氨水與尿素脫硝還原劑性能對比及分析

劉建國

摘 要：循環流化床是一種清潔燃燒技術，循環流化床鍋爐由于其自身燃燒溫度低，分級、分段燃燒等特點，燃料在燃燒過程中生成的NOX的量較少，因此循環流化床機組一般采用SNCR脫硝技術、低氮燃燒技術來解決NOx超低排放問題。本文對SNCR脫硝技術的還原劑（氨水、尿素）在性能及經濟性等方面的試驗對比，分析了尿素相比與氨水對NOx控制更加容易和經濟、安全的結果。

關鍵詞：CFB 鍋爐;煙氣脫硝;還原劑;對比試驗

1.機組簡介

某電廠2*300MW循環流化床鍋爐型號為SG-1060/17.5-M802，亞臨界中間再熱、單汽包自然循環、平衡通風、循環流化床鍋爐。鍋爐主要由單爐膛、四臺高溫絕熱式旋風分離器、四臺U型返料器、四臺外置式換熱器、尾部對流煙道等部分組成。采用島式布置、全鋼構架、緊身封閉、支吊結合的固定方式。

2.脫硝還原劑試驗性能對比試驗背景

2018年7月30日山西省《燃煤電廠大氣污染物排放標準》（DB14/T1703—2018）發布執行，該標準主要包括煙塵、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物、煙氣黑度5項控制指標，排放限值分別為5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3、0.03mg/m3和1級，面對史上最嚴排放標準，如何在滿足鍋爐煙氣污染物長期穩定連續超低排放的基礎減少脫硝運行費用成為急需解決的現實問題。 ? ? 目前鍋爐采用25%質量濃度的氨水作為脫硝還原劑。隨著國家對安全生產的要求和危險源的控制越來越嚴格，考慮氨水在運輸、存儲、使用過程中如果措施不當或者設備損壞等意外因素容易引發安全環保事故，所以從安全性角度考慮尿素作為還原劑替代氨水是大勢所趨，但使用尿素的經濟性還需要進一步試驗論證。因而在現有設備的基礎上使用尿素進行脫硝還原劑性能對比試驗。

3. #4/#3爐脫硝還原劑性能對比試驗過程及數據分析

3.1 #4爐脫硝還原劑性能對比試驗過程及數據分析

此次試驗過程中，主要以SNCR為主，SCR輔助噴射系統不投運的情況下進行。#4爐氨水和尿素溶液脫硝試驗各持續17h，通過調閱DCS數據和曲線（圖2）得出以下結論：

1）#4爐17日0時到17時，17小時用量約28噸25%氨水溶液，平均小時用量約1.64噸。#4爐18日0時到17時，17小時用量約8噸20%尿素溶液，平均小時用量約0.47噸。

2）#4爐使用尿素溶液作為脫硝還原劑投運區間，NOX排放指標易于控制且指標大幅降低，還原劑用量大幅度減少。所用還原劑不一樣，所呈現的各項指標大有不同。

3.2 #3爐脫硝還原劑性能對比試驗過程及數據分析

#3爐同樣用氨水和尿素溶液脫硝試驗各持續17h，通過調閱DCS數據和曲線（圖3）得出以下結論：

1）#3爐18日0時到20時，20小時用量約13噸25%氨水溶液，平均小時用量約0.65噸。#3爐19日0時到15時，15小時用量約5.5噸20%尿素溶液，平均小時用量約0.37噸。

2）#3爐同樣使用氨水和尿素溶液作為脫硝還原劑投運區間，NOX排放指標易于控制且指標大幅降低，還原劑用量大幅度減少。

3.3 #4爐低負荷段脫硝還原劑性能對比試驗過程及數據分析

#4爐低負荷170MW時用尿素和氨水溶液脫硝試驗，通過調閱DCS數據和曲線（圖4）得出以下結論：

1）18日4時40分出現時，所投的是20%尿素溶液，氧量達到7.5%左右，NOX排放約35mg/m3左右，流量為0.3噸左右，能平穩控制，未出現NOX大幅波動現象。19日0時20分出現時，所投的是25%氨水溶液，氧量維持在5.5%左右，NOX排放約48mg/m3左右，流量為1.6噸左右，不易控制，出現NOX大幅波動現象。

同樣負荷，使用還原劑不一樣，兩者用量明顯偏差，指標反應也明顯，所呈現的指標大有不同。

3.4 #3爐高負荷時段脫硝還原劑性能對比試驗過程及數據分析

#3爐負荷在300MW的情況下，兩種還原劑所呈現出不同的NOX指標排放情況，通過調閱DCS數據和曲線（圖5）得出以下結論：

1）投入25%氨水的狀況下，氨水用量在1.5噸左右，維持NOX在40mg/m3運行。投入20%尿素的情況下，尿素用量明顯下降，平均在0.7噸左右，維持NOX在40mg/m3運行。

2）#3爐高負荷情況下同樣使用氨水和尿素溶液作為脫硝還原劑投運區間，NOX排放指標控制在同等水平下，兩種還原劑用量大不相同，偏差明顯。

3.5 #3爐使用尿素與#4爐使用氨水作為還原劑對比試驗結果分析

#3、#4爐分別采用質量濃度為20%的尿素溶液和質量濃度為25%的氨水溶液作為還原劑進行脫硝性能對比試驗，試驗結果如下：

4.結論與建議

1.通過試驗驗證出尿素揮發性小于氨水，噴射到分離器內的距離要高于氨水溶液，能更好的擴散和混合。再加上爐膛出口溫度正好處于900℃左右是尿素的最佳反應溫度區間，最終造成尿素溶液使用量小。

2.尿素替代氨水作為脫硝還原劑后，排放煙氣中NOX的含量對于尿素溶液流量的增減表現的較為敏感，出口NOX的指標易于控制，能將排放煙氣中的NOX穩定的控制在超低排放標準以下，同時指標超標次數明顯減少。

3.尿素替代氨水作為脫硝還原劑后，脫硝成本下降約50%。脫硝效率提高，氨逃逸率降低，生成的硫酸氫氨的量也降低，避免造成空氣預熱器堵灰，機組運行的安全性提高。

4.氨水溶液在運輸以及在儲備使用管理上安全要求較高，存在一定的危險性，而尿素便于運輸與儲存，且揮發性比氨水小， 對大型爐膛的穿透性好， 混合程度也比較高，因此從經濟性和安全性綜合考慮，利用尿素替代氨水溶液作為還原劑是較好的選擇。

參考文獻

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[2]楊玉環、侯致福.1060T/H CFB 鍋爐SNCR + SCR 聯合脫硝工藝設計[J].電力科學與工程，2016，32（2）：61 - 65.

[3]衣賀昌，江來，宋寧.SNCR脫硝工程采用尿素和氨水為還原劑的比較研究[J].電站系統工程，2018，34（02）：80+82.