氨水还原剂在燃煤锅炉SCR脱硝中的应用

魏彧，李泽杰

(科行北京环保技术研究院，北京 100038)

氨水还原剂在燃煤锅炉SCR脱硝中的应用

魏彧，李泽杰

(科行北京环保技术研究院，北京 100038)

目前氨水作为脱硝还原剂用于燃煤锅炉SCR脱硝国内尚未普遍使用，尤其在大机组上的应用经验较少。通过对实际应用案例的分析，总结了运行经验，为氨水还原剂在大机组SCR的脱硝应用提供参考。

换热器;氨水蒸发器;旋流装置;喷氨格栅(AIG);稀释风机

0 引言

随着新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2011)的实施，我国对燃煤锅炉氮氧化物的排放标准不断提高。选择性催化还原脱硝技术(SCR)工艺成熟，已成为燃煤锅炉满足排放标准的技术，目前SCR脱硝技术的还原剂主要采用液氨和尿素。液氨由于运行费用低和调节性能好，应用较多。但是由于液氨属于重大危险源，其存储和使用需要经过严格的审批和安评，尤其在一些人口稠密区更是明令禁止使用。尿素作为脱硝还原剂最近几年才开始逐渐被推广使用，由于尿素具体有安全无害，便于运输储存，安评审批容易通过等优点逐渐被用户所认可，但是使用尿素投资和运行费用较高，对运行人员的水平要求较高。目前尿素主要是通过热解或水解两种工艺将尿素溶液转化为氨气，从而还原烟气中的氮氧化物。

氨水作为一种安全性好，投资和运行费用低，性价比高的还原剂，适用于中小锅炉SCR脱硝做还原剂使用。氨水用于SCR的主要顾虑是氨水汽化蒸发过程中的热能损耗以及烟气中水分对催化剂的影响。在河北宁纺热电有限公司1×75 t/h煤粉炉氨水作为SCR脱硝还原剂的案例应用，在项目的实施过程中积累了宝贵的工程经验，为日后大机组脱硝提供参考。

1 项目概况

本项目为河北宁纺热电有限公司1×75 t/h煤粉炉，拟加装脱硝装置，采用SCR脱硝工艺，还原剂为20%氨水。项目于2014年8月开工建设，工期为三个月。SCR系统主要工艺参数见表1。

表1 SCR脱硝系统主要工艺参数

2 工艺流程

本项目工艺流程SCR还原剂为20%的氨水，利用锅炉尾部烟气的热量(300℃～420℃)，将稀释风机传送的常温空气通过换热器，换热到300℃左右，所得热空气在氨水蒸发器内将经喷枪雾化喷射的氨水溶液蒸发为氨气，并通过管路送到SCR反应器入口烟道的喷氨格栅(AIG)上，最终在催化剂的作用下，将氮氧化物还原为氮气和水。

该项目具有以下技术特点:

(1)为了降低能耗，采用在SCR入口烟道布置换热器的方式进行换热。常规的换热器是装在SCR反应器底部，该布置方式存在两个问题:一是换热器的安装难度较大;二是换热器的均流设计不好，易对催化剂内部的流场造成影响。

(2)换热器采用单侧进出插入式(见图1)。该换热器采用20号钢，U型单回路管组设计，均匀填满整个烟道，防止局部偏流造成对烟道和换热器的磨损，迎风面附耐磨材料，安简便。

图1 换热器采用单侧进出插入示意

(3)氨水蒸发器增设旋流装置，保证内部流场的均匀性。由于氨水蒸发的最佳温度不能低于150℃，一旦低于这个温度氨水将不能很好的汽化，造成脱硝效率下降。为了消除因为流场的不均匀造成的温度场不均匀的问题，我们在蒸发器的入口增加了一个旋流装置，提高了蒸发效率。

