液氨制氨水在余热锅炉SCR脱硝中的应用

杜成龙

摘 要： 现阶段，随着社会的发展，我国的化工工程建设的发展也有了进步。近年来环保要求日益严格，根据GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》中规定燃气轮机组氮氧化物NOx（以NO2计）排放浓度限值是50mg/m3（基准氧含量为15%，下同），《固定式燃气轮机大气污染物排放标准》江苏省征求意见稿中规定现有燃气轮机组NOx浓度限值是15mg/m3。该电厂燃气轮机（燃料为天然气）排放的NOx浓度不超过30mg/m3，不能满足地方的标准要求。NOx的治理着手从源头和尾气排放末端处理，由于燃机出口的NOx已采用先进的低氮燃烧技术，从源头改进难以实现，只能从尾气末端治理，去除烟气中的NOx含量，目前广泛应用的脱硝方案主要有选择性非催化还原脱硝（SNCR）和选择性催化还原脱硝（SCR）等。SNCR具有无需增加催化剂模块，占地小，成本低等优点，但对反应温度要求较高，须为870～1100℃的区域，由于排烟温度只有603℃不能满足这一要求;而SCR脱硝能在较低的反应温度区域适用，本工程采用SCR脱硝工艺。结合企业已有的液氨，将着重介绍液氨制氨水还原剂，以及SCR在现运行余热锅炉的实际应用。

关键词： 液氨制氨水;余热锅炉SCR脱硝;应用

【中图分类号】TQ113.6     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.32.168

引言：随着我们能源的逐渐转型，天然气产量的增大，以天然气为燃料的产业链增多，也带动着燃气轮机的发展。为了响应国家环保政策，燃气轮机烟气NOx的排放越来越严苛。相对于燃煤机组，燃气轮机烟气中NOx初始浓度较低，空间结构更加紧凑，要求系统阻力更低。因此传统SCR脱硝无法直接应用。但为了保证NOx能稳定达标排放，SCR脱硝才是最有效的解决方式。SCR脱硝为了能更好的适应燃气轮机机组上，则对催化剂提出了更好的标准和要求，需要活性更高，比表面积大，占地更小的催化剂。

1 重要性

锅炉是能量转换设备，受到锅炉排烟温度较高的影响，在实际运行过程中会产生大量烟气，尽管会产生较多污染问题，热气仍有较高的回收利用价值，合理利用这些热力资源，能够降低煤耗，提升机组效率。现阶段锅炉系统运行中，不断提升总体生产效率和质量是重要的生产发展目标。回收利用锅炉烟气余热，是一项重要节能生产措施，采用科学合理的手段实施高效合理利用工作，将能够大幅度提升机组运行效率，降低煤炭消耗量。烟气余热利用系统的性能和效率会对余热能量的实际回收利用率产生重要影响。

