氨水蒸發器在SCR脫硝裝置上的運用

曾連輝

（福建鑫澤環保設備工程有限公司，福州 350002）

氨水蒸發器在SCR脫硝裝置上的運用

曾連輝

（福建鑫澤環保設備工程有限公司，福州 350002）

概述了SCR脫硝法中常用的3種還原劑的優缺點，分析并提出了采用氨水作為SCR還原劑的優勢；重點介紹了兩種氨水蒸發器的原理、流程、控制要點以及在工程項目中的運用情況，并對兩種蒸發器進行了簡單比較，以供后續項目工藝路線的選擇作參考。

選擇性催化還原脫硝法；還原劑；氨水蒸汽蒸發器；氨水熱風蒸發器

1 概述

選擇性催化還原法脫硝技術，即SCR法脫硝技術，作為當前煙氣脫硝市場中主流的脫硝技術，具有脫硝效率高、NOx排放濃度低、氨逃逸濃度低、裝置運行成熟、穩定等特點，在日益嚴格的環保標準下，具有極大的市場空間。在SCR法工藝路線選擇中，最關鍵的是要根據具體的項目要求確定合適的還原劑。

2 SCR脫硝還原劑的選擇

SCR法常用的脫硝還原劑有液氨、尿素和氨水。

若采用液氨作為脫硝系統的還原劑，則優點是脫硝系統儲罐容積可以較小，還原劑價格也最便宜；缺點是氨氣有毒、易燃、易爆，儲存的安全防護要求高，需要經相關消防、安監及質監等部門審批才能大量儲存和使用；另外，若涉及重大危險源，每年需定期檢驗、評估。

若采用氨水作為脫硝系統的還原劑，氨水有刺激氣味，易揮發和具弱堿性，有一定的操作安全要求，且還原劑綜合單價比液氨高，但儲存、處理、輸送比液氨簡單。

若采用尿素作為脫硝系統的還原劑，因尿素不易燃燒和爆炸，無色無味，運輸、儲存、使用比較簡單安全；但是其綜合單價比氨水高，且需要采用專用的尿素熱解或尿素水解裝置，一次投資費用較高。

通過以上分析，采用氨水作為SCR脫硝還原劑，具有一定優勢，既可避免使用安全風險較大的液氨，也可以避免采用一次投資較大、運行成本較高的尿素。而無論采用氨水、液氨或尿素作為SCR還原劑，均需要將其轉化為氨氣，再進入SCR反應器內進行脫硝反應。氨水轉化為氨氣的關鍵設備就是氨水蒸發器，以下著重介紹了兩種氨水蒸發器的原理、流程、控制要點以及在具體工程項目中的運用情況。

3 氨水蒸發器選用

氨水蒸發一般采用全蒸發的方式，熱源一般有兩種，一種蒸汽，另一種鍋爐二次熱風。

3.1 氨水蒸汽蒸發器

通過一定壓力的飽和蒸汽，將20%的氨水蒸發成氨氣/水蒸汽的混合氣，再將該混合氣氨濃度稀釋至5%（v%）以下，通過噴氨格柵進入SCR反應器進行脫硝反應。主要工藝流程見圖1。

氨水蒸發器通過低壓飽和蒸汽冷凝釋放潛熱對氨水進行加熱蒸發，蒸汽通過管道進入蒸發器殼程，冷凝、放熱、降溫，與管程內的氨水進行換熱，氨水吸熱、升溫、蒸發，變成氨氣混合氣，出蒸發器后送至SCR反應器，蒸汽冷凝水經過疏水后排放。

圖1 氨水蒸汽蒸發器主要工藝流程

氨水蒸汽蒸發器本體：設計有下部蒸發器區和上部緩沖區，蒸發器區完成氨水換熱、蒸發，內部設置有列管式換熱管；緩沖區對氨氣混合氣起到穩壓、緩沖作用，并對冷凝液進行導流回收。

主要控制點：蒸發器出口氨氣混合氣壓力、溫度，蒸發器氨水液位、氨水溫度、壓力等。調節進口低壓飽和蒸汽的投加量，控制出口氨氣混合氣壓力及溫度；調節進口氨水投加量，控制蒸發器內氨水液位恒定，保證蒸發器有足夠的蒸發面積。

運用實例：安徽金源熱電有限公司2×220t/h煤粉鍋爐煙氣脫硝工程，設計煙氣量28萬Nm3/h（標干），初始NOx濃度650mg/Nm3（標干，以NO2計），要求脫硝效率≥85%，NOx排放濃度≤100mg/Nm3（標干，以NO2計），氨逃逸率≤2.5mg/Nm3，SO2氧化成SO3的轉化率控制在1%以內，年運行8000小時。采用SCR脫硝工藝2層催化劑布置，不設備用層，SCR反應器采用獨立鋼架支撐，布置在鍋爐高溫省煤器與高溫空預器之間。

