火电厂烟气脱硝技术的经济效益研究

杭州意能电力技术有限公司 陈 聪

火电厂生产需要经过燃烧流程，这一环节可能会排放大量的氮氧化合物，导致环境条件受到负面影响。为控制氮氧化合物排放，火电厂需要部署烟气脱硝技术，使排放总量能够得到科学限制。通过结合实例对烟气脱硝经济效益进行分析，能够为火电厂管理层提供重要参考信息，有利于进一步提高整体建设质量与效率，降低出现不良问题的可能性，为火电厂未来发展创设理想环境。

1 工程概况

本次案例工程为某火电厂改造活动，其内部汽轮机设备为亚临界一次中间再热类型，内部单轴三缸四排汽，采用直接空气冷凝方式进行运作。在应用过程中，火电厂锅炉需要进行一次中间再热，并完成自然循环流程，燃料主要采用白音华褐煤，改造工作需要建设烟气除尘与烟气脱硫设施。

2 火电厂烟气脱硝技术要点

2.1 脱硝还原剂的选择

2.1.1 氨水

在烟气脱销过程中，需要选择合适的还原剂进行处理。氨水属于较为常见的处理还原剂，其主要在SCR 脱硝体系中进行应用。针对此类还原剂进行采购时，需要按照25%浓度标准进行处理，同时应用量较为庞大，对运输条件需求严格，容易产生严重的加热汽化能耗。与其他还原剂类型相对比，氨水成本高同时应用可靠性差，存在危险化学因素。因此，当前火电厂烟气脱硝采用氨水作为还原剂的比例已经处于逐渐减少的趋势下。

2.1.2 尿素水解

尿素溶液在固定温度状态与压力条件下，通过加热方式进行处理能够实现水解反应效果。这种反应会生成NH3、CO2以及水蒸气，其中所蕴含的氨元素能够为烟气脱硝流程提供重要支持[1]。相对于其它方案，尿素水解需要将尿素颗粒分解为40～60%的尿素溶液，随后利用循环泵装置将其运输至存储罐内部，并加入反应器内部，使含氨气流能够被加热空气所稀释，形成低于5%浓度的氨气进入烟气混合模块，实现脱硝目标。

2.1.3 尿素

尿素属于人工有机物种类，其最为常见的用途包括农业肥料、卡车脱硝处理等。其化学稳定性较为良好，因此风险程度较低，在运输与存储过程中不需要采取额外安全措施，整体经济性表现优秀。在脱硝还原应用方面，尿素需要首先进行转化处理，使其能够作为氨在SCR 系统中进行应用。鉴于其安全性、经济性方面的表现，尿素在未来火电厂脱硝处理部署过程中将会得到广泛应用，逐步取代其它催化剂类型，进一步提高整体经济效益与部署安全性。

2.2 脱硝催化剂的选型

2.2.1 蜂窝类

常见火电厂脱硝用催化剂主要包括三种基础类型，即蜂窝、板式、波纹。蜂窝催化剂类型需要应用整体挤压方式进行制作，其能够在燃煤锅炉中进行应用，基础节距范围处于69～92mm 内，比表面积数据约为410-539m2/m3，壁厚通常不低于0.7mm。与其他催化剂类型相对比，蜂窝式具有良好的单位催化活性，在同等脱硝效率条件下，蜂窝式所需基础体积较小，能够在特殊工作环境中进行应用，因此具有良好的部署与推广价值。

2.2.2 板式类

板式类型催化剂需要利用金属制板网作为基础骨架结构，同时借助双侧挤压方案，实现活性材料与金属板相互结合的目标[2]。常规条件下，板式催化剂结构与空气预热处理装置的受热面具有一定程度的相似性，基础节距处于60～70mm 范围内，开孔率数据最高达到90%，具有良好的防堵灰表现。因此，板式类型催化剂主要在灰含量较高且粘性强的环境下进行应用。由于其基础表面积通常低于280-350m2/m3，因此为实现最佳脱硝效率，需要进一步加大体积才能够实现相关标准。在SCR 系统中，应用板式催化剂的基础载荷较大，同时单系统阻力低，能够实现良好的防堵灰效果，基础可靠性表现强。

