多種煙氣脫硝還原技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

文_易勇 湖南省長(zhǎng)沙生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心

1 煙氣脫硝還原技術(shù)介紹

1.1 液氨蒸發(fā)工藝系統(tǒng)

液氨蒸發(fā)技術(shù)以液態(tài)的氨作為還原劑原料，通常由特定的槽車運(yùn)送到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。由于槽車與卸料機(jī)的壓力使得液氨自動(dòng)送入指定儲(chǔ)罐中，巧妙地借用液氨儲(chǔ)罐和蒸發(fā)器兩設(shè)備存在的壓力差，導(dǎo)致儲(chǔ)罐中的液氨輕松傳輸?shù)秸舭l(fā)器內(nèi)，并在蒸發(fā)器內(nèi)添加高溫的熱蒸汽，為液氨提供熱源。液氨受熱分解為氨氣目標(biāo)產(chǎn)物，之后同其他脫硝技術(shù)一樣將還原劑精確地送至脫硝區(qū)完成對(duì)氮氧化物的治理。多余的氨氣則經(jīng)管道排入水中稀釋后再排入廢水處理裝置進(jìn)行處理。流程如圖1，其中液氨系統(tǒng)由儲(chǔ)存裝置、蒸發(fā)裝置、氨氣吸收裝置和脫硝反應(yīng)裝置組成。

1.2 爐內(nèi)及煙道直噴制氨系統(tǒng)

1.2.1 技術(shù)介紹

爐內(nèi)直噴及煙道直噴脫硝技術(shù)是近年來發(fā)展起來的工藝系統(tǒng)，系統(tǒng)通常包含還原劑溶液制備裝置、還原劑溶液定量及配送裝置以及特制的還原劑溶液霧化噴射裝置。爐內(nèi)直噴可細(xì)分為以風(fēng)作為冷卻介質(zhì)的風(fēng)冷和以水作為冷卻介質(zhì)的水冷工藝，兩種冷卻方式的使用條件不同，風(fēng)冷溫度條件在350～650℃，水冷的適合溫度范圍較風(fēng)冷稍寬在350～750℃。無論哪種工藝都需要經(jīng)過模擬計(jì)算后將其還原劑噴射裝置安裝在鍋爐的轉(zhuǎn)向室特定位置，煙道直噴的噴射器布置位置為反應(yīng)器進(jìn)口煙道（溫度＞340℃），噴射器組與尿素供給及控制裝置以輸送管道連接。

將配置成一定濃度要求的尿素溶液，經(jīng)專屬的尿素溶液定量與出送裝置將其配送至提前模擬確定的鍋爐轉(zhuǎn)向室特定位置、反應(yīng)器進(jìn)出口煙道特定位置內(nèi)，并由特制的還原劑噴射裝置將其霧化為細(xì)小液滴顆粒。此時(shí)，還原劑小液滴與煙氣中的氮氧化物充分接觸，并在高溫?zé)煔鉄嵩吹膸椭逻M(jìn)行脫硝反應(yīng)。其中，爐內(nèi)直噴的噴射器為多噴嘴形式的長(zhǎng)噴槍，需要設(shè)置冷卻風(fēng)或冷卻水系統(tǒng)；煙道直噴的噴射器為單噴嘴，無冷卻系統(tǒng)。爐內(nèi)直噴系統(tǒng)的示意圖如圖1、圖2。

圖1 爐內(nèi)直噴系統(tǒng)示意圖

圖2 煙道直噴系統(tǒng)示意圖

1.2.2 項(xiàng)目應(yīng)用及效果監(jiān)測(cè)

某2×100t/h 鏈條鍋爐采用傳統(tǒng)尿素?zé)峤饷撓跫夹g(shù)脫硝率80%，經(jīng)流暢模擬計(jì)算后采用煙道直噴脫硝技術(shù)，經(jīng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)NOX處理前基線濃度500mg/Nm3，脫硝處理后監(jiān)測(cè)NOX排放濃度100mg/Nm3，脫硝效率≥80%。且經(jīng)過煙道直噴脫硝技術(shù)后鍋爐運(yùn)行至今，對(duì)氮氧化物排放量等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀況始終良好，滿足國(guó)家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 旁路直噴制氨系統(tǒng)

