蘭炭尾氣鍋爐脫硝工藝的應用

楊栩灃

（上海電力能源科技有限公司，上海200245）

0 引言

在隔絕空氣（或在非氧化氣氛） 條件下將褐煤進行加熱，在不同的溫度下發生一系列物理變化和化學反應，最終得到固體（蘭炭）、液體（煤焦油）和氣體（尾氣） 等產品。蘭炭、煤焦油為其主要產品，可作為化工原料，而尾氣則可作為燃料。

為有效利用大量蘭炭尾氣，企業可以建設以蘭炭尾氣為燃料的燃氣鍋爐，將蘭炭尾氣的熱能轉換為企業的電能，既保護環境又實現能源循環利用。為滿足當前越來越嚴格的大氣污染物排放標準，有效控制鍋爐排放的氮氧化物（NOX），新建蘭炭尾氣鍋爐采用多種技術手段保證鍋爐出口NOX排放值滿足要求。

1 蘭炭鍋爐簡介

鍋爐型式為單鍋筒、自然循環、集中下降管、采用全鋼焊接結構，受熱面采用支吊結合的固定方式，單爐膛、平衡通風、II 形、緊身封閉布置的蘭炭尾氣鍋爐。本鍋爐燃料為100%蘭炭尾氣，點火及啟動用蘭炭尾氣。主要技術參數見表1。

表1 主要技術參數Table 1 Main technical parameters

尾氣主要雜質含量表見表2。

表2 尾氣主要雜質含量表Table 2 Content of main impurities in tail gas

蘭炭尾氣燃燒器采用了雙旋流結構。因僅空氣旋轉，其能量不夠，導致產生的中心回流區不足以達到燃氣穩燃的要求，故采用了燃氣與空氣同時旋轉的雙旋流結構。同時雙旋流燃燒器具有穩燃、不回火、不爆燃等特性。

燃燒器采用雙旋流（燃氣在內，空氣在外） 的同時，在其中心部位布置了中心風管，一方面作為點火燃料點火時的助燃風；另一方面中心風在全燒煤氣（停止點火燃料） 時，向其旋流區中心部位提供少量空氣，以加強煤氣燃燒的穩定性，改善其燃燒經濟性。

蘭炭鍋爐共9 個燃燒器噴嘴（三層），外加6個燃盡風噴嘴的配置方式。燃盡風風量占總的助燃風風量的10%～15%，風溫為124 ℃。單臺燃燒器額定燃氣流量為18808 Nm3/h，助燃風風量為19852 Nm3/h（85%助燃風）。

2 SCR 脫硝

SCR 全稱為選擇性催化還原法(Selective Catalytic Reducation)。催化還原法是用氨或尿素之類的還原劑，在一定的溫度下通過催化劑的作用，還原廢氣中的NOx(NO、NO2)，將NOx 轉化非污染元素分子氮(N2)，NOx 與氨氣的反應如下：

SCR 系統包括催化劑反應器、還原劑制備系統、氨噴射系統及相關的測試控制系統。

目前，控制氮氧化物排放的主流技術是選擇性催化還原法（SCR），SCR 的反應原理是利用還原劑氨在適當溫度下和煙氣中的NOX發生化學反應，以去除煙氣中的氮氧化物。

SCR 脫硝系統的還原劑有液氨、氨水和尿素3種。其中最常用的是液氨和尿素。本文將從技術、經濟和安全3 方面對液氨和尿素作為SCR 脫硝系統還原劑進行分析和對比。

2.1 技術對比

選用液氨作為還原劑時，其工藝流程為液氨儲存和供應系統包括液氨卸料壓縮機、液氨儲罐、液氨蒸發槽、氨氣緩沖罐、及氨氣稀釋槽、廢水泵和廢水池等。

液氨的供應由液氨槽車運送，利用液氨卸料壓縮機將液氨由槽車輸入液氨儲槽內，儲槽輸出的液氨在液氨蒸發槽內蒸發為氨氣，經氨氣緩沖槽送達脫硝系統。氨氣系統緊急排放的氨氣則排入氨氣稀釋槽中，經水的吸收排入廢水池，再經由廢水泵送至廢水處理廠。

