燃煤電廠煙氣脫硝SCR技術(shù)還原劑選擇的分析

席 磊

（內(nèi)蒙古華云新材料有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014036）

氮和氧在高溫條件下容易發(fā)生反應(yīng)，形成氮氧化合物，這是重要的空氣污染物之一。目前，對(duì)氮氧化合物的控制通常從產(chǎn)生控制和形成后消除兩方面入手，即爐內(nèi)控制和生成后消除兩種技術(shù)。爐內(nèi)技術(shù)通常采用控制爐內(nèi)燃燒溫度的方式，抑制氧元素和氮元素的相互反應(yīng)，降低氮氧化合物的生成率。而氮氧化合物生成后則往往采用利用觸媒還原的方式將排放物中的氮氧化合物轉(zhuǎn)化為無害的氮?dú)夂退瑥亩鴮?shí)現(xiàn)有害物質(zhì)的清除。

1 常用的脫硝技術(shù)

氮氧化合物的爐內(nèi)控制技術(shù)成本相對(duì)較低，因此，爐內(nèi)控制技術(shù)在火電廠內(nèi)的應(yīng)用已經(jīng)普及。但隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，單獨(dú)采用爐內(nèi)控制的方式已經(jīng)難以達(dá)到相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。因此，氮氧化合物產(chǎn)生后的清除設(shè)備在電廠中逐漸得到應(yīng)用。如今通常采用的技術(shù)有SCR和SNCR（選擇性非催化還原技術(shù)）兩種。但是，SCNR的氮氧化合物清除效果較差，難以滿足應(yīng)用需求，目前應(yīng)用較多的還是SCR脫硝設(shè)備[1]。

2 SCR脫硝技術(shù)的介紹

SCR技術(shù)是在適當(dāng)溫度下，利用氨或者尿素等還原劑將氮氧化合物中的氮還原成氮?dú)?。在加入催化劑的環(huán)境下，將氮氧化合物轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退?，需要在超過850℃的高溫環(huán)境下進(jìn)行。當(dāng)加入催化劑后，反應(yīng)需要的溫度大大降低，只需300～400℃即可，鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間的煙氣溫度即可滿足要求。在氮氧化合物和氧氣同時(shí)存在的情況下，氨會(huì)和氮氧化合物優(yōu)先反應(yīng)，從而降低氨的損耗。在反應(yīng)過程中，當(dāng)?shù)趸衔锖桶钡臐舛炔桓邥r(shí)，反應(yīng)速度較慢。在溫度適宜的情況下，確保足夠的反應(yīng)時(shí)間，可以更好地保證氮氧化合物的去除效果。

需要注意的是，在氮氧化合物和氨發(fā)生還原反應(yīng)的同時(shí)，氧氣和氨的氧化反應(yīng)也在進(jìn)行，這就導(dǎo)致氨的額外損耗，氮氧化合物的反應(yīng)效率也會(huì)受到影響。氧化反隨著系統(tǒng)溫度的升高而加快。煙道幾何外形、系統(tǒng)壓力變化、煙氣成分濃度以及系統(tǒng)溫度等外部因素和生產(chǎn)環(huán)境的變化都會(huì)影響SCR系統(tǒng)的運(yùn)行效果[2]。

