火电厂 SCR脱硝还原剂的选择与比较

解永刚,程慧

(浙江省电力设计院,浙江杭州 310012)

火电厂 SCR脱硝还原剂的选择与比较

解永刚,程慧

(浙江省电力设计院,浙江杭州 310012)

从脱硝还原剂氨站的安全性、技术成熟性和应用广泛性、初投资和运行费用等方面对几种 SCR脱硝还原剂进行了比较,结果表明:纯氨法的建造、运行成本较低,一般情况下,宜采用纯氨为脱硝剂。

SCR;脱硝;还原剂

随着环保政策的日益严格和节能减排工作的大力开展,国家对 NOx的排放要求越来越严。近期,最新的《火电厂大气污染物排放标准》(征求意见稿)已经成稿,在该标准中,对燃煤机组 NOx排放浓度作出了进一步的限制,在重点地区的排放浓度应低于 200mg/m3。SCR技术具有较高的脱硝效率,技术成熟、运行稳定,适应性,且排放浓度低于200mg/m3。SCR工艺的基本原理为:在催化剂作用下,向适当温度 (约 280～420℃)的烟气中喷入氨,氨与烟气中 NOx发生化学反应,将 NOx还原成 N2和 H2O,达到脱硝的目的。

制备氨的脱硝还原剂有尿素、纯氨和氨水 3种。不同还原剂的初投资、运行费用、危险性等有较大不同。其中,氨水的建造以及运行成本较高,且存在一定的安全隐患,因此,自 20世纪 90年代以后,氨水已很少被用作脱硝还原剂。本文仅对纯氨和尿素(包括尿素水解法和热解法)作为脱硝还原剂进行分析和比较。

1 脱硝剂的选择与比较

1.1 制氨方法简介

(1)纯氨法。液氨 /纯氨由槽车送到液氨储罐,储罐输出的液氨在氨气蒸发器内经 40℃左右的温水蒸发为氨气,并将氨气加热至常温后,送至氨气缓冲罐备用。缓冲罐内的氨气经调压阀减压后,送入各机组的氨气 /空气混合器中,与来自风机的空气充分混合后,通过氨喷射格栅喷入烟气中,与烟气混合后进入 SCR催化反应器。

(2)尿素水解法。运输卡车把尿素卸到卸料仓内,干尿素被直接从卸料仓送入混合罐。在混合罐中尿素经搅拌器搅拌至完全溶解,然后用循环泵将尿素溶液抽出来,这个过程不断重复,以维持尿素溶液存储罐的液位。经过滤后的溶液进入水解槽,在水解槽中,尿素溶液首先通过蒸汽预热器加热到反应温度,然后与水反应成氨和二氧化碳。

(3)尿素热解法。此方法为美国燃料技术公司特有的制氨气法,系统将尿素溶液转换成氨和氨基产物,并将混合均匀的空气/氨混合气体以预定的流速、压力、温度输送到氨喷射格栅。

1.2 安全性比较

根据《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006),液氨属于乙类液体。氨气与空气混合物的爆炸极限为 16%～25%(最易引燃浓度为 17%),氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸。根据有关规定,液氨构成危险货物,液氨在生产场所超过 40 t、储存场所超过 100 t时构成重大危险源。纯氨的运输须由专业危险品运输单位负责;存储纯氨时,因需要较高的压力,可能会产生泄漏,必须满足《建筑设计防火规范》等相关规范的要求,并需要较严格的管理。

尿素为一般的农业用肥料,十分安全,于就近购买,可以用火车或汽车运输,其运输和储存不需要特别的安全措施。因此,尿素作为还原剂在安全方面具有明显优势。在美国,尤其是自“911”以后,出于对安全以及恐怖袭击等的考虑,液氨的管理规定很严格,很多脱硝工程的脱硝还原剂采用尿素。

1.3 技术比较

用纯氨作为脱硝还原剂的氨站所需要的场地面积比尿素法的氨站占地面积要小,但其四周需要一定的安全距离,两种方法的占地面积的大小应视具体工程情况而定。

出于安全的考虑,在美国大部分 SCR脱硝工程的还原剂使用尿素。在欧洲、韩国、日本、我国台湾地区等,大部分 SCR脱硝工程的还原剂使用纯氨。近几年我国大陆也有一些 SCR脱硝工程,绝大部分使用纯氨作为脱硝剂。采用尿素热解法的工程有:北京华能高碑店发电厂脱硝工程,北京京能热力有限公司石景山发电厂脱硝工程等。目前,在国内还没有采用尿素水解法的工程。

纯氨法和尿素法的技术比较见表 1。

表 1 纯氨法和尿素法技术比较

从表中可以看出,采用液氨法制备氨气系统简单,技术成熟,系统响应快,无堵塞管道的危险。尿素水解法相比尿素热解法,其系统响应性要差,存在管道堵塞的可能。

总的来说,纯氨法和尿素法制备氨气技术都比较成熟,在世界范围内都有较广泛的应用。使用尿素作为脱硝剂主要出于安全考虑。

1.4 初始投资及运行费用比较

为了进行比较,本文以某 2×1000MW机组SCR脱硝系统的氨站为例进行比较。其中,尿素热解法、尿素水解法、液氨法的氨站建造成本分别为2000万元、1500万元、700万元。脱硝系统的运行费用见表 2。

表 2 脱硝系统运行费用比较 万元/a

从表 2可知,相比尿素法无论是初始投资还是运行费用,纯氨法都是较低的。尿素水解法的运行费用比尿素热解法的运行费用稍低。尿素热解法运行费用最高,在实际应用中,可从热一次风管道中引出热风供尿素热解室,以节省运行成本。

1.5 脱硝还原剂的选择

纯氨法和尿素法制备氨气的技术都是成熟的,但纯氨法在技术的各方面都是较优的。无论是初始投资,还是运行费用,纯氨法都是较低的。虽然纯氨法存在一定的危险性,但发电厂属于管理、运行水平较高的单位,目前国内有较多的电厂正在使用纯氨作为脱硝剂,且纯氨系统都在稳定运行。

2 结语

在 SCR脱硝工程中,需要对还原剂进行合适的选择。纯氨法和尿素法制备氨气都是较成熟的技术,都有较广泛的应用,但纯氨法系统更简单,纯氨法的建造成本和运行成本都是最低的。如条件许可,宜采用纯氨为脱硝剂;外界条件不允许,如运输条件、存储条件受到限制时,可采用尿素法。

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Selection and comparison of reducing agent on SCR DeNOxsystem in ther mal power plants

The reducing agents on SCR DeNOxsystem are compared.The select ion of appropriate reducing agent is analyzed.The safety,m aturity,universality,inves tm ents and operation expenses of different reducing agents’ammonia stat ion are compared.The results show that the investm ents and operat ion expenses of the liquid ammonia as reducing agent is lowest.In normal condit ion,the liquid ammonia as reducing agent is preferred.

SCR;DeNOx;reducing agent

X701.7

B

1674-8069(2010)05-032-02

2010-05-21;

2010-08-17

解永刚 (1978-),男,辽宁省本溪县人,工程师,长期从事发电厂机务设计工作。E-mail:xie_yonggang@zepdi.com