煙氣脫硝系統(tǒng)還原劑由尿素代替液氨環(huán)境影響論證分析

韋宏雷

摘 要： 火電廠煙氣脫硝系統(tǒng)主要以液氨作為還原劑，液氨屬于有毒氣體，且易液化，與空氣或氧氣混合后會(huì)形成爆炸性混合物。隨著國家對(duì)安全和環(huán)境保護(hù)的日益重視，煙氣脫硝系統(tǒng)還原劑由尿素代替液氨已成為趨勢(shì)，尿素替代液氨工藝已經(jīng)成熟，受到許多氮氧化物產(chǎn)生量大的企業(yè)的青睞，不僅可大大降低企業(yè)的安全隱患，保障工作人員生命和企業(yè)財(cái)產(chǎn)安全，還可以降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞： 液氨 還原劑 氮氧化物 脫硝 環(huán)境污染 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)： X773；TQ426文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）05-0055-03

Demonstration Analysis of the Environmental Impact of Replacing Liquid Ammonia with Urea as the Reducing Agent of the Flue Gas Denitration System

WEI Honglei

Guilin Jiahua Environmental Technology Co.， Ltd.， Guilin， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 541004 China

Abstract： The flue gas denitration system in thermal power plants mainly uses liquid ammonia as a reducing agent. Liquid ammonia is toxic gas and easily liquified， and an explosive mixture can be formed by mixing it with air or oxygen. With the increasing attention of the country to safety and environmental protection， it has become a trend to replace liquid ammonia with urea as the reducing agent of the flue gas denitration system. The technology of re‐placing liquid ammonia with urea has been mature and favored by many enterprises with large amounts of nitrogen oxides， which can not only greatly reduce the safety hazards of enterprises to ensure the safety of the staffs lives and enterprises property， but also reduce environmental risks and environmental pollution.

Key Words： Liquid ammonia； Reducing agent； Nitrogen oxides； Denitration； Environmental pollution； Environmental risk

目前，國內(nèi)針對(duì)煙氣脫硝系統(tǒng)還原劑由尿素代替液氨的可行性研究，大多數(shù)是從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全等層面出發(fā)，卻忽視了環(huán)境保護(hù)方面的可行性。本文通過實(shí)際案例分析了煙氣脫硝系統(tǒng)還原劑由尿素代替液氨后的環(huán)境影響與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，從環(huán)境保護(hù)角度為煙氣脫硝系統(tǒng)還原劑的選擇提供參考。

1 某電廠脫硝工藝

某電廠煙氣脫硝工藝為選擇性催化還原脫硝工藝[1]，工藝流程和原理如下。

1.1 工藝流程與說明

煙氣在鍋爐省煤器出口處被平均分為兩路，每路煙氣并行進(jìn)入一個(gè)垂直布置的SCR反應(yīng)器里，即每臺(tái)鍋爐配有2個(gè)反應(yīng)器，煙氣經(jīng)過均流器后進(jìn)入催化劑層，然后進(jìn)入空氣預(yù)熱器、電除塵器、引風(fēng)機(jī)和脫硫裝置后，排入煙囪。在進(jìn)入煙氣催化劑前設(shè)有氨注入的系統(tǒng)，煙氣與氨氣充分混合后進(jìn)入催化劑發(fā)生反應(yīng)，脫去NOx（氮氧化物）。SCR脫硝系統(tǒng)工藝流程見圖1。

為降低進(jìn)入SCR反應(yīng)器的煙氣含塵濃度，在省煤器出口煙道轉(zhuǎn)水平的轉(zhuǎn)彎處加設(shè)灰斗[2]。

1.2 工藝原理

上述反應(yīng)中第一反應(yīng)是主要的，因?yàn)闊煔庵?5%的NOx是以NO的形式出現(xiàn)的，在沒有催化劑的條件下，這個(gè)反應(yīng)只是在比較狹窄的溫度下進(jìn)行，通過選用合適的催化劑，降低了反應(yīng)溫度，可以擴(kuò)展到適合電廠使用的溫度范圍內(nèi)。