2.2.3 波纹类

波纹催化剂主要应用材料为玻璃纤维与陶瓷纤维，其需要在骨架表面进行覆盖式喷涂，实际部署表现由于孔径较低等原因，表面积相对较高，能够在低灰状态下进行应用，但防堵灰表现不佳。同时，在脱硝效率处于一致的条件下，波纹催化剂对于体积的应用较小，比重等因素使其反应器体积与支撑载荷得到了显著优化，但持久性不足，容易受到金属腐蚀[2]。

2.3 脱硝工艺系统及工艺特点

火电厂主流烟气脱硝技术系统包括SCR 与SNCR 两种，SCR 需要将还原剂溶液喷洒至锅炉炉膛区域，主要包括氨水、尿素、氨气等含有氨基的还原剂类型。这些还原剂进入炉膛低温区域后，如110℃等位置，将会快速生成NH3，并与烟气内部的NO2产生还原化学反应，最终生成N2与H2O。SNCR 工艺对于氨的利用率相对较低，容易在实际部署阶段出现泄露问题，生成额外的温室气体N2O。同时，如果系统设计不科学，采用尿素作为还原剂还有可能增加CO 排放量，不利于环保性提升。因此，SNCR 相对于SCR 工艺存在一定程度的限制，但整体投资需求较低，运行成本经济性良好，因此得到了广泛采用。为进一步改善脱硝工艺系统，可以将SCR 与SNCR 工艺相结合，通过相关体系使NOx 排放浓度得以有效降低，进一步提高脱硝处理效率，使其能够匹配机组实际容量。混合技术需要将SNCR 还原剂炉膛喷入与SCR 逃逸氨催化反应相结合，使NOx 得以进一步消除，从根源层面提高实际脱硝效率表现。与单一SCR 或SNCR 技术相对比，融合技术能够表现出高效率、低逃逸率特征，同时对于部署成本的需求较低，因此可以在实际改造过程中进行应用。

2.4 脱硝前后污染物排放情况

在本次案例完成烟气脱硝技术改造工程后，机组试运行结果表现正常，同时性能参数能够满足污染排放需求。经深入分析，机组内部烟气流动状态较为稳定，NOx 分布均匀度较高，能够为脱硝处理创造理想空间条件。在脱硝率处于50、80、90%条件下，氨实际逃逸率均低于3ppm，氮氧化合物排放能够控制在100mg/Nm3标准下，各项参数指标符合我国火电厂污染物排放标准需求，如表1所示。

表1 烟气脱硝处理前后状态对比

3 火电厂烟气脱硝技术的经济效益分析

3.1 烟气脱硝总投资

案例工程开展烟气脱硝改造工程中，整体投资项目主要包括脱硝本体装置，包括电气、控制系统等建筑施工费用，同时还包括设备采购、安装费用、脱硝单向工程费用，如空预装置改造、省煤装置改造、厂房改造等。这些项目同样包含施工、设备阿刺沟、安装建设地区征用、清理费用等。除此之外，技术服务费用包括分系统调试、系统启动、生产准备与基础预备费用[3]。

3.2 烟气脱硝财务分析

针对烟气脱硝改造经济效益进行分析的过程中，首先需要展开财务分析。这一环节应当对机组年利用时间进行确认，并综合还原剂消耗量与单价状态、电量消耗增加程度、吹灰与液体氨蒸发损耗、催化剂更新、氮氧化合物脱除排污费用、设备检修、资产折旧、内部收益、投资回收、新增员工费用等项目信息，整合边界条件状态与基础数据类型，确保财务分析工作能够正常开展。

