液氨法和氨水法制備脫硝還原劑能耗比對

張 峰

（大連市節能技術服務中心,遼寧 大連 116021）

目前，《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）的實施對電廠大氣污染物排放有了更高的要求，因此相當大一部分電廠將可能需要進一步改造脫硝系統以滿足新標準的要求。而在項目的改造過程中需要對項目的能源消耗進行評估，本文將通過對比所使用的還原劑形式來評估計算項目所帶來的能耗差異，為核算項目的綜合能源消耗量提供參考意義。

1 還原劑使用特點

在各種脫硝方法方法中，氨或氨基是工業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[1]。

還原劑特點

液氨作為還原劑時，液氨由槽車運送到液氨貯槽，液氨貯槽輸出的液氨在氨氣蒸發器內經40℃左右的溫水蒸發為氨氣，并將氨氣加熱至常溫后，送到氨氣緩沖槽備用。緩沖槽的氨氣經調壓閥減壓后，送入各機組的氨氣/空氣混合器中與來自送風機的空氣充分混合后，通過噴氨格柵（AIG）或其它方式與煙氣混合后進入鍋爐相應使用部位。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，即可以直接進行脫硝反應，因此對鍋爐的熱效率影響很小。

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

2 設定條件

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

（2）氨水法采用稀釋后形成5%的氨水溶液噴入爐內使用，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%計算。

3 案例計算

根據我市某一熱電廠改造參數分別計算兩種制備方法所消耗的能源數量。

3.1 液氨制備還原劑所需能量

3.1.1 計算所需還原劑量

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

式中：

GNH3——還原劑消耗量，kg/h；

Q——折算到標準狀態、干基、6%O2下反應器入口煙氣流量，m3/h；根據項目單位提供工藝設計資料，單臺鍋爐煙道煙氣流量為490000 Nm3/h。

CNOx——反應器入口NOx的濃度（按NO2折算），mg/m3，根據項目可行性研究報告，入口NOx濃度為400 mg/Nm3；

MNO2——NO2的摩爾質量，g/mol，NO2的摩爾質量為46 g/mol；

MNH3——NH3的摩爾質量，g/mol，NH3的摩爾質量為17 g/mol；

n—氨氫摩爾比；

CslipNH3—折算到標準狀態下氨逃逸濃度，mg/m3，根據項目可行性研究報告，氨逃逸率為5 ppm（5 L/L），折3.855 mg/Nm3；

η—脫硝效率，根據項目可行性研究報告采用LNB+SNCR/SCR方式，該段平均效率設計為75%。

通過上式計算單臺爐消耗56.188kg/h，則3臺爐的合計消耗為168.56 kg/h，考慮到液氨品質，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 計算還原劑消耗能量

按照通常狀態下，液氨儲存在儲罐中，常溫條件，壓力隨著儲量和環境溫度的變化而變化，約在3.0～9.0 MPa。進入液氨蒸發器的液氨溫度為常溫，進口壓力為0.4～1.6 MPa；從液氨蒸發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。取當地常平均溫度10.7℃和40℃的平均值25.35℃，查相關技術資料，25.35℃時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℃時發生的相變吸熱量。根據文獻3，40℃時液氨的汽化熱為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，液氨蒸發過程所需熱量為209264kj/h，考慮到蒸汽使用中的損失，按2%計算，則為213534kJ/h。

3.2 氨水制備還原劑所需能量

本案例中使用經稀釋后的5%氨水利用煙氣余熱氣化生成氨，根據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。

液態水轉化為蒸汽消耗的熱量主要為汽化潛熱，因此，根據標準狀態下水的汽化潛熱值為2257kJ/kg計算，則需要消耗7247227kJ/h。

4 結論

經以計算可以看到，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定控制噴氨的均勻度。

[1]DL/T 296-2011，火電廠煙氣脫硝技術導則[S].

[2]DL/T 260-2012，燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗收試驗規范[S].

[3]化工第四設計院.深冷手冊[M].北京：化學工業出版社，1979.