張寶會　李澤杰

(1.河鋼集團礦業(yè)有限公司；2.北京新耀天誠環(huán)保技術有限責任公司)

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氨水在SCR煙氣脫氮技術中的應用

張寶會1李澤杰2

(1.河鋼集團礦業(yè)有限公司；2.北京新耀天誠環(huán)保技術有限責任公司)

摘要選擇性煙氣催化還原反應(SCR)是當前全世界較為成熟的煙氣脫硝反應之一，根據(jù)其反應原理，結合某熱電廠鍋爐改造計劃，初步探討了氨水作為反應還原劑的可行性和合理性，并簡單比較了氨水和尿素的建設運行成本，為煙氣脫硝技術的應用提供了參考。

關鍵詞氨水SCR還原劑應用

據(jù)了解，當前氮氧化合物的排放量已經(jīng)遠遠超過大氣環(huán)境所能承受的限值。過量的氮氧化合物及造成的酸雨現(xiàn)象和溫室效應對當前大氣環(huán)境和生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的污染。為此，結合某熱電有限公司燃煤鍋爐煙氣脫氮工程，對氨水作為還原劑在工程應用上的可行性進行了論證。

1項目概況

某單位擬對75 t/h煤粉爐現(xiàn)有煙氣脫氮工程進行改造，鍋爐主要參數(shù)見表1，改造工程技術要求見表2。

表1　鍋爐的主要參數(shù)

表2　改造工程技術要求

2選擇性煙氣催化還原反應原理及流程

(1)SCR的反應原理。選擇性煙氣催化還原反應(SCR)是指在高溫和特定催化劑作用下，煙氣中的氮氧化合物跟特定還原劑發(fā)生的氧化還原反應，反應的最終產(chǎn)物為水蒸氣和氮氣[1]。該反應中特定還原劑氨有選擇性地與煙氣中的氮氧化合物發(fā)生氧化還原反應，反應過程中沒有副產(chǎn)物生成，主要反應如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；

6NO+4NH3→5N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O；

2NO2+4NH2+O2→3N2+6H2O

(2)SCR工藝流程。選擇性煙氣催化還原反應為目前全世界煙氣脫氮工程采用的主流方法，具體工藝流程為氨在蒸發(fā)槽中通過噴槍頭噴入待處理煙氣中，在高溫條件下，通過催化劑的作用，氨與煙氣中的氮氧化合物在反應器中發(fā)生氧化還原反應，生成N2和H2O[2]，其工藝流程見圖1。

圖1　SCR工藝流程

3氨水作為還原劑在工程應用上的論證

在此次煙氣脫硝改造工程中，擬采用20%的氨水作為反應中的還原劑[3]，噴氨格柵出口的濃度明顯小于5%，遠遠小于氨水的爆炸極限。該系統(tǒng)改造完成經(jīng)過調試和長時間運行后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，煙氣處理效果滿足排放要求。系統(tǒng)主要性能參數(shù)見表3。

表3　系統(tǒng)主要性能參數(shù)

由表3可知，氨水作為還原劑處理后煙氣能夠滿足環(huán)保要求，SCR脫氮效率達到了95%，該系統(tǒng)的成功改造證明氨水作為還原劑能夠實現(xiàn)很好的煙氣脫硝效果。

4經(jīng)濟性分析

此次改造工程中，為了安全考慮，不選用液氨作為還原劑[4]。為了表明氨水的經(jīng)濟性，就氨水和尿素在運行成本上進行了對比[5]。

(1)氨水的消耗量。氨水作為還原劑的消耗量計算公式如下：

(1)

式中，QNH3為氨水用量，kg/h；ρ為氨水密度，kg/m3；CNH3為氨水濃度，%；MNO2為NO2摩爾質量，g/mol；M1為氨水摩爾質量，g/mol。

(2)尿素的消耗量。尿素作為還原劑的消耗量計算公式如下：

(2)

式中，Q2為尿素用量，kg/h；M2為尿素摩爾質量， g/mol；MNO2為NO2摩爾質量，g/mol。

經(jīng)計算，氨水和尿素作為反應中還原劑的運行成本見表4。

表4　不同還原劑反應運行成本

由表4可知，尿素作為還原劑時，每小時需要溶解水63 m3、耗電104 kW、蒸汽213 m3，而氨水作為還原劑時不需要溶解水、耗電、蒸汽，同時從建筑成本上來說，尿素作為還原劑時，需要將設備放入屋內(nèi)，氨水則僅僅需要搭設棚子；綜上所述，氨水作為還原劑時，總體投資和運行成本較低。

5結語

結合某熱電有限公司燃煤鍋爐煙氣脫氮工程，提出了用氨水作為SCR脫氮反應中的還原劑，經(jīng)過該項目的長期運行，該脫氮反應裝置運行穩(wěn)定，氮氧化合物排放濃度控制在30 mg/m3以下，氮氧化合物去除率達到了95%，到達了國家相應的環(huán)境保護法要求，同時還分析了氨水在運行成本上的優(yōu)勢。因此，氨水在反應性、經(jīng)濟性、安全性上都具有不可比擬的優(yōu)勢，是SCR煙氣脫氮還原劑的最佳選擇。

參考文獻

[1]李曉蕓，蔡小峰.混合SNCR-SCR煙氣脫硝工藝及其應用[J].華電技術，2008，30(3)：22-25.

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[3]曹志慧.SCR煙氣脫硝技術[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2015，8(16)：74-77.

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[5]項昆.3種煙氣脫硝工藝技術經(jīng)濟比較分析[J].熱力發(fā)電，2010，40(6)：1-8.

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(收稿日期2016-01-19)

張寶會(1987—)，男，工程師，063700 河北省唐山市灤縣響嘡鎮(zhèn)司家營田興鐵礦711室。