3.3 经营成本分析

在案例火电厂采用SCR 系统进行烟气脱硝改造，并应用EPC 项目高尘布置方式进行规划后，设计脱硝效率目标高于90%，同时系统可用率高于95%。本次主要应用尿素水解作为还原剂类型，工程总动态投资规模为24123万元。在持续168小时运行后，氮氧化合物排污实际费用标准为0.72元/kg，还原剂消耗量经计算为5104吨/年，经济效益表现良好。在部署烟气脱硝系统后，电力消耗与汽耗损增加幅度较大，同时还包括还原剂等变动成本。在将设备折旧、维护、人工等项目纳入分析范畴后，年利用小时为5500条件内，火电厂收益需要达到10%，并在投资回收周期内含税电力价格增加10.49元/MWh，以达到理想标准。

4 改善火电厂烟气脱硝技术经济效益的建议

4.1 调整排污费收费标准

为尽可能改善烟气脱硝改造技术应用实际经济效益，应当从优化排污收费标准角度入手。排污费用增加会导致脱硝氮氧化合物处理成本增加，若其他条件持续不变，对排污费进行调整能够使火电厂实现扭亏为盈目标。本次案例机组应用年小时达到5500h、脱硝效率为80%的状态下，总削减氮氧化合物排放量为12837吨，排放总量达到3223吨/年。结合年运行费用进行分析，若排污费用提高至425元/kg，则运行成本费用与收益持平。因此，需要针对相关收费标准进行调整，确保火电站能够实现扭亏为盈的发展目标，使企业可以从减少排放量中获得实际经济收益，为后续进一步推广相关技术夯实基础条件[4]。

4.2 实施脱硝上网电价

烟气脱硝技术方案在我国部署时间相对较晚，因此相关制度方案优待政策尚不明确，包括脱硝特殊电价等。脱硝效率方面存在的差异，应当在电价补贴方面得以体现。通过实施脱硝上网电价，可以促使电厂选择经过优化的烟气脱硝技术，有利于相关方案进一步推广，降低社会环保压力，实现经济效益提升与可持续发展双管齐下的目标。

4.3 实施排污权交易制度

排污权交易制度能够允许火电厂通过其他途径进行获利，有利于提高烟气脱硝技术应用积极性，降低环保推行难度。在排污权交易制度体系下，火电厂能够通过部署优秀效率表现的烟气脱硝装置，进而在排污交易市场中获取额外利润。同时，烟气脱硝级别较高的火电厂，还可以应用审批总量结余参与市场环境交易，使原有环保负担转变为可盈利资源，因此能够显著提高相关技术应用价值。

4.4 优化脱硝技术工艺

为进一步强化烟气脱硝经济效益，应当针对相关技术方案进行深入研究，明确主要改进方向。通过鼓励新技术与工艺部署，并拓展环保工作资金渠道，能够为后续烟气脱硝研究活动提供重要支持，实现可持续发展目标。在现有烟气脱硝技术内，催化剂应用成本占比超过45%。若加强对相关生产行业的支持力度，能够从根源层面降低烟气脱硝投入，实现提高经济效益的目标，有利于改进相关工艺方案[5]。

4.5 推广低氮燃烧技术并减少设备改造

低氮燃烧技术一般是指空气分级燃烧技术、燃烧分级燃烧技术和低氮燃烧器等。采用低氮燃烧技术能显著降低炉内氮氧化物生成，降低反应器入口浓度，减少还原剂液氨的耗用量，减少氮氧化物排放量。另外一方面提高氮氧化物脱出效率落到实处，因为国家的减排控制措施越来越严，火电厂在刚建时就需要按国家要求同步增加脱硝设备，确保减排政策调整时能够最大限度减少对原设备的改造，通过降低设备投资来提高经济效益。

综上所述，火电厂烟气脱硝技术部署经济效益受到多种因素影响。通过对相关因素进行探究，能够明确火电厂采取技术方案的主要方向，有利于未来进一步推广，实现理想环保工作目标，达到可持续发展标准。