1.3.1 技術(shù)介紹

高溫?zé)煔庵眹娭瓢毕到y(tǒng)包括：高溫旁路煙道入口設(shè)置在低溫過熱器/低溫再熱器和省煤器之間的鍋爐后墻或鍋爐側(cè)墻，高溫旁路煙道的出口通過特殊噴氨裝置和SCR入口煙道相連。高溫旁路煙道的入口補(bǔ)償器和電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門，并在進(jìn)口和出口設(shè)置有溫度、壓力測(cè)點(diǎn)。當(dāng)鍋爐位于低負(fù)荷時(shí)，通過旁路煙道調(diào)節(jié)風(fēng)門使部分煙氣進(jìn)入高溫旁路煙道，可實(shí)現(xiàn)為主系統(tǒng)升溫的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝。當(dāng)鍋爐位于高負(fù)荷時(shí)，通過旁路煙道調(diào)節(jié)風(fēng)閥使少量的煙氣進(jìn)入高溫旁路煙道，僅滿足尿素溶液熱解所需要的熱量即可。

尿素溶液經(jīng)過計(jì)量分配裝置、噴射器噴入到高溫旁路煙道內(nèi)，尿素溶液在高溫?zé)煔獾淖饔孟缕纸?，產(chǎn)生氨氣，氨氣通過特殊噴氨裝置噴入SCR的入口煙道。氨氣在催化劑的作用下和煙氣中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，由此完成?duì)煙氣中氮氧化物的脫除。

1.3.2 項(xiàng)目應(yīng)用及效果監(jiān)測(cè)

某1025t/h鍋爐脫硝項(xiàng)目經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算后，有針對(duì)性地對(duì)鍋爐進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)旁路支管的位置、直徑變化及導(dǎo)流裝置，工程在旁路煙道直噴改造完成后，經(jīng)監(jiān)測(cè)脫硝裝置入口氮氧化物濃度約400mg/m3，旁路直噴全部系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)脫硝出口氮氧化物濃度，脫硝效率＞87.5%，對(duì)鍋爐效率的影響＜0.1%，運(yùn)行期間各項(xiàng)指標(biāo)滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)的要求，并達(dá)到超凈排放。

1.4 尿素水解制氨系統(tǒng)

尿素水解制氨對(duì)溫度和壓力都有要求，基于以上條件可是尿素配置的水溶液分解出氨氣、二氧化碳，氨氣則是目的產(chǎn)物。尿素水解與其他制氨技術(shù)不同，需要采用特制的水解器將尿素溶液在140～160℃的高溫、＜1MPa的壓力條件下進(jìn)行分解，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＜5%的氨氣進(jìn)入氨氣—煙氣混合系統(tǒng)，并由特定的噴氨裝置將還原劑噴入制定位置。流程圖如圖3。

圖3 尿素水解制氨流程圖

1.5 尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)

尿素原料經(jīng)除鹽水的溶解和攪拌，配置成一定濃度的溶液，通過尿素溶液輸送泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐，在由高流量循環(huán)裝置、計(jì)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，分解產(chǎn)物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4 尿酸熱解制氨流程圖

2 煙氣脫硝還原技術(shù)對(duì)比（表1）

表1 脫硝還原劑技術(shù)對(duì)比

3 煙氣脫硝還原技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比(表2)

表2 脫硝還原劑技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比（以供氨量200kg/h為例）

4 結(jié)語

對(duì)上述六類煙氣脫硝技術(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性介紹與對(duì)比，結(jié)果顯示液氨蒸發(fā)技術(shù)同尿素水解在安全性上存在一定隱患。經(jīng)濟(jì)層面液氨蒸發(fā)技術(shù)的維護(hù)費(fèi)用最高，不利于管理且后期投入較大，尿素水解/熱解運(yùn)行費(fèi)用較高，同樣后期投入大。尿素直噴技術(shù)運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)都相對(duì)較低，且在技術(shù)方面直噴可跟蹤監(jiān)測(cè)進(jìn)出口NOX濃度、煙氣量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)于鍋爐的負(fù)荷變化能夠在幾秒鐘內(nèi)快速響應(yīng)，脫硝效率高于傳統(tǒng)的尿素水解、熱解。