氨水在SCR煙氣脫氮技術中的應用

張寶會　李澤杰

(1.河鋼集團礦業有限公司；2.北京新耀天誠環保技術有限責任公司)

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氨水在SCR煙氣脫氮技術中的應用

張寶會1李澤杰2

(1.河鋼集團礦業有限公司；2.北京新耀天誠環保技術有限責任公司)

摘要選擇性煙氣催化還原反應(SCR)是當前全世界較為成熟的煙氣脫硝反應之一，根據其反應原理，結合某熱電廠鍋爐改造計劃，初步探討了氨水作為反應還原劑的可行性和合理性，并簡單比較了氨水和尿素的建設運行成本，為煙氣脫硝技術的應用提供了參考。

關鍵詞氨水SCR還原劑應用

據了解，當前氮氧化合物的排放量已經遠遠超過大氣環境所能承受的限值。過量的氮氧化合物及造成的酸雨現象和溫室效應對當前大氣環境和生態環境造成了嚴重的污染。為此，結合某熱電有限公司燃煤鍋爐煙氣脫氮工程，對氨水作為還原劑在工程應用上的可行性進行了論證。

1項目概況

某單位擬對75 t/h煤粉爐現有煙氣脫氮工程進行改造，鍋爐主要參數見表1，改造工程技術要求見表2。

表1　鍋爐的主要參數

表2　改造工程技術要求

2選擇性煙氣催化還原反應原理及流程

(1)SCR的反應原理。選擇性煙氣催化還原反應(SCR)是指在高溫和特定催化劑作用下，煙氣中的氮氧化合物跟特定還原劑發生的氧化還原反應，反應的最終產物為水蒸氣和氮氣[1]。該反應中特定還原劑氨有選擇性地與煙氣中的氮氧化合物發生氧化還原反應，反應過程中沒有副產物生成，主要反應如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；

6NO+4NH3→5N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O；

2NO2+4NH2+O2→3N2+6H2O

(2)SCR工藝流程。選擇性煙氣催化還原反應為目前全世界煙氣脫氮工程采用的主流方法，具體工藝流程為氨在蒸發槽中通過噴槍頭噴入待處理煙氣中，在高溫條件下，通過催化劑的作用，氨與煙氣中的氮氧化合物在反應器中發生氧化還原反應，生成N2和H2O[2]，其工藝流程見圖1。

圖1　SCR工藝流程

3氨水作為還原劑在工程應用上的論證

在此次煙氣脫硝改造工程中，擬采用20%的氨水作為反應中的還原劑[3]，噴氨格柵出口的濃度明顯小于5%，遠遠小于氨水的爆炸極限。該系統改造完成經過調試和長時間運行后，系統運行穩定，煙氣處理效果滿足排放要求。系統主要性能參數見表3。

表3　系統主要性能參數

由表3可知，氨水作為還原劑處理后煙氣能夠滿足環保要求，SCR脫氮效率達到了95%，該系統的成功改造證明氨水作為還原劑能夠實現很好的煙氣脫硝效果。

4經濟性分析

此次改造工程中，為了安全考慮，不選用液氨作為還原劑[4]。為了表明氨水的經濟性，就氨水和尿素在運行成本上進行了對比[5]。

(1)氨水的消耗量。氨水作為還原劑的消耗量計算公式如下：

(1)

式中，QNH3為氨水用量，kg/h；ρ為氨水密度，kg/m3；CNH3為氨水濃度，%；MNO2為NO2摩爾質量，g/mol；M1為氨水摩爾質量，g/mol。

(2)尿素的消耗量。尿素作為還原劑的消耗量計算公式如下：

(2)

式中，Q2為尿素用量，kg/h；M2為尿素摩爾質量， g/mol；MNO2為NO2摩爾質量，g/mol。

經計算，氨水和尿素作為反應中還原劑的運行成本見表4。

表4　不同還原劑反應運行成本

由表4可知，尿素作為還原劑時，每小時需要溶解水63 m3、耗電104 kW、蒸汽213 m3，而氨水作為還原劑時不需要溶解水、耗電、蒸汽，同時從建筑成本上來說，尿素作為還原劑時，需要將設備放入屋內，氨水則僅僅需要搭設棚子；綜上所述，氨水作為還原劑時，總體投資和運行成本較低。

5結語

結合某熱電有限公司燃煤鍋爐煙氣脫氮工程，提出了用氨水作為SCR脫氮反應中的還原劑，經過該項目的長期運行，該脫氮反應裝置運行穩定，氮氧化合物排放濃度控制在30 mg/m3以下，氮氧化合物去除率達到了95%，到達了國家相應的環境保護法要求，同時還分析了氨水在運行成本上的優勢。因此，氨水在反應性、經濟性、安全性上都具有不可比擬的優勢，是SCR煙氣脫氮還原劑的最佳選擇。

參考文獻

[1]李曉蕓，蔡小峰.混合SNCR-SCR煙氣脫硝工藝及其應用[J].華電技術，2008，30(3)：22-25.

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[3]曹志慧.SCR煙氣脫硝技術[J].內蒙古科技與經濟，2015，8(16)：74-77.

[4]李建中，曹志勇.燃煤電廠煙氣脫硝技術的研究[J].浙江電力，2008(6)：9-12.

[5]項昆.3種煙氣脫硝工藝技術經濟比較分析[J].熱力發電，2010，40(6)：1-8.

記者在線·

中國五礦2015年實現經營總額2 180億元

近日，從中國五礦集團獲悉，中國五礦2015年實現經營總額2180．6億元，并在銅、鐵礦石、煤炭等礦產業務領域實現全面盈利。作為金屬礦產綜合性企業，中國五礦2015年商品經營總量達到8 400．3萬t，其中，鐵精礦產量683．6萬t，同比增長2．6%；銅產量21．7萬t，創歷史新高；鋼材出口總量333．9萬t。

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(收稿日期2016-01-19)

張寶會(1987—)，男，工程師，063700 河北省唐山市灤縣響嘡鎮司家營田興鐵礦711室。