氨水蒸發(fā)器在SCR脫硝裝置上的運(yùn)用

曾連輝

（福建鑫澤環(huán)保設(shè)備工程有限公司，福州 350002）

氨水蒸發(fā)器在SCR脫硝裝置上的運(yùn)用

曾連輝

（福建鑫澤環(huán)保設(shè)備工程有限公司，福州 350002）

概述了SCR脫硝法中常用的3種還原劑的優(yōu)缺點(diǎn)，分析并提出了采用氨水作為SCR還原劑的優(yōu)勢(shì)；重點(diǎn)介紹了兩種氨水蒸發(fā)器的原理、流程、控制要點(diǎn)以及在工程項(xiàng)目中的運(yùn)用情況，并對(duì)兩種蒸發(fā)器進(jìn)行了簡(jiǎn)單比較，以供后續(xù)項(xiàng)目工藝路線的選擇作參考。

選擇性催化還原脫硝法；還原劑；氨水蒸汽蒸發(fā)器；氨水熱風(fēng)蒸發(fā)器

1 概述

選擇性催化還原法脫硝技術(shù)，即SCR法脫硝技術(shù)，作為當(dāng)前煙氣脫硝市場(chǎng)中主流的脫硝技術(shù)，具有脫硝效率高、NOx排放濃度低、氨逃逸濃度低、裝置運(yùn)行成熟、穩(wěn)定等特點(diǎn)，在日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)下，具有極大的市場(chǎng)空間。在SCR法工藝路線選擇中，最關(guān)鍵的是要根據(jù)具體的項(xiàng)目要求確定合適的還原劑。

2 SCR脫硝還原劑的選擇

SCR法常用的脫硝還原劑有液氨、尿素和氨水。

若采用液氨作為脫硝系統(tǒng)的還原劑，則優(yōu)點(diǎn)是脫硝系統(tǒng)儲(chǔ)罐容積可以較小，還原劑價(jià)格也最便宜；缺點(diǎn)是氨氣有毒、易燃、易爆，儲(chǔ)存的安全防護(hù)要求高，需要經(jīng)相關(guān)消防、安監(jiān)及質(zhì)監(jiān)等部門審批才能大量?jī)?chǔ)存和使用；另外，若涉及重大危險(xiǎn)源，每年需定期檢驗(yàn)、評(píng)估。

若采用氨水作為脫硝系統(tǒng)的還原劑，氨水有刺激氣味，易揮發(fā)和具弱堿性，有一定的操作安全要求，且還原劑綜合單價(jià)比液氨高，但儲(chǔ)存、處理、輸送比液氨簡(jiǎn)單。

若采用尿素作為脫硝系統(tǒng)的還原劑，因尿素不易燃燒和爆炸，無色無味，運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用比較簡(jiǎn)單安全；但是其綜合單價(jià)比氨水高，且需要采用專用的尿素?zé)峤饣蚰蛩厮庋b置，一次投資費(fèi)用較高。

通過以上分析，采用氨水作為SCR脫硝還原劑，具有一定優(yōu)勢(shì)，既可避免使用安全風(fēng)險(xiǎn)較大的液氨，也可以避免采用一次投資較大、運(yùn)行成本較高的尿素。而無論采用氨水、液氨或尿素作為SCR還原劑，均需要將其轉(zhuǎn)化為氨氣，再進(jìn)入SCR反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行脫硝反應(yīng)。氨水轉(zhuǎn)化為氨氣的關(guān)鍵設(shè)備就是氨水蒸發(fā)器，以下著重介紹了兩種氨水蒸發(fā)器的原理、流程、控制要點(diǎn)以及在具體工程項(xiàng)目中的運(yùn)用情況。

3 氨水蒸發(fā)器選用

氨水蒸發(fā)一般采用全蒸發(fā)的方式，熱源一般有兩種，一種蒸汽，另一種鍋爐二次熱風(fēng)。

3.1 氨水蒸汽蒸發(fā)器

通過一定壓力的飽和蒸汽，將20%的氨水蒸發(fā)成氨氣/水蒸汽的混合氣，再將該混合氣氨濃度稀釋至5%（v%）以下，通過噴氨格柵進(jìn)入SCR反應(yīng)器進(jìn)行脫硝反應(yīng)。主要工藝流程見圖1。