該工程共設計2臺氨水蒸汽蒸發器，1用1備，單臺蒸發器供2臺SCR反應器使用，采用母管制供應。

單臺蒸發器的主要設計參數：蒸發量（20%氨水）700kg/h，全蒸發；進氨壓力0.4MPa；進氨溫度為常溫；出氨氣/水蒸汽混合氣壓力0.2MPa；出氨氣/水蒸汽混合氣溫度＞125℃（飽和溫度）；加熱蒸汽0.5MPa，152℃飽和蒸汽；低壓電源380V/220V，50Hz；儀表用電DC24V，AC220V。

工程投入穩定運行后，蒸發器緩沖區壓力控制在0.2MPa左右，溫度在123℃，2#鍋爐氨/空氣混合器前氨氣壓力0.159MPa，溫度115.9℃，當鍋爐滿負荷運行時，NOx初始濃度753mg/Nm3，排放NOx濃度74mg/Nm3，脫硝效率90.1%，氨消耗量351kg/h（以20%氨水計），各項指標均達到或優于設計值，運行情況良好。

3.2 氨水熱風蒸發器

引出鍋爐上級空預器后二次熱風，溫度約在150℃～350℃（視不同鍋爐而定），增壓至7～9kPa，進入氨水熱風蒸發器，氨水通過雙流體噴槍，噴射進入氨水熱風蒸發器霧化，與熱風混合、蒸發，蒸發后輸送至SCR反應器進行脫硝反應。工藝流程示意圖見圖2。

圖2 氨水熱風蒸發器工藝流程示意圖

該蒸發器系統主要包括氨水的計量分配、氨水噴射霧化、蒸發器本體、熱風加壓系統等，首先20%氨水由罐區通過氨水輸送泵送至氨水計量分配模塊，經過計量調配后進入氨噴射系統，經壓縮空氣霧化、噴射進入氨蒸發器本體，與增壓后的熱風，在蒸發器內混合、蒸發，變成氨氣/空氣/水蒸汽的混合氣送至SCR反應器。

主要控制點：氨水流量、氨水噴射壓力、壓縮空氣噴射壓力、進口熱風流量、進口熱風壓力、進口熱風溫度、出口熱風溫度、出口熱風壓力等。

運用實例：福建三明青山紙業股份有限公司110t/h煤粉鍋爐煙氣脫硝工程，設計煙氣量14.5萬Nm3/h（標干），初始NOx濃度900mg/Nm3（標干，以NO2計），要求脫硝效率≥90%，NOx排放濃度≤100mg/Nm3（標干，以NO2計），氨逃逸率≤3ppm，SO2氧化成SO3的轉化率小于1%，年運行8000小時。采用SCR脫硝工藝，“2+1”層催化劑布置，SCR反應器采用獨立鋼架支撐，布置在鍋爐上級空預器與下級省煤器之間。

該工程共設計1臺氨水熱風蒸發器，對應1臺SCR反應器。蒸發器主要設計參數為：蒸發量（20%氨水）：250kg/h，全蒸發；氨噴射壓力0.3～0.4MPa；霧化空氣壓力0.3～0.4MPa；氨溫度為常溫；進口熱風溫度340℃；進口熱風壓力9kPa（加壓后）；進口熱風流量1500Nm3/h；出口氨氣/空氣/水蒸汽混合氣溫度：67℃～70℃；出口氨氣/空氣/水蒸汽混合氣壓力7～8kPa。蒸發器投入運行后，各項指標均達到或優于設計值，運行情況穩定良好。

4 氨水蒸發器比較

對兩種氨水蒸發器設計選型及實際運用的簡單比較，見下表。

通過下表比較可以看出，采用氨水蒸汽蒸發器不受鍋爐二次風的限制，但其一次投資和運行成本相對較高，且涉及氨氣混合氣的輸送。而采用氨水熱風蒸發器需考慮鍋爐二次風的余量和溫度，可能會對鍋爐的正常使用造成影響。涉及具體項目的選型，需對上述要點進行具體分析，最終確定合理的蒸發型式。

5 總結

兩種氨水蒸發器，即氨水蒸汽蒸發器和氨水熱風蒸發器，均有實際工程運用，通過對運用情況及設計選型的分析，兩種蒸發器的適應條件不同，需綜合考慮一次投資、運行成本、對鍋爐的影響等，做出合理的判斷分析，最終確定理想的蒸發型式。

Application of Ammonia Evaporator in SCR Denitrifcation Device

ZENG Lian-hui
(Fujian Xinze Environmental Protection Equipment and Engineering Co., Ltd, Fuzhou 350002, China)

The paper summarizes the advantages and disadvantages of three kinds of reducing agent in SCR denitration process, analyzes and proposes the advantages by taking ammonia as SCR reducing agent. Then, the paper introduces the principle, process, and control points of two kinds of ammonia evaporator, and the application situation in the specifc engineering project, and makes a simple comparison between the two types of evaporator.

SCR; reducing agent; evaporator of ammonia steam; evaporator of ammonia hot wind

兩種氨水蒸發器的設計選型及實際運用比較表

X701

A

1006-5377（2017）01-0049-03