3 SCR還原劑概述

SCR的還原劑主要有氨水、無水氨和尿素三種。高濃度的氨毒性較高，具有可燃性，因此，氨通常被認(rèn)定為一種危險(xiǎn)品，需要按照標(biāo)準(zhǔn)，采取必要的安全措施進(jìn)行運(yùn)輸和存放，并且氨的存放設(shè)備往往要求比較嚴(yán)格。例如，無水氨需要以液氨的形式在壓力容器中儲(chǔ)存，在使用前需要進(jìn)行氣化。在實(shí)際應(yīng)用過程中，在滿足設(shè)計(jì)要求并按照安全流程操作的情況下，無水氨也可以安全使用。此外，氨還可以采用氨水的形式進(jìn)行使用，其濃度通常為25%左右。由于氨水中氨氣的排放較少，對(duì)外界環(huán)境影響較小，對(duì)人員的危害性較低，其安全性較高。在SCR系統(tǒng)中，無水氨和氨水都可以使用，但其使用需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐陌踩?guī)定和實(shí)際應(yīng)用環(huán)境綜合考慮。氨水安全性較高，但將氨氣溶解在水中，本身質(zhì)量和體積都大大增加，其運(yùn)輸成本和倉儲(chǔ)成本都大大提高。在使用前，需將氨水中的水分蒸發(fā)，這個(gè)過程也需要消耗大量能量，同時(shí)，使用氨水時(shí)還需液泵系統(tǒng)提供動(dòng)力，可見，使用氨水的附加成本較高。而無水氨的存儲(chǔ)空間和運(yùn)輸成本都相對(duì)較低，但是其危險(xiǎn)性較高，不適用于人員較為密集的地區(qū)。以上三種還原劑反應(yīng)消耗比例為液氨/氨水/尿素=1/4/1.9。無水氨和尿素是目前最為常用的還原劑。

此外，尿素也被當(dāng)作一種新型的還原劑進(jìn)行使用，而且液態(tài)的尿素比較穩(wěn)定，安全性較高。與無水氨相比，尿素在和氮氧化合物反應(yīng)過程中，氨的逃逸較低，但反應(yīng)需要更高的氨濃度，才能達(dá)到相同的效果，造成成本升高，同時(shí)尿素氧化過程中會(huì)產(chǎn)生溫室氣體[3]。不同還原劑的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合如表1所示。

表1 SCR脫硝還原劑優(yōu)缺點(diǎn)比較

4 還原劑性能的綜合比較

無水氨和尿素是煙氣脫硝常用的還原劑，氨水不作為本文的研究對(duì)象。筆者從投資成本、運(yùn)營成本和安全性能等方面，利用實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)對(duì)兩種還原劑進(jìn)行比較。

4.1 投資成本比較

表2為某機(jī)組不同還原劑在不同脫硝比率下的設(shè)備資金投入情況，從中可以發(fā)現(xiàn)，無水氨的SCR技術(shù)方案的資金投入明顯較低。

表2 2×300 MW機(jī)組脫硝工程資金投入（不同脫硝比率成本損耗）

4.2 運(yùn)營成本對(duì)比

脫硝運(yùn)營成本包括電能、水資源以及氣體的消耗，但由于水和氣的消耗差別較小，因此不進(jìn)行比較，此外還包括還原劑、催化劑以及設(shè)備損耗。表3為不同方案3年運(yùn)營成本的比較，可見無水氨的運(yùn)營成本較低。

表2 3年運(yùn)營成本比較

4.3 安全性能比較

無水氨的危險(xiǎn)性較高，高濃度氨氣對(duì)人體危害很大，而尿素安全性很高，十分安全。二者的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表4所示。

表4 不同還原劑的優(yōu)缺點(diǎn)比較

根據(jù)燃煤電廠煙氣脫硝技術(shù)還原劑的特點(diǎn)，比較還原劑的優(yōu)缺點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)性方面來看，目前無水氨的使用更為普遍。

5 結(jié)論

尿素的安全性較好，價(jià)格波動(dòng)小，但設(shè)備投資和運(yùn)輸成本較高；在實(shí)際生產(chǎn)中，無水氨的設(shè)備投資和運(yùn)營成本都比較低，但是由于運(yùn)輸距離（＜500 km）的限制，火電廠對(duì)無水氨供應(yīng)廠家的依賴性較高，供應(yīng)量和產(chǎn)品價(jià)格比較受限。因此，用戶應(yīng)對(duì)自身實(shí)際情況綜合考評(píng)，選用最為適宜的SCR還原劑和生產(chǎn)方案。

參考文獻(xiàn)

1 羅朝暉.選擇性非催化還原煙氣脫硝技術(shù)（SNCR）在循環(huán)硫化床鍋爐上的工程應(yīng)用[D].上海：上海交通大學(xué)，2007.

2 孫克勤，韓 祥.燃煤電廠煙氣脫硝設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

3 項(xiàng) 昆.3種煙氣脫硝工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析[J].熱力發(fā)電，2011，40（6）：1-4.