煙氣脫硝不同還原劑的技術(shù)路線對比

丁旭

摘 要：燃煤鍋爐脫硝還原劑主要以氨水、尿素和高分子還原劑為主，不同的還原劑對應(yīng)的工藝路線不同，所需的反應(yīng)環(huán)境也不相同。本文章主要對燃煤鍋爐脫硝采用的不同還原劑工藝路線進(jìn)行介紹及對比。

關(guān)鍵詞：液氨;尿素;水解;熱解;高分子

一、氮氧化物生成機(jī)理

氮氧化物的生成主要分為燃料型NOx，熱力型NOx和快速型NOx。燃料型NOx是由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成。由于燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600-800℃時就會生成燃料型，它在煤粉燃燒NOx產(chǎn)物中占60-80%;熱力型NOx是空氣中的氮氣N2在高溫時被氧氣氧化產(chǎn)生的，通常溫度需要達(dá)到1500℃左右;快速型NOx是碳?xì)浠衔锶剂先紵谌剂线^濃時，在反應(yīng)區(qū)附近會快速生成NOx。

二、不同還原劑各種工藝

（一）? 液氨蒸發(fā)工藝系統(tǒng)

液氨由液氨槽車送來，利用槽車自身壓力及氨卸料壓縮機(jī)增壓的方式將液氨由槽車輸送至液氨儲罐內(nèi)儲存，并利用液氨儲罐與液氨蒸發(fā)器之間的壓差，將液氨儲罐中的液氨輸送到液氨蒸發(fā)器內(nèi)，以蒸汽作為熱源將液氨蒸發(fā)器內(nèi)的液氨蒸發(fā)為氣氨后，進(jìn)入氣氨緩沖罐，再經(jīng)管道送至脫硝反應(yīng)區(qū)。液氨儲罐及氣氨蒸發(fā)系統(tǒng)緊急排放的氣氨則排入氨氣稀釋槽中，經(jīng)水吸收后排入廢水池，再經(jīng)由廢水泵送至廠區(qū)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

（二）? 尿素爐內(nèi)及煙道直噴制氨系統(tǒng)

爐內(nèi)及煙道直噴制氨是將尿素噴入溫度區(qū)間為350℃以上時，尿素溶液快速加熱分解為氨氣和二氧化碳。工藝包括鍋爐外的尿素溶液制備系統(tǒng)、尿素溶液供給及控制裝置、以及位于適合溫度的尿素噴射器組，其中爐內(nèi)直噴又分為風(fēng)冷直噴和水冷直噴兩種工藝，兩種工藝的噴槍都布置在鍋爐轉(zhuǎn)向室內(nèi)，但適合溫度不同，風(fēng)冷直噴的適合溫度為350-650℃，水冷直噴的適合溫度為350-750℃。

在尿素溶液制備系統(tǒng)中制備尿素溶液，尿素溶液通過供給及控制裝置通過尿素溶液輸送管道將其輸送到設(shè)置與鍋爐轉(zhuǎn)向室內(nèi)或反應(yīng)器進(jìn)口煙道的尿素溶液噴射器組，尿素溶液噴射器組噴出的尿素液滴與煙氣混合，在轉(zhuǎn)向室或高溫?zé)煹乐斜患訜岵⒎纸獬砂睔?。氨氣與煙氣的混合物通過靜態(tài)混合器、煙氣導(dǎo)流板和整流格柵，進(jìn)入裝有催化劑的SCR反應(yīng)器。在催化劑作用下，氨氣與煙氣中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成無害的氮氣和水。流程圖如圖2所示：

7-鍋爐燃燒室8-過熱器再熱器9-省煤器10-轉(zhuǎn)向室11-多噴嘴噴射器12-尿素溶液罐;13-計量分配控制裝置14-尿素溶液管道15-靜態(tài)混合器16-導(dǎo)流板17-整流器;18-催化劑;

（三）高分子脫硝系統(tǒng)

