同，选择的还原剂也不一样，但同样的目的是消除排放的氮氧化物，以达到大气治理新规的要求，本文所论述的几种脱硝还原剂路线，实际应用时，首先确定是SNCR法还是SCR法，再根据确定的还原剂，通过方案的技术对比，进而选择最终路线。

参考文献

[1]赵宗让，电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化，《中国电力》，第38卷第11期.

[2]张强，张西涛.燃煤电站实施SCR脱硝技术的关键技术选择[J].热力发电，2007，（4）：1-5.

[3] 冯立波，罗种高，葛春亮。火电厂SCR烟气脱硝工艺系统设计[J]。能源工程，2009，（1）：48-52.