氨水与尿素脱硝还原剂性能对比及分析

刘建国

摘 要：循环流化床是一种清洁燃烧技术，循环流化床锅炉由于其自身燃烧温度低，分级、分段燃烧等特点，燃料在燃烧过程中生成的NOX的量较少，因此循环流化床机组一般采用SNCR脱硝技术、低氮燃烧技术来解决NOx超低排放问题。本文对SNCR脱硝技术的还原剂（氨水、尿素）在性能及经济性等方面的试验对比，分析了尿素相比与氨水对NOx控制更加容易和经济、安全的结果。

关键词：CFB 锅炉;烟气脱硝;还原剂;对比试验

1.机组简介

某电厂2*300MW循环流化床锅炉型号为SG-1060/17.5-M802，亚临界中间再热、单汽包自然循环、平衡通风、循环流化床锅炉。锅炉主要由单炉膛、四台高温绝热式旋风分离器、四台U型返料器、四台外置式换热器、尾部对流烟道等部分组成。采用岛式布置、全钢构架、紧身封闭、支吊结合的固定方式。

2.脱硝还原剂试验性能对比试验背景

2018年7月30日山西省《燃煤电厂大气污染物排放标准》（DB14/T1703—2018）发布执行，该标准主要包括烟尘、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物、烟气黑度5项控制指标，排放限值分别为5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3、0.03mg/m3和1级，面对史上最严排放标准，如何在满足锅炉烟气污染物长期稳定连续超低排放的基础减少脱硝运行费用成为急需解决的现实问题。     目前锅炉采用25%质量浓度的氨水作为脱硝还原剂。随着国家对安全生产的要求和危险源的控制越来越严格，考虑氨水在运输、存储、使用过程中如果措施不当或者设备损坏等意外因素容易引发安全环保事故，所以从安全性角度考虑尿素作为还原剂替代氨水是大势所趋，但使用尿素的经济性还需要进一步试验论证。因而在现有设备的基础上使用尿素进行脱硝还原剂性能对比试验。

3. #4/#3炉脱硝还原剂性能对比试验过程及数据分析

3.1 #4炉脱硝还原剂性能对比试验过程及数据分析

此次试验过程中，主要以SNCR为主，SCR辅助喷射系统不投运的情况下进行。#4炉氨水和尿素溶液脱硝试验各持续17h，通过调阅DCS数据和曲线（图2）得出以下结论：

1）#4炉17日0时到17时，17小时用量约28吨25%氨水溶液，平均小时用量约1.64吨。#4炉18日0时到17时，17小时用量约8吨20%尿素溶液，平均小时用量约0.47吨。

2）#4炉使用尿素溶液作为脱硝还原剂投运区间，NOX排放指标易于控制且指标大幅降低，还原剂用量大幅度减少。所用还原剂不一样，所呈现的各项指标大有不同。

3.2 #3炉脱硝还原剂性能对比试验过程及数据分析

#3炉同样用氨水和尿素溶液脱硝试验各持续17h，通过调阅DCS数据和曲线（图3）得出以下结论：

1）#3炉18日0时到20时，20小时用量约13吨25%氨水溶液，平均小时用量约0.65吨。#3炉19日0时到15时，15小时用量约5.5吨20%尿素溶液，平均小时用量约0.37吨。

2）#3炉同样使用氨水和尿素溶液作为脱硝还原剂投运区间，NOX排放指标易于控制且指标大幅降低，还原剂用量大幅度减少。

3.3 #4炉低负荷段脱硝还原剂性能对比试验过程及数据分析

#4炉低负荷170MW时用尿素和氨水溶液脱硝试验，通过调阅DCS数据和曲线（图4）得出以下结论：

1）18日4时40分出现时，所投的是20%尿素溶液，氧量达到7.5%左右，NOX排放约35mg/m3左右，流量为0.3吨左右，能平稳控制，未出现NOX大幅波动现象。19日0时20分出现时，所投的是25%氨水溶液，氧量维持在5.5%左右，NOX排放约48mg/m3左右，流量为1.6吨左右，不易控制，出现NOX大幅波动现象。

同样负荷，使用还原剂不一样，两者用量明显偏差，指标反应也明显，所呈现的指标大有不同。

3.4 #3炉高负荷时段脱硝还原剂性能对比试验过程及数据分析

#3炉负荷在300MW的情况下，两种还原剂所呈现出不同的NOX指标排放情况，通过调阅DCS数据和曲线（图5）得出以下结论：

1）投入25%氨水的状况下，氨水用量在1.5吨左右，维持NOX在40mg/m3运行。投入20%尿素的情况下，尿素用量明显下降，平均在0.7吨左右，维持NOX在40mg/m3运行。

2）#3炉高负荷情况下同样使用氨水和尿素溶液作为脱硝还原剂投运区间，NOX排放指标控制在同等水平下，两种还原剂用量大不相同，偏差明显。

3.5 #3炉使用尿素与#4炉使用氨水作为还原剂对比试验结果分析

#3、#4炉分别采用质量浓度为20%的尿素溶液和质量浓度为25%的氨水溶液作为还原剂进行脱硝性能对比试验，试验结果如下：

4.结论与建议

1.通过试验验证出尿素挥发性小于氨水，喷射到分离器内的距离要高于氨水溶液，能更好的扩散和混合。再加上炉膛出口温度正好处于900℃左右是尿素的最佳反应温度区间，最终造成尿素溶液使用量小。

2.尿素替代氨水作为脱硝还原剂后，排放烟气中NOX的含量对于尿素溶液流量的增减表现的较为敏感，出口NOX的指标易于控制，能将排放烟气中的NOX稳定的控制在超低排放标准以下，同时指标超标次数明显减少。

3.尿素替代氨水作为脱硝还原剂后，脱硝成本下降约50%。脱硝效率提高，氨逃逸率降低，生成的硫酸氢氨的量也降低，避免造成空气预热器堵灰，机组运行的安全性提高。

4.氨水溶液在运输以及在储备使用管理上安全要求较高，存在一定的危险性，而尿素便于运输与储存，且挥发性比氨水小， 对大型炉膛的穿透性好， 混合程度也比较高，因此从经济性和安全性综合考虑，利用尿素替代氨水溶液作为还原剂是较好的选择。

参考文献

[1] DB14/T1703—2018    燃煤电厂大气污染物排放标准

[2]杨玉环、侯致福.1060T/H CFB 锅炉SNCR + SCR 聯合脱硝工艺设计[J].电力科学与工程，2016，32（2）：61 - 65.

[3]衣贺昌，江来，宋宁.SNCR脱硝工程采用尿素和氨水为还原剂的比较研究[J].电站系统工程，2018，34（02）：80+82.