2 优化措施分析

2.1 还原剂的选择

目前脱硝还原剂主要有液氨、尿素以及20%氨水，在这三种还原剂的选择上其优势和优劣势比较如下。（1）液氨。因电厂空间受限不可设置液氨储罐，而该化工企业内部罐区有一个500m3液氨储罐，离电厂有2000m左右的距离，可从该罐区液氨母管处引DN50分支管道供应到电厂脱硝单元。液氨蒸发器可以以母管制连接方式向3台燃机供应氨气，氨气蒸发器与其后续的氨气缓冲罐以单元方式运行。GB50160—2008《石油化工企业设计防火标准》2018版在液化烃、可燃液体的火灾危险分类举例中，将液氨列为乙A类，将其按照可燃液体类考虑，电厂脱硝使用液氨属于压缩性液化有毒气体，归于爆炸性气体类，对于液氨的存储以及相关设备比如液氨蒸发器与其他建构物、储罐等都有防火间距要求，GB50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》将氨划为IIA级之T1组别，爆炸气体环境属于2区。综上，液氨用于已建成的电厂较为困难，氨气蒸发器与氨气缓冲罐与周围的设施存在防火间距要求，现场物理空间较紧凑难以找出合理的位置放置设施，且现有锅炉区域电气设施和仪表为非防爆类别，若引入液氨到锅炉区意味着电气和仪表必须要更换为隔爆型或者本质安全型产品，相关控制机柜的布置要远离爆炸危险区域附加2区，施工难度大。（2）尿素。尿素作为还原剂分为热解法和水解法。尿素水溶液热解温度在350～650℃，生成氨气、二氧化碳、水，可利用锅炉的热烟气加热喷入到烟气中;尿素水解，先将尿素配置成水溶液，通过水解器生成氨气、二氧化碳、水，与空气混合喷入到烟气中。储存和溶解尿素的区域，包含尿素储仓、尿素溶解罐、尿素溶液罐、尿素溶液循环输送泵等。电厂现场物理空间较紧凑，尿素储仓属于新建筑，难以建立尿素卸车场地，投资以及运行成本较高。（3）液氨配置氨水（20%）。液氨从500m3液氨储罐通过DN50分支管道输送至电厂内部，通过氨稀释器与除盐水混合稀释成20%的氨水。氨水危险性比液氨要低，根据现行国家标准GB12268—2012《危险货物品名表》中描述“含氨量高于10%，但不超过35%的氨水溶液，属非易燃无毒气体，具有轻度危险性”，电厂脱硝用氨水含氨量不超过25%，参照相关标准将氨水的火灾危险性按丙类对待，氨水稀释器以及氨水存储容器放置在现有拆除的石脑油罐区，防火间距满足要求。除液氨稀释器定义成防爆2区，其他氨水设备定义为非防爆区。配置的氨水可供3～5天使用，中间即使液氨断供，也不受影响，脱硝稳定性好。

2.2 SCR脱硝催化剂的选型

由于改造空间的限制脱硝装置大多是在原有锅炉基础上加装的，国外催化剂活性高，比表面积大，同等脫硝效果下使用量小，且模块框架材质较轻，对后期加装脱硝装置的项目来说对锅炉荷载和空间的影响会小一些，所以大多用的进口产品。北京高安屯2×9F燃气余热锅炉烟气脱硝项目，采用选择性催化还原法（SCR）脱硝装置，脱硝层数按1+1设置，催化剂采用进口催化剂。进口康宁蜂窝式催化剂的相邻蜂窝孔隙的中心距，即节距目前可做到2mm左右，极大提高了单位体积蜂窝式催化剂与烟气的接触面积，与节距7.5mm的催化剂相比，大幅度减少锅炉所需SCR催化剂体积量用量。波纹状催化剂外形如起伏的波纹，以纤维板和TiO2为载体，涂敷V2O5和WO3等活性物质。波纹板式催化剂最小节距约3.1mm（比表面积约1140m2/m3）。单个催化剂长度一般不超过500mm。托普索公司生产的波纹板式催化剂采用特殊的微孔结构，可增强烟气与催化剂的实际接触面积。

结语：锅炉烟气余热利用系统实际运行过程中，主要采用加热凝结水、预热补充水以及预热燃料这些方式进行，能够有效利用好烟气余热，降低能源消耗量。为更好发挥这一系统的优势和作用，还需要积极开展全面充分的改进和优化工作，适应锅炉生产的要求。

参考文献

[1] 朱宪然，王伟.大型燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉烟气阻力的模拟研究[J].电站系统工程，2018，34（4）：13-15.

[2] 宋澜波，王波，付岳峰，等.新型氟塑料低温省煤器在锅炉烟气余热深度回收中的应用[J].冶金动力，2019（7）：49-52.

[3] 刘金亮，李永华，智丹，等.300MW燃气机组余热锅炉SCR烟气脱硝系统喷氨优化调整试验分析[J].电力科技与环保，2019（5）：23-25.