氨水SCR脱硝技术的应用和比较
氨水SCR脱硝技术的应用与比较
白文辉
在选择性催化剂还原脱硝工艺技术中，还原剂的选择一直是一个纠结且艰难的决定。受到一些液氨泄露灾难事故的影响，液氨在城市中应用越来越受到限制。氨水和尿素作为还原剂越来越被人所接受。
液氨气化过程为一个物理过程，气化后的纯氨蒸汽，只需要少量稀释气体，即可以直接进行脱硝反应，因此对锅炉的热效率影响最小。而氨水和尿素还原剂在应用过程中，均需要消耗能量将氨水或尿素水溶液蒸发气化为氨蒸汽，这一过程会对锅炉的热效率产生一定的影响。氨水的气化过程仅为物理过程；尿素水溶液的气化过程物理和化学反应过程，不仅需要将水溶液蒸发，还需要化学能量去破坏尿素分子健，因此尿素制氨过程需要消耗大量的能量。
牺牲一定的、可在承受范围的能量，换取系统的安全性这也是一种不得已的选择。当然在中小机组的脱硝项目中，这一能量消耗就显得微不足道。在大容量机组，也因为规模效应，氨水脱硝技术的能耗应该也可以接受。
一 有关氨水SCR方案的流程介绍
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。
中电联环保引进的STRABAR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。这些风首先经过小型的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。
图1 STRABAG工艺技术的流程
二、氨水SCR系统设备与液氨方案的比较
氨水SCR系统主要设备包括氨水卸料泵、氨水存储罐、氨水供应泵、稀释风机、蒸汽加热器、气气换热器、氨水蒸发器等。
氨水方案和液氨方案的SCR反应系统设备是相同的，主要不同点是卸料系统、还原存储系统和蒸发系统。主要的区别如下：
序号 1 2 3
系统名称 卸料系统 还原剂存储系统 氨的蒸发系统
液氨方案设备 压缩机2台
氨水方案设备 水泵2台
50m3压力容器存储罐2台 100m3不锈钢常压存储
罐2台 机组公用液氨蒸发器2台
每台锅炉配备一台氨水蒸发雾化装置、蒸汽加热1台，气气换热器1台。
三、氨水和液氨方案的物料消耗对比
下表为针对一台410T/H锅炉的二种方案能量消耗比较。
液氨消耗量（kg/h） 氨水消耗量（kg/h）
液氨方案 46
氨水方案 备注 184 152 52 5.25
不包括蒸汽吹灰消耗量 不包括仪用空气消耗 指正常运行时稀释风机和供应泵的电力消耗。
蒸汽消耗量（0.6MPa饱和蒸汽）（kg/h） 30 雾化压缩空气消耗量Nm3/h 电力消耗KW/H
0 4.5
四、氨水方案的业绩和优势
在中国大陆，氨水脱硝技术已经应用在昆山南亚电子热电厂。ＳＴＲＡＢＡＧ的氨水ＳＣＲ技术在台湾的众多电厂中已经成功运行数年。
相比较于危险品液氨，氨水在存储和运输的安全性方面具备更大的优势。其不属于危险源，即使发生泄露，也不会形成灾难，而反之液氨则在安全方面先天具备劣势，尤其是在人口聚集地区，一旦发生泄露，后果非常严重。使用氨水在还原剂 ，可以在不增加投资和有限的能耗增加前提下，最大限度地保证了安全，同时脱硝设备稳定的运行。
作者简介：白文辉，男，高级工程师，长期从事环保工程设计与管理。联系方式：010-52268040，