火電廠煙氣脫硝技術的經濟效益研究

杭州意能電力技術有限公司 陳 聰

火電廠生產需要經過燃燒流程，這一環節可能會排放大量的氮氧化合物，導致環境條件受到負面影響。為控制氮氧化合物排放，火電廠需要部署煙氣脫硝技術，使排放總量能夠得到科學限制。通過結合實例對煙氣脫硝經濟效益進行分析，能夠為火電廠管理層提供重要參考信息，有利于進一步提高整體建設質量與效率，降低出現不良問題的可能性，為火電廠未來發展創設理想環境。

1 工程概況

本次案例工程為某火電廠改造活動，其內部汽輪機設備為亞臨界一次中間再熱類型，內部單軸三缸四排汽，采用直接空氣冷凝方式進行運作。在應用過程中，火電廠鍋爐需要進行一次中間再熱，并完成自然循環流程，燃料主要采用白音華褐煤，改造工作需要建設煙氣除塵與煙氣脫硫設施。

2 火電廠煙氣脫硝技術要點

2.1 脫硝還原劑的選擇

2.1.1 氨水

在煙氣脫銷過程中，需要選擇合適的還原劑進行處理。氨水屬于較為常見的處理還原劑，其主要在SCR 脫硝體系中進行應用。針對此類還原劑進行采購時，需要按照25%濃度標準進行處理，同時應用量較為龐大，對運輸條件需求嚴格，容易產生嚴重的加熱汽化能耗。與其他還原劑類型相對比，氨水成本高同時應用可靠性差，存在危險化學因素。因此，當前火電廠煙氣脫硝采用氨水作為還原劑的比例已經處于逐漸減少的趨勢下。

2.1.2 尿素水解

尿素溶液在固定溫度狀態與壓力條件下，通過加熱方式進行處理能夠實現水解反應效果。這種反應會生成NH3、CO2以及水蒸氣，其中所蘊含的氨元素能夠為煙氣脫硝流程提供重要支持[1]。相對于其它方案，尿素水解需要將尿素顆粒分解為40～60%的尿素溶液，隨后利用循環泵裝置將其運輸至存儲罐內部，并加入反應器內部，使含氨氣流能夠被加熱空氣所稀釋，形成低于5%濃度的氨氣進入煙氣混合模塊，實現脫硝目標。

2.1.3 尿素

尿素屬于人工有機物種類，其最為常見的用途包括農業肥料、卡車脫硝處理等。其化學穩定性較為良好，因此風險程度較低，在運輸與存儲過程中不需要采取額外安全措施，整體經濟性表現優秀。在脫硝還原應用方面，尿素需要首先進行轉化處理，使其能夠作為氨在SCR 系統中進行應用。鑒于其安全性、經濟性方面的表現，尿素在未來火電廠脫硝處理部署過程中將會得到廣泛應用，逐步取代其它催化劑類型，進一步提高整體經濟效益與部署安全性。

2.2 脫硝催化劑的選型

2.2.1 蜂窩類

常見火電廠脫硝用催化劑主要包括三種基礎類型，即蜂窩、板式、波紋。蜂窩催化劑類型需要應用整體擠壓方式進行制作，其能夠在燃煤鍋爐中進行應用，基礎節距范圍處于69～92mm 內，比表面積數據約為410-539m2/m3，壁厚通常不低于0.7mm。與其他催化劑類型相對比，蜂窩式具有良好的單位催化活性，在同等脫硝效率條件下，蜂窩式所需基礎體積較小，能夠在特殊工作環境中進行應用，因此具有良好的部署與推廣價值。

2.2.2 板式類

板式類型催化劑需要利用金屬制板網作為基礎骨架結構，同時借助雙側擠壓方案，實現活性材料與金屬板相互結合的目標[2]。常規條件下，板式催化劑結構與空氣預熱處理裝置的受熱面具有一定程度的相似性，基礎節距處于60～70mm 范圍內，開孔率數據最高達到90%，具有良好的防堵灰表現。因此，板式類型催化劑主要在灰含量較高且粘性強的環境下進行應用。由于其基礎表面積通常低于280-350m2/m3，因此為實現最佳脫硝效率，需要進一步加大體積才能夠實現相關標準。在SCR 系統中，應用板式催化劑的基礎載荷較大，同時單系統阻力低，能夠實現良好的防堵灰效果，基礎可靠性表現強。