氨水蒸發(fā)器通過低壓飽和蒸汽冷凝釋放潛熱對(duì)氨水進(jìn)行加熱蒸發(fā)，蒸汽通過管道進(jìn)入蒸發(fā)器殼程，冷凝、放熱、降溫，與管程內(nèi)的氨水進(jìn)行換熱，氨水吸熱、升溫、蒸發(fā)，變成氨氣混合氣，出蒸發(fā)器后送至SCR反應(yīng)器，蒸汽冷凝水經(jīng)過疏水后排放。

圖1 氨水蒸汽蒸發(fā)器主要工藝流程

氨水蒸汽蒸發(fā)器本體：設(shè)計(jì)有下部蒸發(fā)器區(qū)和上部緩沖區(qū)，蒸發(fā)器區(qū)完成氨水換熱、蒸發(fā)，內(nèi)部設(shè)置有列管式換熱管；緩沖區(qū)對(duì)氨氣混合氣起到穩(wěn)壓、緩沖作用，并對(duì)冷凝液進(jìn)行導(dǎo)流回收。

主要控制點(diǎn)：蒸發(fā)器出口氨氣混合氣壓力、溫度，蒸發(fā)器氨水液位、氨水溫度、壓力等。調(diào)節(jié)進(jìn)口低壓飽和蒸汽的投加量，控制出口氨氣混合氣壓力及溫度；調(diào)節(jié)進(jìn)口氨水投加量，控制蒸發(fā)器內(nèi)氨水液位恒定，保證蒸發(fā)器有足夠的蒸發(fā)面積。

運(yùn)用實(shí)例：安徽金源熱電有限公司2×220t/h煤粉鍋爐煙氣脫硝工程，設(shè)計(jì)煙氣量28萬Nm3/h（標(biāo)干），初始NOx濃度650mg/Nm3（標(biāo)干，以NO2計(jì)），要求脫硝效率≥85%，NOx排放濃度≤100mg/Nm3（標(biāo)干，以NO2計(jì)），氨逃逸率≤2.5mg/Nm3，SO2氧化成SO3的轉(zhuǎn)化率控制在1%以內(nèi)，年運(yùn)行8000小時(shí)。采用SCR脫硝工藝2層催化劑布置，不設(shè)備用層，SCR反應(yīng)器采用獨(dú)立鋼架支撐，布置在鍋爐高溫省煤器與高溫空預(yù)器之間。

該工程共設(shè)計(jì)2臺(tái)氨水蒸汽蒸發(fā)器，1用1備，單臺(tái)蒸發(fā)器供2臺(tái)SCR反應(yīng)器使用，采用母管制供應(yīng)。

單臺(tái)蒸發(fā)器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)：蒸發(fā)量（20%氨水）700kg/h，全蒸發(fā)；進(jìn)氨壓力0.4MPa；進(jìn)氨溫度為常溫；出氨氣/水蒸汽混合氣壓力0.2MPa；出氨氣/水蒸汽混合氣溫度＞125℃（飽和溫度）；加熱蒸汽0.5MPa，152℃飽和蒸汽；低壓電源380V/220V，50Hz；儀表用電DC24V，AC220V。

工程投入穩(wěn)定運(yùn)行后，蒸發(fā)器緩沖區(qū)壓力控制在0.2MPa左右，溫度在123℃，2#鍋爐氨/空氣混合器前氨氣壓力0.159MPa，溫度115.9℃，當(dāng)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，NOx初始濃度753mg/Nm3，排放NOx濃度74mg/Nm3，脫硝效率90.1%，氨消耗量351kg/h（以20%氨水計(jì)），各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，運(yùn)行情況良好。

3.2 氨水熱風(fēng)蒸發(fā)器

引出鍋爐上級(jí)空預(yù)器后二次熱風(fēng)，溫度約在150℃～350℃（視不同鍋爐而定），增壓至7～9kPa，進(jìn)入氨水熱風(fēng)蒸發(fā)器，氨水通過雙流體噴槍，噴射進(jìn)入氨水熱風(fēng)蒸發(fā)器霧化，與熱風(fēng)混合、蒸發(fā)，蒸發(fā)后輸送至SCR反應(yīng)器進(jìn)行脫硝反應(yīng)。工藝流程示意圖見圖2。

圖2 氨水熱風(fēng)蒸發(fā)器工藝流程示意圖

該蒸發(fā)器系統(tǒng)主要包括氨水的計(jì)量分配、氨水噴射霧化、蒸發(fā)器本體、熱風(fēng)加壓系統(tǒng)等，首先20%氨水由罐區(qū)通過氨水輸送泵送至氨水計(jì)量分配模塊，經(jīng)過計(jì)量調(diào)配后進(jìn)入氨噴射系統(tǒng)，經(jīng)壓縮空氣霧化、噴射進(jìn)入氨蒸發(fā)器本體，與增壓后的熱風(fēng)，在蒸發(fā)器內(nèi)混合、蒸發(fā)，變成氨氣/空氣/水蒸汽的混合氣送至SCR反應(yīng)器。

