火電廠 SCR脫硝還原劑的選擇與比較

解永剛,程慧

(浙江省電力設(shè)計(jì)院,浙江杭州 310012)

火電廠 SCR脫硝還原劑的選擇與比較

解永剛,程慧

(浙江省電力設(shè)計(jì)院,浙江杭州 310012)

從脫硝還原劑氨站的安全性、技術(shù)成熟性和應(yīng)用廣泛性、初投資和運(yùn)行費(fèi)用等方面對(duì)幾種 SCR脫硝還原劑進(jìn)行了比較,結(jié)果表明:純氨法的建造、運(yùn)行成本較低,一般情況下,宜采用純氨為脫硝劑。

SCR;脫硝;還原劑

隨著環(huán)保政策的日益嚴(yán)格和節(jié)能減排工作的大力開(kāi)展,國(guó)家對(duì) NOx的排放要求越來(lái)越嚴(yán)。近期,最新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見(jiàn)稿)已經(jīng)成稿,在該標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)燃煤機(jī)組 NOx排放濃度作出了進(jìn)一步的限制,在重點(diǎn)地區(qū)的排放濃度應(yīng)低于 200mg/m3。SCR技術(shù)具有較高的脫硝效率,技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定,適應(yīng)性,且排放濃度低于200mg/m3。SCR工藝的基本原理為:在催化劑作用下,向適當(dāng)溫度 (約 280～420℃)的煙氣中噴入氨,氨與煙氣中 NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng),將 NOx還原成 N2和 H2O,達(dá)到脫硝的目的。

制備氨的脫硝還原劑有尿素、純氨和氨水 3種。不同還原劑的初投資、運(yùn)行費(fèi)用、危險(xiǎn)性等有較大不同。其中,氨水的建造以及運(yùn)行成本較高,且存在一定的安全隱患,因此,自 20世紀(jì) 90年代以后,氨水已很少被用作脫硝還原劑。本文僅對(duì)純氨和尿素(包括尿素水解法和熱解法)作為脫硝還原劑進(jìn)行分析和比較。

1 脫硝劑的選擇與比較

1.1 制氨方法簡(jiǎn)介

(1)純氨法。液氨 /純氨由槽車送到液氨儲(chǔ)罐,儲(chǔ)罐輸出的液氨在氨氣蒸發(fā)器內(nèi)經(jīng) 40℃左右的溫水蒸發(fā)為氨氣,并將氨氣加熱至常溫后,送至氨氣緩沖罐備用。緩沖罐內(nèi)的氨氣經(jīng)調(diào)壓閥減壓后,送入各機(jī)組的氨氣 /空氣混合器中,與來(lái)自風(fēng)機(jī)的空氣充分混合后,通過(guò)氨噴射格柵噴入煙氣中,與煙氣混合后進(jìn)入 SCR催化反應(yīng)器。

(2)尿素水解法。運(yùn)輸卡車把尿素卸到卸料倉(cāng)內(nèi),干尿素被直接從卸料倉(cāng)送入混合罐。在混合罐中尿素經(jīng)攪拌器攪拌至完全溶解,然后用循環(huán)泵將尿素溶液抽出來(lái),這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù),以維持尿素溶液存儲(chǔ)罐的液位。經(jīng)過(guò)濾后的溶液進(jìn)入水解槽,在水解槽中,尿素溶液首先通過(guò)蒸汽預(yù)熱器加熱到反應(yīng)溫度,然后與水反應(yīng)成氨和二氧化碳。

(3)尿素?zé)峤夥?。此方法為美?guó)燃料技術(shù)公司特有的制氨氣法,系統(tǒng)將尿素溶液轉(zhuǎn)換成氨和氨基產(chǎn)物,并將混合均勻的空氣/氨混合氣體以預(yù)定的流速、壓力、溫度輸送到氨噴射格柵。

1.2 安全性比較

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016-2006),液氨屬于乙類液體。氨氣與空氣混合物的爆炸極限為 16%～25%(最易引燃濃度為 17%),氨和空氣混合物達(dá)到上述濃度范圍遇明火會(huì)燃燒和爆炸。根據(jù)有關(guān)規(guī)定,液氨構(gòu)成危險(xiǎn)貨物,液氨在生產(chǎn)場(chǎng)所超過(guò) 40 t、儲(chǔ)存場(chǎng)所超過(guò) 100 t時(shí)構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。純氨的運(yùn)輸須由專業(yè)危險(xiǎn)品運(yùn)輸單位負(fù)責(zé);存儲(chǔ)純氨時(shí),因需要較高的壓力,可能會(huì)產(chǎn)生泄漏,必須滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范的要求,并需要較嚴(yán)格的管理。

