目前SCR脫硝還原劑氨氣有四種較常用的生成方式，分別為：液氨氣化、尿素爐外熱解、尿素爐內(nèi)熱解和尿素水解，簡要介紹這4種工藝的反應原理、工藝特點，并對其進行了技術經(jīng)濟比較分析。分析結果表明4種工藝方案各有優(yōu)劣，火力發(fā)電廠應根據(jù)自己自身條件選擇最適合自己的制氨工藝。


【關鍵詞】火力發(fā)電廠，煙氣脫硝，液氨氣化，尿素爐外熱解，尿素爐內(nèi)熱解，尿素水解，技術經(jīng)濟比較

目前在電廠脫硝領域商業(yè)化應用的脫硝工藝為達到出口NOx濃度低于100mg/Nm3可采用SCR脫硝，SCR工藝是一種以NH3作為還原劑將煙道中的NOx分解成無害的N2和H2O的干法脫硝方法。反應的基本原理是：


其中SCR脫硝的還原劑可采用不同還原劑制備方法：液氨氣化，尿素熱解和尿素水解?？偟膩碚f即分為四種技術：（1）采用液氨作為還原劑的SCR脫硝，（2）采用尿素熱解制氨作為還原劑的SCR脫硝，（3）采用尿素水解制氨作為還原劑的SCR脫硝，（4）SNCR/SCR耦合脫硝。

1氨氣制備工藝技術介紹

1.1采用液氨氣化工藝

液氨由槽車運送到液氨貯槽，液氨貯槽輸出的液氨在氨氣蒸發(fā)器內(nèi)采用蒸汽或電加熱作為熱源將其氣化化為氨氣，并將氨氣加熱至一定溫度后，送到氨氣緩沖槽備用。緩沖槽的氨氣經(jīng)調(diào)壓閥減壓后，送入各機組的脫硝系統(tǒng)。

液氨氣化制氨工藝特點如下：（1）初投資費用較少；（2）運行費用較低；（3）操作簡單，響應速度快；（4）自動化程度高。

1.2采用尿素爐外熱解制氨工藝

尿素顆粒與去離子水配制成指定濃度（40～60%）溶液后輸送至尿素溶液儲罐儲存，配制好的尿素溶液通過高流量循環(huán)模塊（HFD）輸送到計量分配模塊（MDM），該計量模塊能根據(jù)系統(tǒng)氨需量自動控制尿素溶液進入流量，并利用壓縮空氣將尿素溶液霧化并通過噴頭噴入熱解室（DC）內(nèi)，與經(jīng)由稀釋風機、換熱器和電加熱器輸送過來的高溫空氣混合熱解，生成NH3、H2O和CO2，分解產(chǎn)物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統(tǒng)。

熱解反應方程式如下：


熱解工藝特點如下：（1）在進入煙道前完全不用考慮反應劑的安全問題；（2）工藝流程簡練，尿素直接分解能保證最快響應時間，僅需數(shù)秒鐘；（3）系統(tǒng)提供安全的與負荷相關的氨需求控制，立即停機及立即再啟動的（冷熱啟動）功能，無須備用反應器；（4）在進入煙道前，沒有氨儲存在緩沖罐或水解器，因而不會有任何的氨氣儲存及氨氣外泄；（5）系統(tǒng)不含壓力容器，提供安全設計；（6）沒有水解反應器及可能產(chǎn)生的氨氣金屬腐蝕、泄漏；（7）對尿素中MDU（methylenediurea）或甲醛（formaldehyde）含量沒有限制；（8）可根據(jù)用戶情?單獨或合并使用天然氣、油、蒸汽和電作為熱源；

1.3尿素爐內(nèi)熱解制氨工藝

尿素爐內(nèi)熱解制氨工藝是通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)，將10%濃度的尿素溶液噴入爐膛，在高溫下，尿素還原劑熱解生成NH3、H2O和CO2。

尿素爐內(nèi)熱解省去了SCR工藝設置在煙道里的復雜的氨噴射格柵（簡稱AIG）系統(tǒng)及爐外熱解爐，并且熱解過程中會附帶有SNCR反應，可減少鍋爐省煤器出口NOx排放，減少了催化劑的用量，尿素爐內(nèi)熱解制氨工藝有以下優(yōu)點：（1）遠遠小于傳統(tǒng)SCR系統(tǒng)成本即可達到85%的脫硝效率；（2）減少SCR催化劑的使用量從而減少SO2到SO3的轉換；（3）SO2/SO3轉化所引起的腐蝕和阻塞問題?。唬?）較SCR反應器小，具有更好的空間適用性；（5）脫硝系統(tǒng)阻力??；（6）催化劑回收量少；（7）可以安全地使用尿素作為還原劑。

1.4采用尿素水解制氨工藝

水解法制氨工藝為尿素顆粒由貨車運至電廠后利用氣力輸送至尿素儲倉，然后加入溶解槽內(nèi)并注入去離子水配制成指定濃度的溶液，配制好的溶液經(jīng)過水解器進料泵持續(xù)注入水解器中，由水解器的蒸汽供應量控制水解器的壓力，同時由進料泵的流量控制水解器的液位，使水解器內(nèi)保持在平衡狀態(tài)，水解產(chǎn)物主要為氨、二氧化碳和水蒸氣。

水解的主要反應方程式如下：


其工藝特點為：（1）可提供各種需求量（10-10，000lb/hr）；（2）單次式（oncethrough）工藝，密閉循環(huán)提供所需的產(chǎn)物流量及組成，尿素溶液配制階段不會有氨氣外泄；（3）間接加熱方式，各種品質(zhì)蒸汽均可使用，還可使用電加熱；（4）反應器?平衡的液相體積提高系統(tǒng)的運行穩(wěn)定度；（5）系統(tǒng)響應時間約為數(shù)分鐘。

2四種氨氣制備技術經(jīng)濟指標分析

運行經(jīng)濟性比較（以兩臺300MW機組，一個公用還原劑制備區(qū)計）（如表1）


3結語

從以上對四種制氨工藝的技術經(jīng)濟分析比較可以看出：

（1）當能采用液氨氣化制氨工藝時，應采用液氨氣化制氨；液氨氣化制氨工藝具有操作、運行、維護簡單安全的優(yōu)點，并且運行成本最低。

（2）當必須采用尿素制氨時，三種工藝中不推薦使用水解制氨，不僅沒有降低設備的安全防護要求，而且運行成本最高。

（3）爐內(nèi)、外熱解較液氨氣化制氨工藝采用尿素作為制備原料，原料在儲存、運輸過程中更為安全可靠，但是由于熱解需要較多的熱量因此運行成本較高。如市區(qū)或水源保護地等特殊地區(qū)要求，不能采用液氨作為還原劑時可采用爐內(nèi)、外熱解制氨工藝。

爐內(nèi)、外熱解制氨中，當鍋爐機組小于300MW時可考慮爐內(nèi)熱解工藝，機組較小可較容易使爐內(nèi)氨分解后的NH3/NOx均勻度滿足脫硝要求，并且運行成本較低；當鍋爐機組大于300MW時應優(yōu)先采用爐外熱解工藝，此工藝可較好的控制噴氨分部，減少氨逃逸，提高脫硝效率。