氨水還原劑在燃煤鍋爐SCR脫硝中的應用

魏彧，李澤杰

(科行北京環(huán)保技術(shù)研究院，北京 100038)

氨水還原劑在燃煤鍋爐SCR脫硝中的應用

魏彧，李澤杰

(科行北京環(huán)保技術(shù)研究院，北京 100038)

目前氨水作為脫硝還原劑用于燃煤鍋爐SCR脫硝國內(nèi)尚未普遍使用，尤其在大機組上的應用經(jīng)驗較少。通過對實際應用案例的分析，總結(jié)了運行經(jīng)驗，為氨水還原劑在大機組SCR的脫硝應用提供參考。

換熱器;氨水蒸發(fā)器;旋流裝置;噴氨格柵(AIG);稀釋風機

0 引言

隨著新的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)的實施，我國對燃煤鍋爐氮氧化物的排放標準不斷提高。選擇性催化還原脫硝技術(shù)(SCR)工藝成熟，已成為燃煤鍋爐滿足排放標準的技術(shù)，目前SCR脫硝技術(shù)的還原劑主要采用液氨和尿素。液氨由于運行費用低和調(diào)節(jié)性能好，應用較多。但是由于液氨屬于重大危險源，其存儲和使用需要經(jīng)過嚴格的審批和安評，尤其在一些人口稠密區(qū)更是明令禁止使用。尿素作為脫硝還原劑最近幾年才開始逐漸被推廣使用，由于尿素具體有安全無害，便于運輸儲存，安評審批容易通過等優(yōu)點逐漸被用戶所認可，但是使用尿素投資和運行費用較高，對運行人員的水平要求較高。目前尿素主要是通過熱解或水解兩種工藝將尿素溶液轉(zhuǎn)化為氨氣，從而還原煙氣中的氮氧化物。

氨水作為一種安全性好，投資和運行費用低，性價比高的還原劑，適用于中小鍋爐SCR脫硝做還原劑使用。氨水用于SCR的主要顧慮是氨水汽化蒸發(fā)過程中的熱能損耗以及煙氣中水分對催化劑的影響。在河北寧紡熱電有限公司1×75 t/h煤粉爐氨水作為SCR脫硝還原劑的案例應用，在項目的實施過程中積累了寶貴的工程經(jīng)驗，為日后大機組脫硝提供參考。

1 項目概況

本項目為河北寧紡熱電有限公司1×75 t/h煤粉爐，擬加裝脫硝裝置，采用SCR脫硝工藝，還原劑為20%氨水。項目于2014年8月開工建設(shè)，工期為三個月。SCR系統(tǒng)主要工藝參數(shù)見表1。

表1 SCR脫硝系統(tǒng)主要工藝參數(shù)

2 工藝流程

本項目工藝流程SCR還原劑為20%的氨水，利用鍋爐尾部煙氣的熱量(300℃～420℃)，將稀釋風機傳送的常溫空氣通過換熱器，換熱到300℃左右，所得熱空氣在氨水蒸發(fā)器內(nèi)將經(jīng)噴槍霧化噴射的氨水溶液蒸發(fā)為氨氣，并通過管路送到SCR反應器入口煙道的噴氨格柵(AIG)上，最終在催化劑的作用下，將氮氧化物還原為氮氣和水。

該項目具有以下技術(shù)特點:

(1)為了降低能耗，采用在SCR入口煙道布置換熱器的方式進行換熱。常規(guī)的換熱器是裝在SCR反應器底部，該布置方式存在兩個問題:一是換熱器的安裝難度較大;二是換熱器的均流設(shè)計不好，易對催化劑內(nèi)部的流場造成影響。

(2)換熱器采用單側(cè)進出插入式(見圖1)。該換熱器采用20號鋼，U型單回路管組設(shè)計，均勻填滿整個煙道，防止局部偏流造成對煙道和換熱器的磨損，迎風面附耐磨材料，安簡便。

圖1 換熱器采用單側(cè)進出插入示意

(3)氨水蒸發(fā)器增設(shè)旋流裝置，保證內(nèi)部流場的均勻性。由于氨水蒸發(fā)的最佳溫度不能低于150℃，一旦低于這個溫度氨水將不能很好的汽化，造成脫硝效率下降。為了消除因為流場的不均勻造成的溫度場不均勻的問題，我們在蒸發(fā)器的入口增加了一個旋流裝置，提高了蒸發(fā)效率。

