脫硝系統(tǒng)還原劑選用液氨和尿素的經(jīng)濟性分析

摘 要：通過了解SCR脫硝設(shè)備還原劑制備系統(tǒng)的工作原理，分析液氨和尿素兩種還原劑的使用經(jīng)濟性，為火電廠SCR設(shè)備還原劑系統(tǒng)的還原劑選擇提供經(jīng)濟參考。

關(guān)鍵詞：脫硝系統(tǒng)還原劑；液氨；尿素；經(jīng)濟性

中圖分類號：TK411.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

還原劑不同，脫硝系統(tǒng)在制備氣氨的工藝過程也會不同。煙氣脫硝系統(tǒng)的還原劑一般選擇液氨、氨水或者尿素，其中以液氨蒸發(fā)為最常使用的工藝。采用液氨作為還原劑的原材料時，方法一般會采用全廠的輔助蒸汽作為熱源，進(jìn)行加熱從而使液氨產(chǎn)生氣態(tài)氨。采用氨水作為還原劑的原料時，方法是通過輔助蒸汽對氨水溶液（25%左右）進(jìn)行加熱，并使其最終產(chǎn)生氣態(tài)氨和水。如果選擇使用尿素作為還原劑的原料時，可以通過水解或熱解的工藝來獲得氣態(tài)氨。因為液氨和尿素都可以作為脫硝系統(tǒng)還原劑，但是在成本和制造工藝的資金投入?yún)s不同，因此需要對脫硝系統(tǒng)還原劑（液氨和尿素）的制作過程進(jìn)行經(jīng)濟分析和比較，以此選擇出合適的還原劑。

一、還原劑制氨工藝

（一）液氨制氨工藝

選擇液氨作為脫硝系統(tǒng)的還原劑原料進(jìn)行制備氣氨時，其具體制作方法是：首先在蒸發(fā)器中放入液氨進(jìn)行加熱使其生成氨氣，然后使用稀釋風(fēng)機，利用稀釋風(fēng)機內(nèi)的空氣，將氨氣稀釋成體積含量為5%的混合氣體，最后將其送入煙氣系統(tǒng)中。脫硝系統(tǒng)選擇液氨作為還原劑原料時所使用的設(shè)備主要有：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、儲罐平臺扶梯、液氨供應(yīng)泵、廢液輸送泵、噴淋裝置、鋼結(jié)構(gòu)遮陽蓬、氮氣吹掃系統(tǒng)等等[1]。

（二）尿素制氨工藝

1.熱解制氨

脫硝系統(tǒng)使用尿素作為還原劑時，可對尿素進(jìn)行熱解和水解兩種方法。使用熱解方法的具體操作程序為：利用ULTRATM系統(tǒng)進(jìn)行燃燒反映后，經(jīng)過玻璃鋼溶解箱進(jìn)行溶解，將尿素溶解到40%--50%之間呈液態(tài)狀態(tài)，使用供應(yīng)泵將尿素溶液送到熱解室的噴嘴入口處，從而使高純度的尿素反應(yīng)劑能夠噴入到經(jīng)過專門設(shè)計的熱解室內(nèi)，并使其進(jìn)行充分的混合，同時要保證有足夠的停留時間，可以為SCR反應(yīng)提供氨元素。由此可知，ULTRATM系統(tǒng)主要的工藝特點是將較高純度的尿素輸送到溫度在300℃-650℃的熱解室內(nèi)，通過這種方法可以為SCR反應(yīng)提供氨元素，ULTRATM工藝具有良好的負(fù)荷適應(yīng)性[2]。

2.水解制氨

尿素的水解系統(tǒng)包括：卸料裝置、儲存裝置、溶解槽、尿素溶液儲罐、吸入泵、熱交換器、噴淋裝置、氨流量控制閥等組成。使用水解制氨的生產(chǎn)工藝被稱為：即需制氨系統(tǒng)，主要的裝置由氨氣的發(fā)生裝置、傳輸系統(tǒng)動力組成。尿素制氨的主要工藝流程包括：首先將尿素卸載到尿素儲倉，利用傳送裝置把尿素輸送到攪拌箱內(nèi)，并加水使其溶解成尿素溶液。通過輸送泵把尿素溶液輸送至尿素的溶液箱內(nèi)，再利用輸送泵將其送入水解槽，通過加熱使其蒸發(fā)并產(chǎn)生氣態(tài)氨。

（1）運輸及儲備

為保證尿素的量可以滿足3天的制作工藝流程，尿素筒倉的下部錐體部分可以采用304L的光潔不銹鋼來制造，因為運輸卡車要將尿素傾倒進(jìn)尿素的筒倉內(nèi)，為以防止固體尿素出現(xiàn)吸潮、架橋、結(jié)塊等現(xiàn)象的發(fā)生，所以需要在內(nèi)部安裝熱風(fēng)流化裝置。