高分子脫硝工藝是采用固態(tài)高分子還原劑噴入合適區(qū)間脫硝的一種工藝，高分子脫硝劑主要成分為CnHmNs、乳化劑、分散劑、緩釋劑等，并混合鋁鎂硅硫鈣錳等活性物質(zhì)，部分高分子脫硝劑還有適量的尿素和稀土。此工藝主要特點為設(shè)備簡單。初期投資少，主要設(shè)備為料倉、電動給料機(jī)、風(fēng)機(jī)、氣料混合裝置以及噴射裝置，流程圖如下：

（四）尿素水解制氨工藝介紹

尿素水解制氨的原理是基于在一定 溫度、壓力條件下，尿素水溶液可以分解產(chǎn)生氨氣和二氧化碳，產(chǎn)生的氨氣用作SCR工藝的脫硝還原劑，反應(yīng)方程式為：

第一步：尿素和水反應(yīng)生成氨基甲酸銨，此反應(yīng)為微放熱，反應(yīng)速度較慢。

第二步：氨基甲酸銨分解生成氨氣和二氧化碳，此反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)迅速。

尿素顆粒袋裝放置在存儲間，破袋后由斗提機(jī)送到溶解罐里，用除鹽水將干尿素溶解成40～60%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液循環(huán)泵輸送到尿素溶液儲罐。尿素溶液經(jīng)由給料泵進(jìn)入水解器內(nèi)在140～160℃，0.4～0.6MPa環(huán)境下進(jìn)行分解，生成NH3、H2O和CO2，水解反應(yīng)器中產(chǎn)生出來的含氨氣流被熱的稀釋空氣稀釋后，產(chǎn)生濃度小于5%的氨氣進(jìn)入氨氣—煙氣混合系統(tǒng)，并由氨噴射系統(tǒng)噴入脫硝系統(tǒng)。

（五）尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)

尿素顆粒由斗提機(jī)輸送到溶解罐里，用除鹽水將干尿素溶解成40%～60%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液輸送泵輸送到尿素溶液儲罐，在由高流量循環(huán)裝置、計量分配裝置進(jìn)入到熱解爐。來自空預(yù)器的熱一次風(fēng)/二次風(fēng)，經(jīng)由高溫風(fēng)機(jī)（如需）、電熱機(jī)器加熱后進(jìn)入熱解爐，為尿素溶液熱解提供熱源，生成的NH3、H2O和CO2，分解產(chǎn)物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統(tǒng)。

三、技術(shù)對比表格

優(yōu)點 技術(shù)成熟，系統(tǒng)簡單，投資少，運行費用低 安全無毒，節(jié)省大量優(yōu)質(zhì)能源，運行費用低，隨鍋爐負(fù)荷變化可自動調(diào)節(jié)，響應(yīng)時間短 初期投入費用低，能耗低，效率也可以達(dá)到80%。 反應(yīng)條件溫和，在化工行業(yè)應(yīng)用較廣 安全無毒，占地面積小，技術(shù)成熟可靠

缺點 易爆、有毒、可燃物質(zhì)，按照國家對重大危險源辨識規(guī)定，若單元中有超過10t的氨（定義為毒性氣體）屬于重大危險源。 在霧化不好的情況下，有腐蝕下游受熱面的風(fēng)險 存在較高氨逃逸，脫硝劑價格比氨水和尿素高很多 高壓裝置存在安全隱患，反應(yīng)速率緩慢，響應(yīng)時間長，腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，水解器重的殘留物有聚合現(xiàn)象，能耗高 能耗高

還原劑費用對比（以供氨量50kg/h為例） 135元/h 148元/h 265元/h 210元/h 208元/h

四、結(jié)論和建議

脫硝工藝種類雖然不多，但選擇正確、合理、經(jīng)濟(jì)的工藝方式才能更好的解決所面對的問題，由于中國南北地域環(huán)境和各個生產(chǎn)單位具體情況不一樣，因此選擇的脫硝技術(shù)路線也不盡相同，選擇的還原劑也不一樣，但同樣的目的是消除排放的氮氧化物，以達(dá)到大氣治理新規(guī)的要求，本文所論述的幾種脫硝還原劑路線，實際應(yīng)用時，首先確定是SNCR法還是SCR法，再根據(jù)確定的還原劑，通過方案的技術(shù)對比，進(jìn)而選擇最終路線。

參考文獻(xiàn)

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