主要控制點(diǎn)：氨水流量、氨水噴射壓力、壓縮空氣噴射壓力、進(jìn)口熱風(fēng)流量、進(jìn)口熱風(fēng)壓力、進(jìn)口熱風(fēng)溫度、出口熱風(fēng)溫度、出口熱風(fēng)壓力等。

運(yùn)用實(shí)例：福建三明青山紙業(yè)股份有限公司110t/h煤粉鍋爐煙氣脫硝工程，設(shè)計(jì)煙氣量14.5萬Nm3/h（標(biāo)干），初始NOx濃度900mg/Nm3（標(biāo)干，以NO2計(jì)），要求脫硝效率≥90%，NOx排放濃度≤100mg/Nm3（標(biāo)干，以NO2計(jì)），氨逃逸率≤3ppm，SO2氧化成SO3的轉(zhuǎn)化率小于1%，年運(yùn)行8000小時(shí)。采用SCR脫硝工藝，“2+1”層催化劑布置，SCR反應(yīng)器采用獨(dú)立鋼架支撐，布置在鍋爐上級(jí)空預(yù)器與下級(jí)省煤器之間。

該工程共設(shè)計(jì)1臺(tái)氨水熱風(fēng)蒸發(fā)器，對(duì)應(yīng)1臺(tái)SCR反應(yīng)器。蒸發(fā)器主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：蒸發(fā)量（20%氨水）：250kg/h，全蒸發(fā)；氨噴射壓力0.3～0.4MPa；霧化空氣壓力0.3～0.4MPa；氨溫度為常溫；進(jìn)口熱風(fēng)溫度340℃；進(jìn)口熱風(fēng)壓力9kPa（加壓后）；進(jìn)口熱風(fēng)流量1500Nm3/h；出口氨氣/空氣/水蒸汽混合氣溫度：67℃～70℃；出口氨氣/空氣/水蒸汽混合氣壓力7～8kPa。蒸發(fā)器投入運(yùn)行后，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，運(yùn)行情況穩(wěn)定良好。

4 氨水蒸發(fā)器比較

對(duì)兩種氨水蒸發(fā)器設(shè)計(jì)選型及實(shí)際運(yùn)用的簡(jiǎn)單比較，見下表。

通過下表比較可以看出，采用氨水蒸汽蒸發(fā)器不受鍋爐二次風(fēng)的限制，但其一次投資和運(yùn)行成本相對(duì)較高，且涉及氨氣混合氣的輸送。而采用氨水熱風(fēng)蒸發(fā)器需考慮鍋爐二次風(fēng)的余量和溫度，可能會(huì)對(duì)鍋爐的正常使用造成影響。涉及具體項(xiàng)目的選型，需對(duì)上述要點(diǎn)進(jìn)行具體分析，最終確定合理的蒸發(fā)型式。

5 總結(jié)

兩種氨水蒸發(fā)器，即氨水蒸汽蒸發(fā)器和氨水熱風(fēng)蒸發(fā)器，均有實(shí)際工程運(yùn)用，通過對(duì)運(yùn)用情況及設(shè)計(jì)選型的分析，兩種蒸發(fā)器的適應(yīng)條件不同，需綜合考慮一次投資、運(yùn)行成本、對(duì)鍋爐的影響等，做出合理的判斷分析，最終確定理想的蒸發(fā)型式。

Application of Ammonia Evaporator in SCR Denitrifcation Device

ZENG Lian-hui
(Fujian Xinze Environmental Protection Equipment and Engineering Co., Ltd, Fuzhou 350002, China)

The paper summarizes the advantages and disadvantages of three kinds of reducing agent in SCR denitration process, analyzes and proposes the advantages by taking ammonia as SCR reducing agent. Then, the paper introduces the principle, process, and control points of two kinds of ammonia evaporator, and the application situation in the specifc engineering project, and makes a simple comparison between the two types of evaporator.

SCR; reducing agent; evaporator of ammonia steam; evaporator of ammonia hot wind

兩種氨水蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)選型及實(shí)際運(yùn)用比較表

X701

A

1006-5377（2017）01-0049-03