蘭炭尾氣鍋爐脫硝工藝的應(yīng)用

楊栩?yàn)?/p>

（上海電力能源科技有限公司，上海200245）

0 引言

在隔絕空氣（或在非氧化氣氛） 條件下將褐煤進(jìn)行加熱，在不同的溫度下發(fā)生一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)，最終得到固體（蘭炭）、液體（煤焦油）和氣體（尾氣） 等產(chǎn)品。蘭炭、煤焦油為其主要產(chǎn)品，可作為化工原料，而尾氣則可作為燃料。

為有效利用大量蘭炭尾氣，企業(yè)可以建設(shè)以蘭炭尾氣為燃料的燃?xì)忮仩t，將蘭炭尾氣的熱能轉(zhuǎn)換為企業(yè)的電能，既保護(hù)環(huán)境又實(shí)現(xiàn)能源循環(huán)利用。為滿足當(dāng)前越來越嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，有效控制鍋爐排放的氮氧化物（NOX），新建蘭炭尾氣鍋爐采用多種技術(shù)手段保證鍋爐出口NOX排放值滿足要求。

1 蘭炭鍋爐簡(jiǎn)介

鍋爐型式為單鍋筒、自然循環(huán)、集中下降管、采用全鋼焊接結(jié)構(gòu)，受熱面采用支吊結(jié)合的固定方式，單爐膛、平衡通風(fēng)、II 形、緊身封閉布置的蘭炭尾氣鍋爐。本鍋爐燃料為100%蘭炭尾氣，點(diǎn)火及啟動(dòng)用蘭炭尾氣。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters

尾氣主要雜質(zhì)含量表見表2。

表2 尾氣主要雜質(zhì)含量表Table 2 Content of main impurities in tail gas

蘭炭尾氣燃燒器采用了雙旋流結(jié)構(gòu)。因僅空氣旋轉(zhuǎn)，其能量不夠，導(dǎo)致產(chǎn)生的中心回流區(qū)不足以達(dá)到燃?xì)夥€(wěn)燃的要求，故采用了燃?xì)馀c空氣同時(shí)旋轉(zhuǎn)的雙旋流結(jié)構(gòu)。同時(shí)雙旋流燃燒器具有穩(wěn)燃、不回火、不爆燃等特性。

燃燒器采用雙旋流（燃?xì)庠趦?nèi)，空氣在外） 的同時(shí)，在其中心部位布置了中心風(fēng)管，一方面作為點(diǎn)火燃料點(diǎn)火時(shí)的助燃風(fēng)；另一方面中心風(fēng)在全燒煤氣（停止點(diǎn)火燃料） 時(shí)，向其旋流區(qū)中心部位提供少量空氣，以加強(qiáng)煤氣燃燒的穩(wěn)定性，改善其燃燒經(jīng)濟(jì)性。

蘭炭鍋爐共9 個(gè)燃燒器噴嘴（三層），外加6個(gè)燃盡風(fēng)噴嘴的配置方式。燃盡風(fēng)風(fēng)量占總的助燃風(fēng)風(fēng)量的10%～15%，風(fēng)溫為124 ℃。單臺(tái)燃燒器額定燃?xì)饬髁繛?8808 Nm3/h，助燃風(fēng)風(fēng)量為19852 Nm3/h（85%助燃風(fēng)）。

2 SCR 脫硝

SCR 全稱為選擇性催化還原法(Selective Catalytic Reducation)。催化還原法是用氨或尿素之類的還原劑，在一定的溫度下通過催化劑的作用，還原廢氣中的NOx(NO、NO2)，將NOx 轉(zhuǎn)化非污染元素分子氮(N2)，NOx 與氨氣的反應(yīng)如下：

SCR 系統(tǒng)包括催化劑反應(yīng)器、還原劑制備系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)及相關(guān)的測(cè)試控制系統(tǒng)。

目前，控制氮氧化物排放的主流技術(shù)是選擇性催化還原法（SCR），SCR 的反應(yīng)原理是利用還原劑氨在適當(dāng)溫度下和煙氣中的NOX發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以去除煙氣中的氮氧化物。

SCR 脫硝系統(tǒng)的還原劑有液氨、氨水和尿素3種。其中最常用的是液氨和尿素。本文將從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全3 方面對(duì)液氨和尿素作為SCR 脫硝系統(tǒng)還原劑進(jìn)行分析和對(duì)比。

2.1 技術(shù)對(duì)比

選用液氨作為還原劑時(shí)，其工藝流程為液氨儲(chǔ)存和供應(yīng)系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖罐、及氨氣稀釋槽、廢水泵和廢水池等。

液氨的供應(yīng)由液氨槽車運(yùn)送，利用液氨卸料壓縮機(jī)將液氨由槽車輸入液氨儲(chǔ)槽內(nèi)，儲(chǔ)槽輸出的液氨在液氨蒸發(fā)槽內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，經(jīng)氨氣緩沖槽送達(dá)脫硝系統(tǒng)。氨氣系統(tǒng)緊急排放的氨氣則排入氨氣稀釋槽中，經(jīng)水的吸收排入廢水池，再經(jīng)由廢水泵送至廢水處理廠。

選用氨水作為還原劑時(shí)，其工藝流程為氨水儲(chǔ)存和供應(yīng)系統(tǒng)包括氨水卸載泵、氨水儲(chǔ)罐、氨水輸送泵、氨水蒸發(fā)器、廢水泵和廢水池等。

