SCR技术是目前一种烟气脱硝技术。还原剂的选择与应用技术是SCR工程应用的关键环节。现在国内普遍应用较多的还原剂为液氨和尿素。通常的观念认为液氨的投资和经济性方面具有优势,但是在安全性方面、尤其是在城市中应用会受到很大的限制;而尿素因为其流程中不存在压力容器,而被重视安全的客户奉为首选。在过去,氨水作为还原剂在中国台湾和欧洲有很多的应用。这些成功的应用使得对于安全性和经济性均有考量的客户有了更多的合适选择。实践表明:氨水因为不需要热解炉等分解设备,具有比尿素更好的安全特性,同时因为其的气化过程为单纯的物理变化,不需要消耗化学分解过程所需要的能量。
过去对氨水SCR 主要的误区认为,因为氨水因为含有较大比例的水,因此在蒸发过程中需要消耗较多的能量。而应用实践表明:这一过程的能耗要小于类似的尿素制氨过程,即便和液氨相比也没有很大的差异。物料平衡的计算表明,一定比例的热风温度只要250℃,即可完成氨水溶液的蒸发过程。这个过程的能量消耗远小于尿素制氨。
本技术的思路是采用具有一定热量的热风,通过特殊设计的氨水蒸发器来对氨水进行气化,使其成为可以直接用于SCR 反应的氨和空气混合气体。实现这一过程,除了关键的氨水雾化蒸发器外,一个巧妙的设计是通过一个小型气气换热器来应用热烟气所具有的热量来使其加热稀释风,通过这一系列的优化设计,使得整个氨水气化过程需要额外补充的能量变得很小。具体的氨水气化流程(见图1)为:稀释风机提供足够将气化后的氨气稀释到5%以下混合气体的风量。这些风首先经过蒸汽或者电加热被加热到120℃以上,然后通过布置于脱硝反应器内的气气换热器被进一步加热到足够气化氨水溶液的温度。经过这一流程氨水成为氨和空气的混合气体,被作为SCR 的反应物通过喷氨格栅喷射到烟气中去完成SCR 反应。本工艺的原料为20%氨水—30%氨水溶液。为了连续供应反应剂,需要设置单独的氨水存储罐,并设计量泵输送将氨水输送到氨水蒸发器。对整个脱硝率的控制通过氨水的流量调节阀来实现。
事实上氨水SCR 技术早在2008 年曾应用于北京太阳宫燃机机组的SCR 脱硝项目。
昆山南亚电子热电厂共有3 台在役燃煤工业锅炉,主要用于为电子产品生产提供蒸汽和电力。机组于2003 年投运,没有同步配套脱硝装置,预留了SCR 安装位置和钢构架载荷。脱硝项目于2012 年4 月开始建设,于2012 年9 月投入运行。本项目锅炉的主要技术参数和脱硝性能要求如表1。
名称
单位
数据
锅炉额定蒸发量
t/h
240
燃料
煤
烟气流量
Nm3/h
205000
SCR反应温度
℃
410
烟气成分
CO2
Vol.%,wet
13.883
H2O
Vol.%,wet
9.378
O2
Vol.%,wet
3.238
SO2
Vol.%,wet
0.079
N2
Vol.%,wet
73.422
NOx
ppm
150
烟尘浓度
g/Nm3
34.1
三台机组设置统一的氨水存储的供应区。氨区占地面积约为400 m2。氨水储存罐的容积满足全厂机组10天的运行所需的氨水量,设置氨水储存罐2台,有效容积90m3。设置2台氨水卸料泵,用于将商用氨水罐车运载来的氨水输送至氨水存储罐。每机组配置氨水流量循环泵2台,一用一备,用于为SCR脱硝输送还原剂。考虑到腐蚀的问题,所有的氨水存储设备和管路采用304不锈钢。氨区和SCR系统设置独立PLC控制系统。图2和图3为项目的现场照片。
因为使用了气气换热器加热热风,使得整个系统不需要很大的能量消耗,系统能耗和普通SCR 系统无异。单台机组的主要公用消耗如表2。
物料名称
|
单位 |
消耗量 |
备注 |
空气加热用饱和蒸汽 |
Kg/h |
97 |
0.6MPa饱和蒸汽 |
氨水供应泵电力消耗 |
KWH |
0.75 |
|
雾化用压缩空气 |
Nm3/h |
40 |
|
稀释风机电力消耗 |
KWH |
2.2 |
|
从工艺系统上比较,氨水系统的工艺流程同液氨法相似,较尿素制氨工艺简单。从安全方面比较,氨水系统具有和尿素系统同样的安全性,从某种意义上讲,因为不需要热解炉等设备,其安全性较尿素系统还要好。从投资和运营成本上来看,和尿素系统相比,没有大型的热解炉和燃料消耗,不需要额外的热量用于溶解颗粒物和存储罐的加热搅拌,因此其投资和运营成本均具有相当大的优势;和液氨系统相比,使用常压容器代替压力容器,尽管材质等级提高,其投资所增加的幅度也极为有限;其运营成本和液氨系统无异。且从原料的获取难易程度上看,氨水相比于尿素和液氨更具有优势。
综上,氨水作为SCR反应的还原剂有其自身优势。推广和应用氨水SCR技术具有极大意义。