氨水與尿素脫硝還原劑性能對比及分析

劉建國

摘 要：循環(huán)流化床是一種清潔燃燒技術(shù)，循環(huán)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(huán)流化床機組一般采用SNCR脫硝技術(shù)、低氮燃燒技術(shù)來解決NOx超低排放問題。本文對SNCR脫硝技術(shù)的還原劑（氨水、尿素）在性能及經(jīng)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(jīng)濟、安全的結(jié)果。

關(guān)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(huán)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(huán)、平衡通風、循環(huán)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(gòu)架、緊身封閉、支吊結(jié)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(fā)布執(zhí)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(wěn)定連續(xù)超低排放的基礎減少脫硝運行費用成為急需解決的現(xiàn)實問題。 ? ? 目前鍋爐采用25%質(zhì)量濃度的氨水作為脫硝還原劑。隨著國家對安全生產(chǎn)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(fā)安全環(huán)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(jīng)濟性還需要進一步試驗論證。因而在現(xiàn)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(shù)據(jù)分析

3.1 #4爐脫硝還原劑性能對比試驗過程及數(shù)據(jù)分析

此次試驗過程中，主要以SNCR為主，SCR輔助噴射系統(tǒng)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(xù)17h，通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線（圖2）得出以下結(jié)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(qū)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(xiàn)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(shù)據(jù)分析

#3爐同樣用氨水和尿素溶液脫硝試驗各持續(xù)17h，通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線（圖3）得出以下結(jié)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(qū)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(shù)據(jù)分析

#4爐低負荷170MW時用尿素和氨水溶液脫硝試驗，通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線（圖4）得出以下結(jié)論：

1）18日4時40分出現(xiàn)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(wěn)控制，未出現(xiàn)NOX大幅波動現(xiàn)象。19日0時20分出現(xiàn)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(xiàn)NOX大幅波動現(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)分析

#3爐負荷在300MW的情況下，兩種還原劑所呈現(xiàn)出不同的NOX指標排放情況，通過調(diào)閱DCS數(shù)據(jù)和曲線（圖5）得出以下結(jié)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(qū)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(jié)果分析

#3、#4爐分別采用質(zhì)量濃度為20%的尿素溶液和質(zhì)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(jié)果如下：

4.結(jié)論與建議

1.通過試驗驗證出尿素揮發(fā)性小于氨水，噴射到分離器內(nèi)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(qū)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(xiàn)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(wěn)定的控制在超低排放標準以下，同時指標超標次數(shù)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(fā)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(jīng)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

[1] DB14/T1703—2018 ? ?燃煤電廠大氣污染物排放標準

[2]楊玉環(huán)、侯致福.1060T/H CFB 鍋爐SNCR + SCR 聯(lián)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(tǒng)工程，2018，34（02）：80+82.