3 存在的問題及解決措施

(1)當蒸發(fā)器出口空氣溫度低于130℃時，蒸發(fā)器出口到AIG的管路有積水，脫硝效率下降。分析發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)器出口到AIG的管路保溫欠佳，沿程熱損太多，空氣溫度降低造成水蒸液化，減少了噴入AIG的氨量。解決措施:確保蒸發(fā)器出口空氣溫度在150℃以上，蒸發(fā)器出口到AIG的管路保溫層加厚到250mm。采取該措施后積水明顯減少，脫硝效率提高。

(2)系統(tǒng)開始投運的的時候，通過換熱器后空氣的溫度在260℃以上，但通過氨水蒸發(fā)器后溫度降為120℃以下，嚴重影響脫硝效率。分析發(fā)現(xiàn)，雖然換熱器后空氣的溫度可以維持在260℃以上，但是空氣的焓值不足以使氨水完全汽化，造成蒸發(fā)器出口溫度較低。另外可能稀釋風流量較低，在蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生溫度場不均勻，造成氨水蒸發(fā)不好。解決措施:更換稀釋風機，將風機的風量從2000m3/h提高到3500m3/h，壓頭保持6 kPa不變。采取該措施后換熱器后空氣的溫度仍然可以維持在260℃以上，蒸發(fā)器出口溫度上升到150℃，氨水蒸發(fā)效果變好，脫硝效率提高。

(3)氨水汽化造成煙氣中水分的增加，對下游催化劑的影響通過在蒸發(fā)器出口管路上增加汽水分離器，降低煙氣中的含水量，保證脫銷效率。

該項目煙氣流量75000m3/h，SCR脫硝反應器進口NOx濃度450mg/m3，出口NOx濃度50mg/m3，脫硝效率89%，氨逃逸率2μL/L，脫硝效果顯著。

4 優(yōu)化建議

(1)后期在換熱器設(shè)計的時候要充分考慮稀釋風機入口環(huán)境溫度對換熱溫度的影響，尤其對于北方冬季環(huán)境溫度較低時，影響較大，可在換熱器前面增加一個電加熱器作為對環(huán)境溫度變化的補償。

(2)重視氨水蒸發(fā)器本體及其出口到AIG的管路保溫，防止散熱損失造成蒸發(fā)效果變差，影響脫硝效率。理論上講稀釋風機風量應根據(jù)不同負荷下氨水的噴射量做相應的調(diào)節(jié)，同時保持濃度小于5%的要求。但是實際要達到如此精準的控制非常難，故稀釋風機按最大氨耗量時混合濃度小于5%的流量來設(shè)計。換熱器換熱面積按要在脫硝最低保證負荷下，出口空氣溫度不低于260℃設(shè)計。

(3)氨水霧化噴槍要合理選型，噴射角要根據(jù)蒸發(fā)器的內(nèi)徑進行合理的選擇，防止噴射角度過大，造成霧化液滴“貼壁”影響氨水的蒸發(fā)效果。

(4)由于噴射氨水，造成脫硝煙氣中含水量增加對催化劑的影響有待進一步地觀察。

［1］劉慷，張強，虞宏，等.煙氣脫NOx用SCR催化劑種類及工程應用［J］.電力環(huán)境保護，2009，25(4):13－15.

［2］解永剛，程慧.火電廠SCR脫硝還原劑的選擇與比較［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(5):32－33.

［3］張強.燃煤電站SCR煙氣脫硝技術(shù)及工程應用［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2007.

［4］白文輝.氨水SCR脫硝技術(shù)的應用和比較［EB/OL］.http:// www.docin.com/p－706171244.htm.

Application of ammonia reductant in SCR De NOxsystem for coal－fired boilers

Currently ammonia as a reducing agent in SCR De NOxsystem for coal－fired boilers has not been commonly used in China.Especially in the large units there is the lack o f relevantexperiences.Through the analysis of the success cases，sums up the valuable experiences of ammonia as a reducing agent，which provides referonce for SCR De NOxsystem o f large coal－fired units.

heat exchanger;ammonia evaporator;sw irl device;ammonia injection grid;air dilution fan

X701.7

:B

:1674－8069(2015)02－045－02

2014-12-30;

:2015-02-11

魏彧(1974-)，男，內(nèi)蒙古包頭市人，高級工程師，主要從事燃煤電廠大氣污染物治理。E－mail:wei2003yu@126.com