2.2.3 波紋類

波紋催化劑主要應用材料為玻璃纖維與陶瓷纖維，其需要在骨架表面進行覆蓋式噴涂，實際部署表現由于孔徑較低等原因，表面積相對較高，能夠在低灰狀態下進行應用，但防堵灰表現不佳。同時，在脫硝效率處于一致的條件下，波紋催化劑對于體積的應用較小，比重等因素使其反應器體積與支撐載荷得到了顯著優化，但持久性不足，容易受到金屬腐蝕[2]。

2.3 脫硝工藝系統及工藝特點

火電廠主流煙氣脫硝技術系統包括SCR 與SNCR 兩種，SCR 需要將還原劑溶液噴灑至鍋爐爐膛區域，主要包括氨水、尿素、氨氣等含有氨基的還原劑類型。這些還原劑進入爐膛低溫區域后，如110℃等位置，將會快速生成NH3，并與煙氣內部的NO2產生還原化學反應，最終生成N2與H2O。SNCR 工藝對于氨的利用率相對較低，容易在實際部署階段出現泄露問題，生成額外的溫室氣體N2O。同時，如果系統設計不科學，采用尿素作為還原劑還有可能增加CO 排放量，不利于環保性提升。因此，SNCR 相對于SCR 工藝存在一定程度的限制，但整體投資需求較低，運行成本經濟性良好，因此得到了廣泛采用。為進一步改善脫硝工藝系統，可以將SCR 與SNCR 工藝相結合，通過相關體系使NOx 排放濃度得以有效降低，進一步提高脫硝處理效率，使其能夠匹配機組實際容量。混合技術需要將SNCR 還原劑爐膛噴入與SCR 逃逸氨催化反應相結合，使NOx 得以進一步消除，從根源層面提高實際脫硝效率表現。與單一SCR 或SNCR 技術相對比，融合技術能夠表現出高效率、低逃逸率特征，同時對于部署成本的需求較低，因此可以在實際改造過程中進行應用。

2.4 脫硝前后污染物排放情況

在本次案例完成煙氣脫硝技術改造工程后，機組試運行結果表現正常，同時性能參數能夠滿足污染排放需求。經深入分析，機組內部煙氣流動狀態較為穩定，NOx 分布均勻度較高，能夠為脫硝處理創造理想空間條件。在脫硝率處于50、80、90%條件下，氨實際逃逸率均低于3ppm，氮氧化合物排放能夠控制在100mg/Nm3標準下，各項參數指標符合我國火電廠污染物排放標準需求，如表1所示。

表1 煙氣脫硝處理前后狀態對比

3 火電廠煙氣脫硝技術的經濟效益分析

3.1 煙氣脫硝總投資

案例工程開展煙氣脫硝改造工程中，整體投資項目主要包括脫硝本體裝置，包括電氣、控制系統等建筑施工費用，同時還包括設備采購、安裝費用、脫硝單向工程費用，如空預裝置改造、省煤裝置改造、廠房改造等。這些項目同樣包含施工、設備阿刺溝、安裝建設地區征用、清理費用等。除此之外，技術服務費用包括分系統調試、系統啟動、生產準備與基礎預備費用[3]。

3.2 煙氣脫硝財務分析

針對煙氣脫硝改造經濟效益進行分析的過程中，首先需要展開財務分析。這一環節應當對機組年利用時間進行確認，并綜合還原劑消耗量與單價狀態、電量消耗增加程度、吹灰與液體氨蒸發損耗、催化劑更新、氮氧化合物脫除排污費用、設備檢修、資產折舊、內部收益、投資回收、新增員工費用等項目信息，整合邊界條件狀態與基礎數據類型，確保財務分析工作能夠正常開展。