尿素為一般的農(nóng)業(yè)用肥料,十分安全,于就近購(gòu)買,可以用火車或汽車運(yùn)輸,其運(yùn)輸和儲(chǔ)存不需要特別的安全措施。因此,尿素作為還原劑在安全方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。在美國(guó),尤其是自“911”以后,出于對(duì)安全以及恐怖襲擊等的考慮,液氨的管理規(guī)定很嚴(yán)格,很多脫硝工程的脫硝還原劑采用尿素。

1.3 技術(shù)比較

用純氨作為脫硝還原劑的氨站所需要的場(chǎng)地面積比尿素法的氨站占地面積要小,但其四周需要一定的安全距離,兩種方法的占地面積的大小應(yīng)視具體工程情況而定。

出于安全的考慮,在美國(guó)大部分 SCR脫硝工程的還原劑使用尿素。在歐洲、韓國(guó)、日本、我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)等,大部分 SCR脫硝工程的還原劑使用純氨。近幾年我國(guó)大陸也有一些 SCR脫硝工程,絕大部分使用純氨作為脫硝劑。采用尿素?zé)峤夥ǖ墓こ逃?北京華能高碑店發(fā)電廠脫硝工程,北京京能熱力有限公司石景山發(fā)電廠脫硝工程等。目前,在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有采用尿素水解法的工程。

純氨法和尿素法的技術(shù)比較見(jiàn)表 1。

表 1 純氨法和尿素法技術(shù)比較

從表中可以看出,采用液氨法制備氨氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單,技術(shù)成熟,系統(tǒng)響應(yīng)快,無(wú)堵塞管道的危險(xiǎn)。尿素水解法相比尿素?zé)峤夥?其系統(tǒng)響應(yīng)性要差,存在管道堵塞的可能。

總的來(lái)說(shuō),純氨法和尿素法制備氨氣技術(shù)都比較成熟,在世界范圍內(nèi)都有較廣泛的應(yīng)用。使用尿素作為脫硝劑主要出于安全考慮。

1.4 初始投資及運(yùn)行費(fèi)用比較

為了進(jìn)行比較,本文以某 2×1000MW機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)的氨站為例進(jìn)行比較。其中,尿素?zé)峤夥?、尿素水解法、液氨法的氨站建造成本分別為2000萬(wàn)元、1500萬(wàn)元、700萬(wàn)元。脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用見(jiàn)表 2。

表 2 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用比較 萬(wàn)元/a

從表 2可知,相比尿素法無(wú)論是初始投資還是運(yùn)行費(fèi)用,純氨法都是較低的。尿素水解法的運(yùn)行費(fèi)用比尿素?zé)峤夥ǖ倪\(yùn)行費(fèi)用稍低。尿素?zé)峤夥ㄟ\(yùn)行費(fèi)用最高,在實(shí)際應(yīng)用中,可從熱一次風(fēng)管道中引出熱風(fēng)供尿素?zé)峤馐?以節(jié)省運(yùn)行成本。

1.5 脫硝還原劑的選擇

純氨法和尿素法制備氨氣的技術(shù)都是成熟的,但純氨法在技術(shù)的各方面都是較優(yōu)的。無(wú)論是初始投資,還是運(yùn)行費(fèi)用,純氨法都是較低的。雖然純氨法存在一定的危險(xiǎn)性,但發(fā)電廠屬于管理、運(yùn)行水平較高的單位,目前國(guó)內(nèi)有較多的電廠正在使用純氨作為脫硝劑,且純氨系統(tǒng)都在穩(wěn)定運(yùn)行。

2 結(jié)語(yǔ)

在 SCR脫硝工程中,需要對(duì)還原劑進(jìn)行合適的選擇。純氨法和尿素法制備氨氣都是較成熟的技術(shù),都有較廣泛的應(yīng)用,但純氨法系統(tǒng)更簡(jiǎn)單,純氨法的建造成本和運(yùn)行成本都是最低的。如條件許可,宜采用純氨為脫硝劑;外界條件不允許,如運(yùn)輸條件、存儲(chǔ)條件受到限制時(shí),可采用尿素法。

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Selection and comparison of reducing agent on SCR DeNOxsystem in ther mal power plants

The reducing agents on SCR DeNOxsystem are compared.The select ion of appropriate reducing agent is analyzed.The safety,m aturity,universality,inves tm ents and operation expenses of different reducing agents’ammonia stat ion are compared.The results show that the investm ents and operat ion expenses of the liquid ammonia as reducing agent is lowest.In normal condit ion,the liquid ammonia as reducing agent is preferred.

SCR;DeNOx;reducing agent

X701.7

B

1674-8069(2010)05-032-02

2010-05-21;

2010-08-17

解永剛 (1978-),男,遼寧省本溪縣人,工程師,長(zhǎng)期從事發(fā)電廠機(jī)務(wù)設(shè)計(jì)工作。E-mail:xie_yonggang@zepdi.com