3 存在的问题及解决措施

(1)当蒸发器出口空气温度低于130℃时，蒸发器出口到AIG的管路有积水，脱硝效率下降。分析发现，蒸发器出口到AIG的管路保温欠佳，沿程热损太多，空气温度降低造成水蒸液化，减少了喷入AIG的氨量。解决措施:确保蒸发器出口空气温度在150℃以上，蒸发器出口到AIG的管路保温层加厚到250mm。采取该措施后积水明显减少，脱硝效率提高。

(2)系统开始投运的的时候，通过换热器后空气的温度在260℃以上，但通过氨水蒸发器后温度降为120℃以下，严重影响脱硝效率。分析发现，虽然换热器后空气的温度可以维持在260℃以上，但是空气的焓值不足以使氨水完全汽化，造成蒸发器出口温度较低。另外可能稀释风流量较低，在蒸发器内产生温度场不均匀，造成氨水蒸发不好。解决措施:更换稀释风机，将风机的风量从2000m3/h提高到3500m3/h，压头保持6 kPa不变。采取该措施后换热器后空气的温度仍然可以维持在260℃以上，蒸发器出口温度上升到150℃，氨水蒸发效果变好，脱硝效率提高。

(3)氨水汽化造成烟气中水分的增加，对下游催化剂的影响通过在蒸发器出口管路上增加汽水分离器，降低烟气中的含水量，保证脱销效率。

该项目烟气流量75000m3/h，SCR脱硝反应器进口NOx浓度450mg/m3，出口NOx浓度50mg/m3，脱硝效率89%，氨逃逸率2μL/L，脱硝效果显著。

4 优化建议

(1)后期在换热器设计的时候要充分考虑稀释风机入口环境温度对换热温度的影响，尤其对于北方冬季环境温度较低时，影响较大，可在换热器前面增加一个电加热器作为对环境温度变化的补偿。

(2)重视氨水蒸发器本体及其出口到AIG的管路保温，防止散热损失造成蒸发效果变差，影响脱硝效率。理论上讲稀释风机风量应根据不同负荷下氨水的喷射量做相应的调节，同时保持浓度小于5%的要求。但是实际要达到如此精准的控制非常难，故稀释风机按最大氨耗量时混合浓度小于5%的流量来设计。换热器换热面积按要在脱硝最低保证负荷下，出口空气温度不低于260℃设计。

(3)氨水雾化喷枪要合理选型，喷射角要根据蒸发器的内径进行合理的选择，防止喷射角度过大，造成雾化液滴“贴壁”影响氨水的蒸发效果。

(4)由于喷射氨水，造成脱硝烟气中含水量增加对催化剂的影响有待进一步地观察。

［1］刘慷，张强，虞宏，等.烟气脱NOx用SCR催化剂种类及工程应用［J］.电力环境保护，2009，25(4):13－15.

［2］解永刚，程慧.火电厂SCR脱硝还原剂的选择与比较［J］.电力科技与环保，2010，26(5):32－33.

［3］张强.燃煤电站SCR烟气脱硝技术及工程应用［M］.北京:化学工业出版社，2007.

［4］白文辉.氨水SCR脱硝技术的应用和比较［EB/OL］.http:// www.docin.com/p－706171244.htm.

Application of ammonia reductant in SCR De NOxsystem for coal－fired boilers

Currently ammonia as a reducing agent in SCR De NOxsystem for coal－fired boilers has not been commonly used in China.Especially in the large units there is the lack o f relevantexperiences.Through the analysis of the success cases，sums up the valuable experiences of ammonia as a reducing agent，which provides referonce for SCR De NOxsystem o f large coal－fired units.

heat exchanger;ammonia evaporator;sw irl device;ammonia injection grid;air dilution fan

X701.7

:B

:1674－8069(2015)02－045－02

2014-12-30;

:2015-02-11

魏彧(1974-)，男，内蒙古包头市人，高级工程师，主要从事燃煤电厂大气污染物治理。E－mail:wei2003yu@126.com