1.3 尿素制氨原理

2 尿素替代液氨后的環(huán)境影響

2.1 尿素替代液氨前后NOx排放情況

根據(jù)建設(shè)單位的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目還原劑變更前3#、4#機(jī)組煙囪NOx污染物基準(zhǔn)含氧量排放濃度平均值分別為37.76 mg/m3、37.59 mg/m3（選取尿素水解制氨系統(tǒng)投入試運(yùn)行前2022年整年數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算）。尿素水解制氨系統(tǒng)于2023年3月下半月投入試運(yùn)行，本項(xiàng)目還原劑變更后三號(hào)、四號(hào)機(jī)組煙囪NOx污染物基準(zhǔn)含氧量排放濃度平均值分別為32.51 mg/m3、33.00 mg/m3（選取尿素水解制氨系統(tǒng)投入試運(yùn)行后4、5、6月在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算）。本項(xiàng)目還原劑變更前后3#、4#機(jī)組NOx排放情況統(tǒng)計(jì)表如表1所示，整廠NOx排放情況如表2所示。

2.2 環(huán)境影響分析

從表1可知，不管是還原劑變更前還是變更后，NOx排放濃度均達(dá)到《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011）NOx允許排放濃度（≤200 mg/m3）要求，但排放濃度略有降低。

根據(jù)表2可知，還原劑變更后整廠NOx排放量減少444.297 t/a，NOx排放速率減少80.78 kg/h。還原劑變更為尿素制取氨氣氮氧化物排放濃度、排放總量均有一定幅度的下降，污染程度降低，環(huán)境影響更小，更加環(huán)保。

3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析

脫硝系統(tǒng)還原劑用尿素替代液氨后，實(shí)踐證明：在安全穩(wěn)定運(yùn)行同時(shí)，可降低企業(yè)重大危險(xiǎn)源數(shù)量及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[3]。根據(jù)《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)方法》（HJ941—2018），企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)判定見表3。

（1）當(dāng)Q<1時(shí)，以Q0表示，企業(yè)直接評(píng)為一般環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；（2）當(dāng)1≤Q<10時(shí)，以Q1表示；（3）當(dāng)10≤Q< 100時(shí)，以Q2表示；（4）當(dāng)Q≥100時(shí)，以Q3表示。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

3.1.1 Q值判定

還原劑變更前，某電廠內(nèi)共設(shè)2個(gè)貯氨罐，容積2×100 m3，最大貯氨量約2×60 t。還原劑變更后，某電廠氨氣制取的原料尿素和反應(yīng)產(chǎn)物氨基甲酸銨不屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，但脫硝系統(tǒng)中的氨氣屬于危險(xiǎn)化學(xué)品。根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ169—2018）、《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)方法》（HJ941—2018）判斷。還原劑變更前脫硝區(qū)域Q值判定如表4所示。

3.1.2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定

還原劑變更前后廠區(qū)脫硝區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化情況如表5所示。

3.2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)結(jié)論

還原劑變更為尿素制取氨氣后，企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件由較大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低為一般環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[4-5]。尿素化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，毒性低，存儲(chǔ)安全性較高，總體來說尿素制取氨氣比使用液氨更安全，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)更容易控制。因此，還原劑由液氨變更為尿素制取氨氣更為合理，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)更小。

4 結(jié)語

通過上述分析論證，項(xiàng)目將脫硝系統(tǒng)還原劑由液氨變更為尿素制取氨氣，生產(chǎn)運(yùn)行工藝更加安全，脫硝效率得到提高，廢氣排放濃度達(dá)到《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011），污染物氮氧化物排放量減少，對(duì)環(huán)境的影響減小；脫硝系統(tǒng)還原劑由液氨變更為尿素制取氨氣后有利于減少環(huán)境污染，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也大大降低，從環(huán)保的角度是可行的。

參考文獻(xiàn)

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