3.3 經營成本分析

在案例火電廠采用SCR 系統進行煙氣脫硝改造，并應用EPC 項目高塵布置方式進行規劃后，設計脫硝效率目標高于90%，同時系統可用率高于95%。本次主要應用尿素水解作為還原劑類型，工程總動態投資規模為24123萬元。在持續168小時運行后，氮氧化合物排污實際費用標準為0.72元/kg，還原劑消耗量經計算為5104噸/年，經濟效益表現良好。在部署煙氣脫硝系統后，電力消耗與汽耗損增加幅度較大，同時還包括還原劑等變動成本。在將設備折舊、維護、人工等項目納入分析范疇后，年利用小時為5500條件內，火電廠收益需要達到10%，并在投資回收周期內含稅電力價格增加10.49元/MWh，以達到理想標準。

4 改善火電廠煙氣脫硝技術經濟效益的建議

4.1 調整排污費收費標準

為盡可能改善煙氣脫硝改造技術應用實際經濟效益，應當從優化排污收費標準角度入手。排污費用增加會導致脫硝氮氧化合物處理成本增加，若其他條件持續不變，對排污費進行調整能夠使火電廠實現扭虧為盈目標。本次案例機組應用年小時達到5500h、脫硝效率為80%的狀態下，總削減氮氧化合物排放量為12837噸，排放總量達到3223噸/年。結合年運行費用進行分析，若排污費用提高至425元/kg，則運行成本費用與收益持平。因此，需要針對相關收費標準進行調整，確保火電站能夠實現扭虧為盈的發展目標，使企業可以從減少排放量中獲得實際經濟收益，為后續進一步推廣相關技術夯實基礎條件[4]。

4.2 實施脫硝上網電價

煙氣脫硝技術方案在我國部署時間相對較晚，因此相關制度方案優待政策尚不明確，包括脫硝特殊電價等。脫硝效率方面存在的差異，應當在電價補貼方面得以體現。通過實施脫硝上網電價，可以促使電廠選擇經過優化的煙氣脫硝技術，有利于相關方案進一步推廣，降低社會環保壓力，實現經濟效益提升與可持續發展雙管齊下的目標。

4.3 實施排污權交易制度

排污權交易制度能夠允許火電廠通過其他途徑進行獲利，有利于提高煙氣脫硝技術應用積極性，降低環保推行難度。在排污權交易制度體系下，火電廠能夠通過部署優秀效率表現的煙氣脫硝裝置，進而在排污交易市場中獲取額外利潤。同時，煙氣脫硝級別較高的火電廠，還可以應用審批總量結余參與市場環境交易，使原有環保負擔轉變為可盈利資源，因此能夠顯著提高相關技術應用價值。

4.4 優化脫硝技術工藝

為進一步強化煙氣脫硝經濟效益，應當針對相關技術方案進行深入研究，明確主要改進方向。通過鼓勵新技術與工藝部署，并拓展環保工作資金渠道，能夠為后續煙氣脫硝研究活動提供重要支持，實現可持續發展目標。在現有煙氣脫硝技術內，催化劑應用成本占比超過45%。若加強對相關生產行業的支持力度，能夠從根源層面降低煙氣脫硝投入，實現提高經濟效益的目標，有利于改進相關工藝方案[5]。

4.5 推廣低氮燃燒技術并減少設備改造

低氮燃燒技術一般是指空氣分級燃燒技術、燃燒分級燃燒技術和低氮燃燒器等。采用低氮燃燒技術能顯著降低爐內氮氧化物生成，降低反應器入口濃度，減少還原劑液氨的耗用量，減少氮氧化物排放量。另外一方面提高氮氧化物脫出效率落到實處，因為國家的減排控制措施越來越嚴，火電廠在剛建時就需要按國家要求同步增加脫硝設備，確保減排政策調整時能夠最大限度減少對原設備的改造，通過降低設備投資來提高經濟效益。

綜上所述，火電廠煙氣脫硝技術部署經濟效益受到多種因素影響。通過對相關因素進行探究，能夠明確火電廠采取技術方案的主要方向，有利于未來進一步推廣，實現理想環保工作目標，達到可持續發展標準。