多種煙氣脫硝還原技術(shù)及經(jīng)濟性對比分析

文_易勇 湖南省長沙生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心

1 煙氣脫硝還原技術(shù)介紹

1.1 液氨蒸發(fā)工藝系統(tǒng)

液氨蒸發(fā)技術(shù)以液態(tài)的氨作為還原劑原料，通常由特定的槽車運送到項目現(xiàn)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(fā)器兩設備存在的壓力差，導致儲罐中的液氨輕松傳輸?shù)秸舭l(fā)器內(nèi)，并在蒸發(fā)器內(nèi)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(chǎn)物，之后同其他脫硝技術(shù)一樣將還原劑精確地送至脫硝區(qū)完成對氮氧化物的治理。多余的氨氣則經(jīng)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(tǒng)由儲存裝置、蒸發(fā)裝置、氨氣吸收裝置和脫硝反應裝置組成。

1.2 爐內(nèi)及煙道直噴制氨系統(tǒng)

1.2.1 技術(shù)介紹

爐內(nèi)直噴及煙道直噴脫硝技術(shù)是近年來發(fā)展起來的工藝系統(tǒng)，系統(tǒng)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(nèi)直噴可細分為以風作為冷卻介質(zhì)的風冷和以水作為冷卻介質(zhì)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(jīng)過模擬計算后將其還原劑噴射裝置安裝在鍋爐的轉(zhuǎn)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(jīng)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(zhuǎn)向室特定位置、反應器進出口煙道特定位置內(nèi)，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(nèi)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(tǒng)；煙道直噴的噴射器為單噴嘴，無冷卻系統(tǒng)。爐內(nèi)直噴系統(tǒng)的示意圖如圖1、圖2。

圖1 爐內(nèi)直噴系統(tǒng)示意圖

圖2 煙道直噴系統(tǒng)示意圖

1.2.2 項目應用及效果監(jiān)測

某2×100t/h 鏈條鍋爐采用傳統(tǒng)尿素熱解脫硝技術(shù)脫硝率80%，經(jīng)流暢模擬計算后采用煙道直噴脫硝技術(shù)，經(jīng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)NOX處理前基線濃度500mg/Nm3，脫硝處理后監(jiān)測NOX排放濃度100mg/Nm3，脫硝效率≥80%。且經(jīng)過煙道直噴脫硝技術(shù)后鍋爐運行至今，對氮氧化物排放量等指標進行實時監(jiān)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(tǒng)

1.3.1 技術(shù)介紹

高溫煙氣直噴制氨系統(tǒng)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(cè)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)風門使部分煙氣進入高溫旁路煙道，可實現(xiàn)為主系統(tǒng)升溫的目的，進而實現(xiàn)全負荷脫硝。當鍋爐位于高負荷時，通過旁路煙道調(diào)節(jié)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(jīng)過計量分配裝置、噴射器噴入到高溫旁路煙道內(nèi)，尿素溶液在高溫煙氣的作用下汽化分解，產(chǎn)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(fā)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(jiān)測

某1025t/h鍋爐脫硝項目經(jīng)數(shù)值模擬計算后，有針對性地對鍋爐進行優(yōu)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(jīng)監(jiān)測脫硝裝置入口氮氧化物濃度約400mg/m3，旁路直噴全部系統(tǒng)投入自動運行，實時監(jiān)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(huán)保達標的要求，并達到超凈排放。

1.4 尿素水解制氨系統(tǒng)

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(chǎn)物。尿素水解與其他制氨技術(shù)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(chǎn)生出來的含氨氣流被熱的稀釋空氣稀釋后，產(chǎn)生濃度＜5%的氨氣進入氨氣—煙氣混合系統(tǒng)，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(tǒng)

尿素原料經(jīng)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(huán)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(jīng)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(chǎn)物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統(tǒng)，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(shù)對比（表1）

表1 脫硝還原劑技術(shù)對比

3 煙氣脫硝還原技術(shù)經(jīng)濟性對比(表2)

表2 脫硝還原劑技術(shù)經(jīng)濟性對比（以供氨量200kg/h為例）

4 結(jié)語

對上述六類煙氣脫硝技術(shù)進行經(jīng)濟性和技術(shù)性介紹與對比，結(jié)果顯示液氨蒸發(fā)技術(shù)同尿素水解在安全性上存在一定隱患。經(jīng)濟層面液氨蒸發(fā)技術(shù)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(shù)運行費用和維護費都相對較低，且在技術(shù)方面直噴可跟蹤監(jiān)測進出口NOX濃度、煙氣量實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，對于鍋爐的負荷變化能夠在幾秒鐘內(nèi)快速響應，脫硝效率高于傳統(tǒng)的尿素水解、熱解。