多种烟气脱硝还原技术及经济性对比分析

文_易勇 湖南省长沙生态环境监测中心

1 烟气脱硝还原技术介绍

1.1 液氨蒸发工艺系统

液氨蒸发技术以液态的氨作为还原剂原料，通常由特定的槽车运送到项目现场。由于槽车与卸料机的压力使得液氨自动送入指定储罐中，巧妙地借用液氨储罐和蒸发器两设备存在的压力差，导致储罐中的液氨轻松传输到蒸发器内，并在蒸发器内添加高温的热蒸汽，为液氨提供热源。液氨受热分解为氨气目标产物，之后同其他脱硝技术一样将还原剂精确地送至脱硝区完成对氮氧化物的治理。多余的氨气则经管道排入水中稀释后再排入废水处理装置进行处理。流程如图1，其中液氨系统由储存装置、蒸发装置、氨气吸收装置和脱硝反应装置组成。

1.2 炉内及烟道直喷制氨系统

1.2.1 技术介绍

炉内直喷及烟道直喷脱硝技术是近年来发展起来的工艺系统，系统通常包含还原剂溶液制备装置、还原剂溶液定量及配送装置以及特制的还原剂溶液雾化喷射装置。炉内直喷可细分为以风作为冷却介质的风冷和以水作为冷却介质的水冷工艺，两种冷却方式的使用条件不同，风冷温度条件在350～650℃，水冷的适合温度范围较风冷稍宽在350～750℃。无论哪种工艺都需要经过模拟计算后将其还原剂喷射装置安装在锅炉的转向室特定位置，烟道直喷的喷射器布置位置为反应器进口烟道（温度＞340℃），喷射器组与尿素供给及控制装置以输送管道连接。

将配置成一定浓度要求的尿素溶液，经专属的尿素溶液定量与出送装置将其配送至提前模拟确定的锅炉转向室特定位置、反应器进出口烟道特定位置内，并由特制的还原剂喷射装置将其雾化为细小液滴颗粒。此时，还原剂小液滴与烟气中的氮氧化物充分接触，并在高温烟气热源的帮助下进行脱硝反应。其中，炉内直喷的喷射器为多喷嘴形式的长喷枪，需要设置冷却风或冷却水系统；烟道直喷的喷射器为单喷嘴，无冷却系统。炉内直喷系统的示意图如图1、图2。

图1 炉内直喷系统示意图

图2 烟道直喷系统示意图

1.2.2 项目应用及效果监测

某2×100t/h 链条锅炉采用传统尿素热解脱硝技术脱硝率80%，经流畅模拟计算后采用烟道直喷脱硝技术，经监测发现NOX处理前基线浓度500mg/Nm3，脱硝处理后监测NOX排放浓度100mg/Nm3，脱硝效率≥80%。且经过烟道直喷脱硝技术后锅炉运行至今，对氮氧化物排放量等指标进行实时监测运行状况始终良好，满足国家要求的排放标准。

1.3 旁路直喷制氨系统

1.3.1 技术介绍

高温烟气直喷制氨系统包括：高温旁路烟道入口设置在低温过热器/低温再热器和省煤器之间的锅炉后墙或锅炉侧墙，高温旁路烟道的出口通过特殊喷氨装置和SCR入口烟道相连。高温旁路烟道的入口补偿器和电动调节风门，并在进口和出口设置有温度、压力测点。当锅炉位于低负荷时，通过旁路烟道调节风门使部分烟气进入高温旁路烟道，可实现为主系统升温的目的，进而实现全负荷脱硝。当锅炉位于高负荷时，通过旁路烟道调节风阀使少量的烟气进入高温旁路烟道，仅满足尿素溶液热解所需要的热量即可。

尿素溶液经过计量分配装置、喷射器喷入到高温旁路烟道内，尿素溶液在高温烟气的作用下汽化分解，产生氨气，氨气通过特殊喷氨装置喷入SCR的入口烟道。氨气在催化剂的作用下和烟气中的氮氧化物发生反应生成氮气和水，由此完成对烟气中氮氧化物的脱除。

1.3.2 项目应用及效果监测

某1025t/h锅炉脱硝项目经数值模拟计算后，有针对性地对锅炉进行优化设计旁路支管的位置、直径变化及导流装置，工程在旁路烟道直喷改造完成后，经监测脱硝装置入口氮氧化物浓度约400mg/m3，旁路直喷全部系统投入自动运行，实时监测脱硝出口氮氧化物浓度，脱硝效率＞87.5%，对锅炉效率的影响＜0.1%，运行期间各项指标满足环保达标的要求，并达到超净排放。

1.4 尿素水解制氨系统

尿素水解制氨对温度和压力都有要求，基于以上条件可是尿素配置的水溶液分解出氨气、二氧化碳，氨气则是目的产物。尿素水解与其他制氨技术不同，需要采用特制的水解器将尿素溶液在140～160℃的高温、＜1MPa的压力条件下进行分解，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＜5%的氨气进入氨气—烟气混合系统，并由特定的喷氨装置将还原剂喷入制定位置。流程图如图3。

图3 尿素水解制氨流程图

1.5 尿素热解制氨系统

尿素原料经除盐水的溶解和搅拌，配置成一定浓度的溶液，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，分解产物与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统，如图4所示。

图4 尿酸热解制氨流程图

2 烟气脱硝还原技术对比（表1）

表1 脱硝还原剂技术对比

3 烟气脱硝还原技术经济性对比(表2)

表2 脱硝还原剂技术经济性对比（以供氨量200kg/h为例）

4 结语

对上述六类烟气脱硝技术进行经济性和技术性介绍与对比，结果显示液氨蒸发技术同尿素水解在安全性上存在一定隐患。经济层面液氨蒸发技术的维护费用最高，不利于管理且后期投入较大，尿素水解/热解运行费用较高，同样后期投入大。尿素直喷技术运行费用和维护费都相对较低，且在技术方面直喷可跟踪监测进出口NOX浓度、烟气量实现自动调节，对于锅炉的负荷变化能够在几秒钟内快速响应，脱硝效率高于传统的尿素水解、热解。