陸生寬

(中國大唐集團科技工程有限公司，北京 100097)

隨著全球經濟的高速發(fā)展，煤的開發(fā)利用已經給環(huán)境帶來了嚴重污染，特別是燃煤電廠鍋爐排放大量的硫氧化物和氮氧化物更進一步加劇了環(huán)境惡化。我國是以燃煤發(fā)電為主的發(fā)展中國家，伴隨著發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展，燃煤電廠NOx的排放迅速增加。

2011年9月21日，備受矚目的《火電廠大氣污染物排放標準》正式出臺。對NOx污染物排放標準提出了更加嚴格的要求。正因如此，近年來，國內火電廠脫硝工程加速上馬，而原來還原劑采用傳統(tǒng)的液氨制備，如今也正有被采用更安全的尿素制備所取代的趨勢。

文中針對大唐淮南洛河發(fā)電廠三期脫硝工程，探討該工程還原劑采用純氨和尿素的技術經濟性，以期對今后脫硝工程還原劑的選擇提供參考。

1 洛河脫硝工程基本情況

大唐淮南洛河發(fā)電廠，現共有六臺燃煤發(fā)電機組。全廠裝機總容量達2440 MW，為安徽省第一大火力發(fā)電廠。

一、二期工程4臺300 MW機組也完成了煙氣脫硫工程的改造。為進一步改善電廠地區(qū)環(huán)境質量，洛河電廠擬對三期工程2臺600 MW機組實施煙氣脫硝改造。

要求脫硝裝置在催化劑壽命期內，NOx脫除率不小于80%脫硝還原劑的來源主要有液氨、氨水和尿素，由于采用氨水法較液氨法相對安全，但同樣存在安全隱患，且運行費用最高。因此90年代以后國際上已經很少以氨水作為脫硝還原劑。洛河三期脫硝工程僅要求針對脫硝還原劑從尿素和液氨兩種方案進行比較，選擇適合本脫硝工程的還原劑。以下就兩個工藝方案作技術經濟比較。見表1和表2。

表1 脫硝系統(tǒng)入口煙氣參數

表2 脫硝系統(tǒng)入口煙氣中污染物成分

2 還原劑為液氨和尿素的基本特性比較

SCR技術是還原劑(NH3、尿素)在催化劑作用下，選擇性地與NOx反應生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故稱為“選擇性”。主要反應如下:

2.1 液氨的基本特性

(1)氨為無色氣體，有刺激性惡臭味。

(2)氨氣與空氣會形成爆炸性混合物，在濃度為16% ～25%時，明火會產生爆炸。

(3)氨是有毒物質，為GB12268－90規(guī)定的危險品，會導致人急、慢性中毒，嚴重時可致人死亡。儲存量超過40 t，則屬于重大危險源，被納入國家安全監(jiān)察機構重點監(jiān)控范圍。

(4)液氨的運輸與儲存有嚴格的標準規(guī)定，這使得液氨的運輸費用很高。液氨儲罐與周圍的道路、廠房、建筑等的防火間距不允許少于15 m。

2.2 尿素的特性

尿素是白色或淺黃色的結晶體，易溶于水，在高溫(350～650℃)下可完全分解為NH3。因尿素在運輸、儲存中無需安全及危險性的考慮，從本世紀初開始，尿素越來越多的應用于SCR系統(tǒng)，并逐漸引領SCR領域的潮流。

大唐洛河三期2×600 MW脫硝工程要求設計共用一個還原劑儲存與供應系統(tǒng)，還原劑按照2臺爐滿負荷運行5 d用量儲存。

3 還原劑為液氨和尿素的工藝系統(tǒng)比較

3.1 液氨系統(tǒng)

液氨的儲存與供應系統(tǒng)通常包括:液氨卸料壓縮機、液氨儲罐、液氨蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽、氨氣稀釋槽、廢水泵、廢水池、稀釋風機、混合器以及控制系統(tǒng)等(如圖1所示)。

液氨的儲存和供應系統(tǒng)流程:在卸料壓縮機的作用下，液氨由槽車輸入液氨儲罐內;在壓差作用下，液氨由儲罐輸送到蒸發(fā)槽，蒸發(fā)為氨氣;在氨氣緩沖槽內，氨氣蓄積到一定的壓力，由流量閥調節(jié)爐前噴氨流量;在混合器中，氨氣與稀釋空氣混合均勻，再經由噴嘴噴入煙道;排放的廢氨氣首先排入稀釋槽中，經水吸收后排入廢水池;泄漏的氨也采用大量水沖洗稀釋，排入廢水池;最后，由泵將廢水送到廢水處理站進行處理。

3.2 尿素系統(tǒng)

尿素熱解工藝的反應如下:

尿素在溫度高于150℃以上時開始不穩(wěn)定，會分解成NH3和HNCO。HNCO與水反應生成NH3和CO2。

圖1 液氨的儲存與供應系統(tǒng)圖

尿素的儲存和供應系統(tǒng)包括:溶解罐、尿素溶液儲罐、溶液循環(huán)泵、計量和分配裝置、絕熱分解爐、電加熱器和控制系統(tǒng)等，(如圖2所示)。

圖2 尿素的儲存與供應系統(tǒng)圖

上圖虛框內為尿素熱解，其主要流程如下。

在溶解罐中將固體尿素溶解配制成濃度55%的尿素溶液，儲存在尿素溶液儲罐內，儲罐內的尿素溶液經過循環(huán)泵輸送到尿素溶液計量和分配裝置。尿素溶液經過計量和分配裝置后由噴射器噴入絕熱分解爐。分解爐的熱源來自鍋爐一次風，一次風經電加熱器加熱后達到熱解所需溫度。尿素熱解后產生濃度小于5%的氨氣，通過AIG送入鍋爐煙氣。

大唐洛河2×600 MW脫硝工程，通過液氨和尿素兩種系統(tǒng)的比較，結合技經專業(yè)對采購設備詢價結果，發(fā)現由于尿素絕熱分解技術掌握在外國販技術支持方手里，分解爐和電加熱器的采購成本較高，造成尿素方案的設備采購總體成本比液氨方案較高。

4 主要技術指標及運行成本的比較

大唐洛河三期2×600 MW脫硝工程，按照電廠給的煙氣條件，及NOx脫除率不小于80%的要求，通過計算及布置，做出如下對比:

4.1 液氨系統(tǒng)

(1)主要技術指標:①每臺爐的最大氨需量經計算為460 kg/h;②液氨儲存量約為110 t;③液氨溶液制備區(qū)占地面積約3000 m2。

(2)運行費用:

①還原劑消耗:1臺SCR系統(tǒng)每年共需液氨約2760 t(以到廠價4000元/噸計)，年費用約1104萬元;②液氨儲罐的年度檢測與安全評估綜合費用約50萬元;③其他，諸如蒸汽耗量(蒸發(fā)罐)、電耗(風機、控制系統(tǒng))、煙溫損失(20℃的稀釋空氣進入AIG需升溫到350℃左右所導致的煙溫損失)等，與尿素系統(tǒng)費用基本相同。

4.2 尿素系統(tǒng)

(1)主要技術指標:①每臺爐的最大氨需量估算為460 kg/h;②尿素溶液罐儲量約370 t;③尿素制備區(qū)占地面積約300 m2。

(2)運行費用:①還原劑消耗:1臺SCR系統(tǒng)每年共需尿素5118噸(以到廠價2000元/t計)，年費用約1023萬元;②常壓設備，無需進行年度檢測與安全評估;③熱解電耗:單臺熱解爐所需電耗約為1100 KW，電耗年費用約198萬元(廠用電以0.3元/kw·h計);④其他，諸如蒸汽耗量(尿素溶解、溶液罐保溫)、其它電耗(控制系統(tǒng)約50kw)和煙溫損失等。與液氨系統(tǒng)費用基本相同。

5 結論

通過上述的比較，尿素和液氨作為SCR還原劑各有優(yōu)劣，采用尿素作為還原劑是比較安全的，但初期投資造價高，運行費用也高。采用液氨作為還原劑，相對初期投資造價低，運行費用低，但液氨作為重大危險源，在運輸和儲備時存在一定的安全隱患，在運輸成本上以及在生產安全管理上對電廠的運行水平要求較高，存在一定的危險性，國外使用較少。

另一方面，在考慮選擇何種還原劑進行脫硝時，還需要結合場地布置方面的要求，液氨罐區(qū)要求的場地布置較大，對于場地較緊張的老廠改造項目或位于人口較密集地區(qū)的電廠不宜采用。而尿素相對來說安全可靠，在運輸及儲存等方面沒有特殊要求，場地布置相對緊湊，對于運輸不便或者場地較緊張的改造項目，可以采用。通過比較，可以概括得出以下結論，見表1。

表3 液氨與尿素方案的技術經濟比較

尿素與液氨均可作為脫硝的還原劑，但是尿素在安全操作如運輸和儲存安全等方面更具有優(yōu)點。對于洛河三期脫硝工程，由于大唐洛河電廠屬于大型火電廠，老廠改造空間有限，人員較多等原因，建議還原劑采用尿素熱解法為宜。

［1］陳進生.火電廠煙氣脫硝技術－選擇性催化還原法［M］.北京:中國電力出版社，2008.

［2］王秉銓.工業(yè)鍋爐設計手冊(第二版)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.

［3］蔡小峰，SNCR－SCR煙氣脫硝技術及其應用［J］.電力環(huán)境保護，2008.