選用氨水作為還原劑時，其工藝流程為氨水儲存和供應系統包括氨水卸載泵、氨水儲罐、氨水輸送泵、氨水蒸發器、廢水泵和廢水池等。

氨水的供應由氨水槽車運送，利用卸載泵將氨水由槽車輸入氨水儲罐內，儲罐輸出的氨水在氨水蒸發器內蒸發為氨氣，氨水蒸發器可以通過高溫蒸汽或電加熱制備氨氣后送達脫硝系統。氨水系統緊急排放的氨水排入廢水池，再經由廢水泵送至廢水處理廠。

選用尿素作為SCR 系統的還原劑，目前國內主要采用尿素熱解的方法來制取NH3，也有采用尿素水解法。尿素熱解法為美國燃料技術公司特有的制氨方法。工藝流程為袋裝尿素儲存于干尿素儲藏間，由斗式提升機輸送到溶解罐里，用去離子水將干尿素溶解成50%～60%質量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐；尿素溶液經由循環/傳輸裝置、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進入絕熱分解室，從鍋爐空氣預熱器抽取的一次風進入電加熱裝置加熱后進入熱解室。霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內分解，生成SCR 脫硝系統所需的還原劑NH3，分解產物經由氨噴射系統（AIG） 進入煙氣脫硝系統。

還原劑采用尿素熱解法制氨系統包括干尿素儲藏間、斗式提升機、尿素溶解罐、尿素溶液給料泵、尿素溶液儲罐、循環/傳輸裝置、計量和分配裝置、背壓控制閥、絕熱分解室（內含噴射器）、電加熱裝置及控制裝置等。

尿素水解法的工藝流程為袋裝尿素儲存于干尿素儲藏間，由斗式提升機輸送到溶解罐里，用去離子水將干尿素溶解成50%～60%質量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐；尿素溶液經由循環/傳輸裝置、蒸汽減溫減壓裝置等進入水解反應器。尿素溶液在水解反應器內分解，生成SCR 脫硝系統所需的還原劑NH3，分解產物經由氨噴射系統進入煙氣脫硝系統。

還原劑采用尿素水解法制氨系統包括干尿素儲藏間、斗式提升機、尿素溶解罐、尿素溶液給料泵、尿素溶液儲罐、循環/傳輸裝置、蒸汽減溫減壓裝置、水解反應器及控制裝置等。

2.2 經濟對比

含氨區所有設備供貨安裝、電控，不含土建。物料及能耗單價以當期原材料價格為基準進行測算，設備年運行時間為8000 h，其中液氨取值單價為2350 元/t、氨水取值單價為250 元/t、尿素取值單價為2200 元/t、蒸汽取值單價為80 元/t、水取值單價為2 元/t、電費取值為0.4 元/kWh。

SCR 脫硝還原劑制備物料消耗對比（年度） 見表3。

表3 SCR 脫硝還原劑制備物料消耗對比（年度）Table 3 Comparison of material consumption in preparation of SCR denitration reducing agent

SCR 脫硝還原劑制備經濟性對比（年度） 見表4。

表4 SCR 脫硝還原劑制備經濟性對比（年度）Table 4 Economic comparison of preparation of SCR denitration reducing agent

3 總體對比

氨的制備常用的是尿素水解法、液氨法、尿素熱解法、氨水法4 種方法。氨水制備法SCR 煙氣脫硝系統國內尚不多見，主要由于工業氨水質量分數僅為25%左右，脫硝系統使用量大，運輸成本較高，且由于煙氣脫硝系統需要的是氨氣，氨水加熱汽化能大，但就哈密項目得益于就近取材，氨水單價較低，運行成本在三者中最低。并且氨水法工藝成熟、系統簡單，因此氨水法兼具了安全性和經濟性。4 種工藝性能對比見表5。

4 結語

蘭炭鍋爐燃料成分中氮氧化物較高，本文推薦采用的低氮燃燒器和SCR 脫硝的工藝可以使排放量滿足國家排放要求。采用低氮燃燒器可以將SCR入口氮氧化物排放值降低到450 mg/Nm3以下。通過SCR 脫硝，可以將氮氧化物最終降到100 mg/Nm3以下。

文中SCR 脫硝還原劑制備方式為氨水法。該方法在脫硝系統，尤其是傳統煤電中很少見。主要原因是運輸成本太高，而對于蘭炭尾氣鍋爐來講，氨水是蘭炭廠的副產物之一。因此，蘭炭尾氣鍋爐距離氨水生產地非常近，可就地取材，經濟性較好。氨水法技術成熟、建設和運維都比較簡單，非常適合本工程。

表5 4 種工藝性能對比Table 5 Performance comparison of four processes