氨水的供應(yīng)由氨水槽車運(yùn)送，利用卸載泵將氨水由槽車輸入氨水儲(chǔ)罐內(nèi)，儲(chǔ)罐輸出的氨水在氨水蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，氨水蒸發(fā)器可以通過高溫蒸汽或電加熱制備氨氣后送達(dá)脫硝系統(tǒng)。氨水系統(tǒng)緊急排放的氨水排入廢水池，再經(jīng)由廢水泵送至廢水處理廠。

選用尿素作為SCR 系統(tǒng)的還原劑，目前國(guó)內(nèi)主要采用尿素?zé)峤獾姆椒▉碇迫H3，也有采用尿素水解法。尿素?zé)峤夥槊绹?guó)燃料技術(shù)公司特有的制氨方法。工藝流程為袋裝尿素儲(chǔ)存于干尿素儲(chǔ)藏間，由斗式提升機(jī)輸送到溶解罐里，用去離子水將干尿素溶解成50%～60%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐；尿素溶液經(jīng)由循環(huán)/傳輸裝置、計(jì)量與分配裝置、霧化噴嘴等進(jìn)入絕熱分解室，從鍋爐空氣預(yù)熱器抽取的一次風(fēng)進(jìn)入電加熱裝置加熱后進(jìn)入熱解室。霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內(nèi)分解，生成SCR 脫硝系統(tǒng)所需的還原劑NH3，分解產(chǎn)物經(jīng)由氨噴射系統(tǒng)（AIG） 進(jìn)入煙氣脫硝系統(tǒng)。

還原劑采用尿素?zé)峤夥ㄖ瓢毕到y(tǒng)包括干尿素儲(chǔ)藏間、斗式提升機(jī)、尿素溶解罐、尿素溶液給料泵、尿素溶液儲(chǔ)罐、循環(huán)/傳輸裝置、計(jì)量和分配裝置、背壓控制閥、絕熱分解室（內(nèi)含噴射器）、電加熱裝置及控制裝置等。

尿素水解法的工藝流程為袋裝尿素儲(chǔ)存于干尿素儲(chǔ)藏間，由斗式提升機(jī)輸送到溶解罐里，用去離子水將干尿素溶解成50%～60%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐；尿素溶液經(jīng)由循環(huán)/傳輸裝置、蒸汽減溫減壓裝置等進(jìn)入水解反應(yīng)器。尿素溶液在水解反應(yīng)器內(nèi)分解，生成SCR 脫硝系統(tǒng)所需的還原劑NH3，分解產(chǎn)物經(jīng)由氨噴射系統(tǒng)進(jìn)入煙氣脫硝系統(tǒng)。

還原劑采用尿素水解法制氨系統(tǒng)包括干尿素儲(chǔ)藏間、斗式提升機(jī)、尿素溶解罐、尿素溶液給料泵、尿素溶液儲(chǔ)罐、循環(huán)/傳輸裝置、蒸汽減溫減壓裝置、水解反應(yīng)器及控制裝置等。

2.2 經(jīng)濟(jì)對(duì)比

含氨區(qū)所有設(shè)備供貨安裝、電控，不含土建。物料及能耗單價(jià)以當(dāng)期原材料價(jià)格為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)算，設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間為8000 h，其中液氨取值單價(jià)為2350 元/t、氨水取值單價(jià)為250 元/t、尿素取值單價(jià)為2200 元/t、蒸汽取值單價(jià)為80 元/t、水取值單價(jià)為2 元/t、電費(fèi)取值為0.4 元/kWh。

SCR 脫硝還原劑制備物料消耗對(duì)比（年度） 見表3。

表3 SCR 脫硝還原劑制備物料消耗對(duì)比（年度）Table 3 Comparison of material consumption in preparation of SCR denitration reducing agent

SCR 脫硝還原劑制備經(jīng)濟(jì)性對(duì)比（年度） 見表4。

表4 SCR 脫硝還原劑制備經(jīng)濟(jì)性對(duì)比（年度）Table 4 Economic comparison of preparation of SCR denitration reducing agent

3 總體對(duì)比

氨的制備常用的是尿素水解法、液氨法、尿素?zé)峤夥?、氨水? 種方法。氨水制備法SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)國(guó)內(nèi)尚不多見，主要由于工業(yè)氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為25%左右，脫硝系統(tǒng)使用量大，運(yùn)輸成本較高，且由于煙氣脫硝系統(tǒng)需要的是氨氣，氨水加熱汽化能大，但就哈密項(xiàng)目得益于就近取材，氨水單價(jià)較低，運(yùn)行成本在三者中最低。并且氨水法工藝成熟、系統(tǒng)簡(jiǎn)單，因此氨水法兼具了安全性和經(jīng)濟(jì)性。4 種工藝性能對(duì)比見表5。

4 結(jié)語

蘭炭鍋爐燃料成分中氮氧化物較高，本文推薦采用的低氮燃燒器和SCR 脫硝的工藝可以使排放量滿足國(guó)家排放要求。采用低氮燃燒器可以將SCR入口氮氧化物排放值降低到450 mg/Nm3以下。通過SCR 脫硝，可以將氮氧化物最終降到100 mg/Nm3以下。

文中SCR 脫硝還原劑制備方式為氨水法。該方法在脫硝系統(tǒng)，尤其是傳統(tǒng)煤電中很少見。主要原因是運(yùn)輸成本太高，而對(duì)于蘭炭尾氣鍋爐來講，氨水是蘭炭廠的副產(chǎn)物之一。因此，蘭炭尾氣鍋爐距離氨水生產(chǎn)地非常近，可就地取材，經(jīng)濟(jì)性較好。氨水法技術(shù)成熟、建設(shè)和運(yùn)維都比較簡(jiǎn)單，非常適合本工程。

表5 4 種工藝性能對(duì)比Table 5 Performance comparison of four processes