多種煙氣脫硝還原技術及經濟性對比分析

文_易勇 湖南省長沙生態環境監測中心

1 煙氣脫硝還原技術介紹

1.1 液氨蒸發工藝系統

液氨蒸發技術以液態的氨作為還原劑原料，通常由特定的槽車運送到項目現場。由于槽車與卸料機的壓力使得液氨自動送入指定儲罐中，巧妙地借用液氨儲罐和蒸發器兩設備存在的壓力差，導致儲罐中的液氨輕松傳輸到蒸發器內，并在蒸發器內添加高溫的熱蒸汽，為液氨提供熱源。液氨受熱分解為氨氣目標產物，之后同其他脫硝技術一樣將還原劑精確地送至脫硝區完成對氮氧化物的治理。多余的氨氣則經管道排入水中稀釋后再排入廢水處理裝置進行處理。流程如圖1，其中液氨系統由儲存裝置、蒸發裝置、氨氣吸收裝置和脫硝反應裝置組成。

1.2 爐內及煙道直噴制氨系統

1.2.1 技術介紹

爐內直噴及煙道直噴脫硝技術是近年來發展起來的工藝系統，系統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。爐內直噴可細分為以風作為冷卻介質的風冷和以水作為冷卻介質的水冷工藝，兩種冷卻方式的使用條件不同，風冷溫度條件在350～650℃，水冷的適合溫度范圍較風冷稍寬在350～750℃。無論哪種工藝都需要經過模擬計算后將其還原劑噴射裝置安裝在鍋爐的轉向室特定位置，煙道直噴的噴射器布置位置為反應器進口煙道（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向室特定位置、反應器進出口煙道特定位置內，并由特制的還原劑噴射裝置將其霧化為細小液滴顆粒。此時，還原劑小液滴與煙氣中的氮氧化物充分接觸，并在高溫煙氣熱源的幫助下進行脫硝反應。其中，爐內直噴的噴射器為多噴嘴形式的長噴槍，需要設置冷卻風或冷卻水系統；煙道直噴的噴射器為單噴嘴，無冷卻系統。爐內直噴系統的示意圖如圖1、圖2。

圖1 爐內直噴系統示意圖

圖2 煙道直噴系統示意圖

1.2.2 項目應用及效果監測

某2×100t/h 鏈條鍋爐采用傳統尿素熱解脫硝技術脫硝率80%，經流暢模擬計算后采用煙道直噴脫硝技術，經監測發現NOX處理前基線濃度500mg/Nm3，脫硝處理后監測NOX排放濃度100mg/Nm3，脫硝效率≥80%。且經過煙道直噴脫硝技術后鍋爐運行至今，對氮氧化物排放量等指標進行實時監測運行狀況始終良好，滿足國家要求的排放標準。

1.3 旁路直噴制氨系統

1.3.1 技術介紹

高溫煙氣直噴制氨系統包括：高溫旁路煙道入口設置在低溫過熱器/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償器和電動調節風門，并在進口和出口設置有溫度、壓力測點。當鍋爐位于低負荷時，通過旁路煙道調節風門使部分煙氣進入高溫旁路煙道，可實現為主系統升溫的目的，進而實現全負荷脫硝。當鍋爐位于高負荷時，通過旁路煙道調節風閥使少量的煙氣進入高溫旁路煙道，僅滿足尿素溶液熱解所需要的熱量即可。

尿素溶液經過計量分配裝置、噴射器噴入到高溫旁路煙道內，尿素溶液在高溫煙氣的作用下汽化分解，產生氨氣，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生反應生成氮氣和水，由此完成對煙氣中氮氧化物的脫除。

1.3.2 項目應用及效果監測

某1025t/h鍋爐脫硝項目經數值模擬計算后，有針對性地對鍋爐進行優化設計旁路支管的位置、直徑變化及導流裝置，工程在旁路煙道直噴改造完成后，經監測脫硝裝置入口氮氧化物濃度約400mg/m3，旁路直噴全部系統投入自動運行，實時監測脫硝出口氮氧化物濃度，脫硝效率＞87.5%，對鍋爐效率的影響＜0.1%，運行期間各項指標滿足環保達標的要求，并達到超凈排放。

1.4 尿素水解制氨系統

尿素水解制氨對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，氨氣則是目的產物。尿素水解與其他制氨技術不同，需要采用特制的水解器將尿素溶液在140～160℃的高溫、＜1MPa的壓力條件下進行分解，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＜5%的氨氣進入氨氣—煙氣混合系統，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 尿素熱解制氨系統

尿素原料經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，分解產物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統，如圖4所示。

圖4 尿酸熱解制氨流程圖

2 煙氣脫硝還原技術對比（表1）

表1 脫硝還原劑技術對比

3 煙氣脫硝還原技術經濟性對比(表2)

表2 脫硝還原劑技術經濟性對比（以供氨量200kg/h為例）

4 結語

對上述六類煙氣脫硝技術進行經濟性和技術性介紹與對比，結果顯示液氨蒸發技術同尿素水解在安全性上存在一定隱患。經濟層面液氨蒸發技術的維護費用最高，不利于管理且后期投入較大，尿素水解/熱解運行費用較高，同樣后期投入大。尿素直噴技術運行費用和維護費都相對較低，且在技術方面直噴可跟蹤監測進出口NOX濃度、煙氣量實現自動調節，對于鍋爐的負荷變化能夠在幾秒鐘內快速響應，脫硝效率高于傳統的尿素水解、熱解。