氨水與尿素脫硝還原劑性能對比及分析

劉建國

摘 要：循環(huán)流化床是一種清潔燃燒技術(shù)，循環(huán)流化床鍋爐由于其自身燃燒溫度低，分級、分段燃燒等特點(diǎn)，燃料在燃燒過程中生成的NOX的量較少，因此循環(huán)流化床機(jī)組一般采用SNCR脫硝技術(shù)、低氮燃燒技術(shù)來解決NOx超低排放問題。本文對SNCR脫硝技術(shù)的還原劑（氨水、尿素）在性能及經(jīng)濟(jì)性等方面的試驗(yàn)對比，分析了尿素相比與氨水對NOx控制更加容易和經(jīng)濟(jì)、安全的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：CFB 鍋爐;煙氣脫硝;還原劑;對比試驗(yàn)

1.機(jī)組簡介

某電廠2*300MW循環(huán)流化床鍋爐型號為SG-1060/17.5-M802，亞臨界中間再熱、單汽包自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐主要由單爐膛、四臺高溫絕熱式旋風(fēng)分離器、四臺U型返料器、四臺外置式換熱器、尾部對流煙道等部分組成。采用島式布置、全鋼構(gòu)架、緊身封閉、支吊結(jié)合的固定方式。

2.脫硝還原劑試驗(yàn)性能對比試驗(yàn)背景

2018年7月30日山西省《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB14/T1703—2018）發(fā)布執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)主要包括煙塵、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物、煙氣黑度5項(xiàng)控制指標(biāo)，排放限值分別為5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3、0.03mg/m3和1級，面對史上最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)，如何在滿足鍋爐煙氣污染物長期穩(wěn)定連續(xù)超低排放的基礎(chǔ)減少脫硝運(yùn)行費(fèi)用成為急需解決的現(xiàn)實(shí)問題。 ? ? 目前鍋爐采用25%質(zhì)量濃度的氨水作為脫硝還原劑。隨著國家對安全生產(chǎn)的要求和危險源的控制越來越嚴(yán)格，考慮氨水在運(yùn)輸、存儲、使用過程中如果措施不當(dāng)或者設(shè)備損壞等意外因素容易引發(fā)安全環(huán)保事故，所以從安全性角度考慮尿素作為還原劑替代氨水是大勢所趨，但使用尿素的經(jīng)濟(jì)性還需要進(jìn)一步試驗(yàn)論證。因而在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上使用尿素進(jìn)行脫硝還原劑性能對比試驗(yàn)。

3. #4/#3爐脫硝還原劑性能對比試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

3.1 #4爐脫硝還原劑性能對比試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

此次試驗(yàn)過程中，主要以SNCR為主，SCR輔助噴射系統(tǒng)不投運(yùn)的情況下進(jìn)行。#4爐氨水和尿素溶液脫硝試驗(yàn)各持續(xù)17h，通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線（圖2）得出以下結(jié)論：

1）#4爐17日0時到17時，17小時用量約28噸25%氨水溶液，平均小時用量約1.64噸。#4爐18日0時到17時，17小時用量約8噸20%尿素溶液，平均小時用量約0.47噸。

2）#4爐使用尿素溶液作為脫硝還原劑投運(yùn)區(qū)間，NOX排放指標(biāo)易于控制且指標(biāo)大幅降低，還原劑用量大幅度減少。所用還原劑不一樣，所呈現(xiàn)的各項(xiàng)指標(biāo)大有不同。

3.2 #3爐脫硝還原劑性能對比試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

#3爐同樣用氨水和尿素溶液脫硝試驗(yàn)各持續(xù)17h，通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線（圖3）得出以下結(jié)論：

1）#3爐18日0時到20時，20小時用量約13噸25%氨水溶液，平均小時用量約0.65噸。#3爐19日0時到15時，15小時用量約5.5噸20%尿素溶液，平均小時用量約0.37噸。

2）#3爐同樣使用氨水和尿素溶液作為脫硝還原劑投運(yùn)區(qū)間，NOX排放指標(biāo)易于控制且指標(biāo)大幅降低，還原劑用量大幅度減少。

3.3 #4爐低負(fù)荷段脫硝還原劑性能對比試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

#4爐低負(fù)荷170MW時用尿素和氨水溶液脫硝試驗(yàn)，通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線（圖4）得出以下結(jié)論：

1）18日4時40分出現(xiàn)時，所投的是20%尿素溶液，氧量達(dá)到7.5%左右，NOX排放約35mg/m3左右，流量為0.3噸左右，能平穩(wěn)控制，未出現(xiàn)NOX大幅波動現(xiàn)象。19日0時20分出現(xiàn)時，所投的是25%氨水溶液，氧量維持在5.5%左右，NOX排放約48mg/m3左右，流量為1.6噸左右，不易控制，出現(xiàn)NOX大幅波動現(xiàn)象。

同樣負(fù)荷，使用還原劑不一樣，兩者用量明顯偏差，指標(biāo)反應(yīng)也明顯，所呈現(xiàn)的指標(biāo)大有不同。

3.4 #3爐高負(fù)荷時段脫硝還原劑性能對比試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

#3爐負(fù)荷在300MW的情況下，兩種還原劑所呈現(xiàn)出不同的NOX指標(biāo)排放情況，通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線（圖5）得出以下結(jié)論：

1）投入25%氨水的狀況下，氨水用量在1.5噸左右，維持NOX在40mg/m3運(yùn)行。投入20%尿素的情況下，尿素用量明顯下降，平均在0.7噸左右，維持NOX在40mg/m3運(yùn)行。

2）#3爐高負(fù)荷情況下同樣使用氨水和尿素溶液作為脫硝還原劑投運(yùn)區(qū)間，NOX排放指標(biāo)控制在同等水平下，兩種還原劑用量大不相同，偏差明顯。

3.5 #3爐使用尿素與#4爐使用氨水作為還原劑對比試驗(yàn)結(jié)果分析

#3、#4爐分別采用質(zhì)量濃度為20%的尿素溶液和質(zhì)量濃度為25%的氨水溶液作為還原劑進(jìn)行脫硝性能對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

4.結(jié)論與建議

1.通過試驗(yàn)驗(yàn)證出尿素?fù)]發(fā)性小于氨水，噴射到分離器內(nèi)的距離要高于氨水溶液，能更好的擴(kuò)散和混合。再加上爐膛出口溫度正好處于900℃左右是尿素的最佳反應(yīng)溫度區(qū)間，最終造成尿素溶液使用量小。

2.尿素替代氨水作為脫硝還原劑后，排放煙氣中NOX的含量對于尿素溶液流量的增減表現(xiàn)的較為敏感，出口NOX的指標(biāo)易于控制，能將排放煙氣中的NOX穩(wěn)定的控制在超低排放標(biāo)準(zhǔn)以下，同時指標(biāo)超標(biāo)次數(shù)明顯減少。

3.尿素替代氨水作為脫硝還原劑后，脫硝成本下降約50%。脫硝效率提高，氨逃逸率降低，生成的硫酸氫氨的量也降低，避免造成空氣預(yù)熱器堵灰，機(jī)組運(yùn)行的安全性提高。

4.氨水溶液在運(yùn)輸以及在儲備使用管理上安全要求較高，存在一定的危險性，而尿素便于運(yùn)輸與儲存，且揮發(fā)性比氨水小， 對大型爐膛的穿透性好， 混合程度也比較高，因此從經(jīng)濟(jì)性和安全性綜合考慮，利用尿素替代氨水溶液作為還原劑是較好的選擇。

參考文獻(xiàn)

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