（2）溶解

干尿素送入到溶解箱內(nèi)后，利用高能循環(huán)泵將熱水從可以循環(huán)的熱水箱抽到溶解箱內(nèi)。在尿素溶解罐內(nèi)設(shè)置攪拌機，利用攪拌機將溶液不斷的攪拌，最終將尿素全部溶解，用循環(huán)泵將容易抽取出來，輸送進(jìn)溶液儲罐內(nèi)。需要注意的是，尿素溶液儲罐同樣也需要使用304L型不銹鋼進(jìn)行制造，同時尿素溶液儲罐內(nèi)要安裝伴熱裝置。

（3）轉(zhuǎn)化

儲罐內(nèi)出來的溶液要經(jīng)過過濾才能進(jìn)入泵內(nèi)，通過泵之后溶液再進(jìn)入到熱交換器中，并利用尿素廢液的余熱將其加熱到可以進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的熱度。水解槽內(nèi)尿素溶液和水發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生氨氣、一氧化碳，在水解槽的底部輸入蒸汽進(jìn)行加熱，并將釋放出的氣體利用除霧器除去水分，對壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，在其壓力穩(wěn)定后方可進(jìn)行空氣稀釋，并將混合稀釋后的空氣注入煙道內(nèi)。

二、經(jīng)濟分析

（一）還原劑系統(tǒng)經(jīng)濟分析

1.液氨制氨

液氨作為脫硝還原劑，其工藝系統(tǒng)簡單、容量小、設(shè)備數(shù)量少，只需要蒸發(fā)加熱即可，運輸成本和投資成本也較低，但對系統(tǒng)的安全性要求較高，液氨系統(tǒng)的設(shè)備和管道可以使用碳鋼，可應(yīng)用在煙氣脫硝工藝系統(tǒng)中。在小容量機組或地理位置不允許使用純氨的電廠中，一般采用氨水作為脫硝還原劑，而作為大容量機組需要采用投資成本和運行成本更低的液氨。

2.尿素制氨

尿素制氨工藝的系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備多，投資高、運行成本高，但對于系統(tǒng)的安全性要求較低。因為尿素比較容易出現(xiàn)結(jié)晶的現(xiàn)象，所以尿素溶液的容器和管道必須有伴熱裝置，防止其結(jié)晶影響制作工藝程序的進(jìn)行，尿素系統(tǒng)中大部分設(shè)備和管道均需要采用不銹鋼或玻璃鋼容器。

（二）運行費用經(jīng)濟分析

1.還原劑原料價格

我國目前的SCR系統(tǒng)的還原劑原料價格為：濃度≥99.6的液氮價格每噸為2100元，每生成1千克的氨氣需要的原料為1.01千克。固體尿素的價格是每噸1700元，生成1千克氨氣所需要的原料為1.76千克。液氮的反應(yīng)劑費用較貴，運輸費用便宜，安全性較低，初投資費用便宜，運行費用便宜，設(shè)備安全要求有相關(guān)的法律規(guī)定。尿素的反應(yīng)劑稍貴，運輸費用便宜，安全性較高，初投資費用貴，運行費用貴，設(shè)備的安全要求較低。

2.用電對比經(jīng)濟分析

液氨和尿素作為SCR系統(tǒng)的還原劑時，在氣氨產(chǎn)生后到氣氨緩沖槽后的設(shè)備基本相同，不同的是尿素作為還原劑時，需每臺機組增加4臺尿素溶液泵、循環(huán)水泵和尿素攪拌機等設(shè)備，這些設(shè)備都比較耗電。

三、結(jié)束語

因為兩種還原劑系統(tǒng)的廠用電用量差別較小，所以在對還原劑的選擇上還是從系統(tǒng)初投資、運行成本和安全性方面進(jìn)行考慮。因此在某些地方，在符合法律規(guī)定下，對危險品的運輸、儲存管理，盡量使用液氨作為SCR系統(tǒng)的還原劑。

參考文獻(xiàn)：

[1]王飛.600MW機組煙氣脫硝工程方案選擇及設(shè)計優(yōu)化[D].華北電力大學(xué)（北京），2011（02）.

[2]陸生寬.脫硝還原劑選用純氨和尿素的技術(shù)經(jīng)濟探討[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2012（01）.

[作者簡介]李剛（1973-），男，江西九江人，大專，工程師，主要研究方向：火電廠煙氣脫硫、脫硝以及除塵技術(shù)。