張 峰

（大連市節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心,遼寧 大連 116021）

目前，《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）的實(shí)施對電廠大氣污染物排放有了更高的要求，因此相當(dāng)大一部分電廠將可能需要進(jìn)一步改造脫硝系統(tǒng)以滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。而在項(xiàng)目的改造過程中需要對項(xiàng)目的能源消耗進(jìn)行評估，本文將通過對比所使用的還原劑形式來評估計(jì)算項(xiàng)目所帶來的能耗差異，為核算項(xiàng)目的綜合能源消耗量提供參考意義。

1 還原劑使用特點(diǎn)

在各種脫硝方法方法中，氨或氨基是工業(yè)脫硝中最為常見且有效的還原劑，主要存在的三種形式是：液氨、氨水和尿素，它們在使用中都存在各自的特點(diǎn)[1]。

還原劑特點(diǎn)

液氨作為還原劑時(shí)，液氨由槽車運(yùn)送到液氨貯槽，液氨貯槽輸出的液氨在氨氣蒸發(fā)器內(nèi)經(jīng)40℃左右的溫水蒸發(fā)為氨氣，并將氨氣加熱至常溫后，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(jī)組的氨氣/空氣混合器中與來自送風(fēng)機(jī)的空氣充分混合后，通過噴氨格柵（AIG）或其它方式與煙氣混合后進(jìn)入鍋爐相應(yīng)使用部位。液氨氣化過程為一個物理過程，氣化后的純氨蒸汽，只需要一定量稀釋氣體，即可以直接進(jìn)行脫硝反應(yīng)，因此對鍋爐的熱效率影響很小。

而氨水作為還原劑在應(yīng)用過程中，需要消耗較多能量將氨水水溶液蒸發(fā)氣化為氨蒸汽，因此，一般會對鍋爐系統(tǒng)的熱效率產(chǎn)生微弱影響。

2 設(shè)定條件

（1）液氨法使用蒸汽作為熱源對液氨進(jìn)行氣化生成氨氣，入爐前煙氣預(yù)熱部分熱量忽略不計(jì)；

（2）氨水法采用稀釋后形成5%的氨水溶液噴入爐內(nèi)使用，由煙道溫度直接汽化氨水形成所需要氨氣；

（3）脫硝效率按75%計(jì)算。

3 案例計(jì)算

根據(jù)我市某一熱電廠改造參數(shù)分別計(jì)算兩種制備方法所消耗的能源數(shù)量。

3.1 液氨制備還原劑所需能量

3.1.1 計(jì)算所需還原劑量

根據(jù)文獻(xiàn)2中給出的還原劑耗量計(jì)算方法核算所需還原劑的消耗量，具體計(jì)算過程如下。

式中：

GNH3——還原劑消耗量，kg/h；

Q——折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、6%O2下反應(yīng)器入口煙氣流量，m3/h；根據(jù)項(xiàng)目單位提供工藝設(shè)計(jì)資料，單臺鍋爐煙道煙氣流量為490000 Nm3/h。

CNOx——反應(yīng)器入口NOx的濃度（按NO2折算），mg/m3，根據(jù)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告，入口NOx濃度為400 mg/Nm3；

MNO2——NO2的摩爾質(zhì)量，g/mol，NO2的摩爾質(zhì)量為46 g/mol；

MNH3——NH3的摩爾質(zhì)量，g/mol，NH3的摩爾質(zhì)量為17 g/mol；

n—氨氫摩爾比；

CslipNH3—折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氨逃逸濃度，mg/m3，根據(jù)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告，氨逃逸率為5 ppm（5 L/L），折3.855 mg/Nm3；

η—脫硝效率，根據(jù)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告采用LNB+SNCR/SCR方式，該段平均效率設(shè)計(jì)為75%。

通過上式計(jì)算單臺爐消耗56.188kg/h，則3臺爐的合計(jì)消耗為168.56 kg/h，考慮到液氨品質(zhì)，即氨含量99.6%，則需要液氨量為168.56 kg/h÷99.6%=169.24 kg/h。

3.1.2 計(jì)算還原劑消耗能量

按照通常狀態(tài)下，液氨儲存在儲罐中，常溫條件，壓力隨著儲量和環(huán)境溫度的變化而變化，約在3.0～9.0 MPa。進(jìn)入液氨蒸發(fā)器的液氨溫度為常溫，進(jìn)口壓力為0.4～1.6 MPa；從液氨蒸發(fā)器出來的氣氨溫度約為40 ℃，壓力0.2 MPa。

（1）考慮從常溫至40℃液相吸熱量。取當(dāng)?shù)爻Ｆ骄鶞囟?0.7℃和40℃的平均值25.35℃，查相關(guān)技術(shù)資料，25.35℃時(shí)液氨的定壓比熱容為19.3721 kcal/kmol·℃，則液相吸熱過程所需熱量為：

（2）考慮在40℃時(shí)發(fā)生的相變吸熱量。根據(jù)文獻(xiàn)3，40℃時(shí)液氨的汽化熱為263.00 kcal/kg，液相至氣相的相變吸熱過程的蒸汽用量為：

綜上所述，液氨蒸發(fā)過程所需熱量為209264kj/h，考慮到蒸汽使用中的損失，按2%計(jì)算，則為213534kJ/h。

3.2 氨水制備還原劑所需能量

本案例中使用經(jīng)稀釋后的5%氨水利用煙氣余熱氣化生成氨，根據(jù)3.1.1消耗同等還原劑情況，則需要5%氨水量為3380kg/h，其中添加的除鹽水可得為3211kg/h。

液態(tài)水轉(zhuǎn)化為蒸汽消耗的熱量主要為汽化潛熱，因此，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水的汽化潛熱值為2257kJ/kg計(jì)算，則需要消耗7247227kJ/h。

4 結(jié)論

經(jīng)以計(jì)算可以看到，氨水制備還原劑所能耗約為液氨制備的35倍，但安全和工藝控制角度看，氨水更安全且可以穩(wěn)定控制噴氨的均勻度。

[1]DL/T 296-2011，火電廠煙氣脫硝技術(shù)導(dǎo)則[S].

[2]DL/T 260-2012，燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范[S].

[3]化工第四設(shè)計(jì)院.深冷手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1979.