煙氣脫硝不同還原劑的技術路線對比

丁旭

摘 要：燃煤鍋爐脫硝還原劑主要以氨水、尿素和高分子還原劑為主，不同的還原劑對應的工藝路線不同，所需的反應環境也不相同。本文章主要對燃煤鍋爐脫硝采用的不同還原劑工藝路線進行介紹及對比。

關鍵詞：液氨;尿素;水解;熱解;高分子

一、氮氧化物生成機理

氮氧化物的生成主要分為燃料型NOx，熱力型NOx和快速型NOx。燃料型NOx是由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成。由于燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600-800℃時就會生成燃料型，它在煤粉燃燒NOx產物中占60-80%;熱力型NOx是空氣中的氮氣N2在高溫時被氧氣氧化產生的，通常溫度需要達到1500℃左右;快速型NOx是碳氫化合物燃料燃燒在燃料過濃時，在反應區附近會快速生成NOx。

二、不同還原劑各種工藝

（一）? 液氨蒸發工藝系統

液氨由液氨槽車送來，利用槽車自身壓力及氨卸料壓縮機增壓的方式將液氨由槽車輸送至液氨儲罐內儲存，并利用液氨儲罐與液氨蒸發器之間的壓差，將液氨儲罐中的液氨輸送到液氨蒸發器內，以蒸汽作為熱源將液氨蒸發器內的液氨蒸發為氣氨后，進入氣氨緩沖罐，再經管道送至脫硝反應區。液氨儲罐及氣氨蒸發系統緊急排放的氣氨則排入氨氣稀釋槽中，經水吸收后排入廢水池，再經由廢水泵送至廠區廢水處理系統進行處理。

（二）? 尿素爐內及煙道直噴制氨系統

爐內及煙道直噴制氨是將尿素噴入溫度區間為350℃以上時，尿素溶液快速加熱分解為氨氣和二氧化碳。工藝包括鍋爐外的尿素溶液制備系統、尿素溶液供給及控制裝置、以及位于適合溫度的尿素噴射器組，其中爐內直噴又分為風冷直噴和水冷直噴兩種工藝，兩種工藝的噴槍都布置在鍋爐轉向室內，但適合溫度不同，風冷直噴的適合溫度為350-650℃，水冷直噴的適合溫度為350-750℃。

在尿素溶液制備系統中制備尿素溶液，尿素溶液通過供給及控制裝置通過尿素溶液輸送管道將其輸送到設置與鍋爐轉向室內或反應器進口煙道的尿素溶液噴射器組，尿素溶液噴射器組噴出的尿素液滴與煙氣混合，在轉向室或高溫煙道中被加熱并分解成氨氣。氨氣與煙氣的混合物通過靜態混合器、煙氣導流板和整流格柵，進入裝有催化劑的SCR反應器。在催化劑作用下，氨氣與煙氣中的氮氧化物發生反應，生成無害的氮氣和水。流程圖如圖2所示：

7-鍋爐燃燒室8-過熱器再熱器9-省煤器10-轉向室11-多噴嘴噴射器12-尿素溶液罐;13-計量分配控制裝置14-尿素溶液管道15-靜態混合器16-導流板17-整流器;18-催化劑;

（三）高分子脫硝系統

高分子脫硝工藝是采用固態高分子還原劑噴入合適區間脫硝的一種工藝，高分子脫硝劑主要成分為CnHmNs、乳化劑、分散劑、緩釋劑等，并混合鋁鎂硅硫鈣錳等活性物質，部分高分子脫硝劑還有適量的尿素和稀土。此工藝主要特點為設備簡單。初期投資少，主要設備為料倉、電動給料機、風機、氣料混合裝置以及噴射裝置，流程圖如下：

（四）尿素水解制氨工藝介紹

尿素水解制氨的原理是基于在一定 溫度、壓力條件下，尿素水溶液可以分解產生氨氣和二氧化碳，產生的氨氣用作SCR工藝的脫硝還原劑，反應方程式為：

第一步：尿素和水反應生成氨基甲酸銨，此反應為微放熱，反應速度較慢。

第二步：氨基甲酸銨分解生成氨氣和二氧化碳，此反應為強吸熱反應，反應迅速。

尿素顆粒袋裝放置在存儲間，破袋后由斗提機送到溶解罐里，用除鹽水將干尿素溶解成40～60%質量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液循環泵輸送到尿素溶液儲罐。尿素溶液經由給料泵進入水解器內在140～160℃，0.4～0.6MPa環境下進行分解，生成NH3、H2O和CO2，水解反應器中產生出來的含氨氣流被熱的稀釋空氣稀釋后，產生濃度小于5%的氨氣進入氨氣—煙氣混合系統，并由氨噴射系統噴入脫硝系統。

（五）尿素熱解制氨系統

尿素顆粒由斗提機輸送到溶解罐里，用除鹽水將干尿素溶解成40%～60%質量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液輸送泵輸送到尿素溶液儲罐，在由高流量循環裝置、計量分配裝置進入到熱解爐。來自空預器的熱一次風/二次風，經由高溫風機（如需）、電熱機器加熱后進入熱解爐，為尿素溶液熱解提供熱源，生成的NH3、H2O和CO2，分解產物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統。

三、技術對比表格

優點 技術成熟，系統簡單，投資少，運行費用低 安全無毒，節省大量優質能源，運行費用低，隨鍋爐負荷變化可自動調節，響應時間短 初期投入費用低，能耗低，效率也可以達到80%。 反應條件溫和，在化工行業應用較廣 安全無毒，占地面積小，技術成熟可靠

缺點 易爆、有毒、可燃物質，按照國家對重大危險源辨識規定，若單元中有超過10t的氨（定義為毒性氣體）屬于重大危險源。 在霧化不好的情況下，有腐蝕下游受熱面的風險 存在較高氨逃逸，脫硝劑價格比氨水和尿素高很多 高壓裝置存在安全隱患，反應速率緩慢，響應時間長，腐蝕現象嚴重，水解器重的殘留物有聚合現象，能耗高 能耗高

還原劑費用對比（以供氨量50kg/h為例） 135元/h 148元/h 265元/h 210元/h 208元/h

四、結論和建議

脫硝工藝種類雖然不多，但選擇正確、合理、經濟的工藝方式才能更好的解決所面對的問題，由于中國南北地域環境和各個生產單位具體情況不一樣，因此選擇的脫硝技術路線也不盡相同，選擇的還原劑也不一樣，但同樣的目的是消除排放的氮氧化物，以達到大氣治理新規的要求，本文所論述的幾種脫硝還原劑路線，實際應用時，首先確定是SNCR法還是SCR法，再根據確定的還原劑，通過方案的技術對比，進而選擇最終路線。

參考文獻

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