煙氣脫硝系統還原劑由尿素代替液氨環境影響論證分析

韋宏雷

摘 要： 火電廠煙氣脫硝系統主要以液氨作為還原劑，液氨屬于有毒氣體，且易液化，與空氣或氧氣混合后會形成爆炸性混合物。隨著國家對安全和環境保護的日益重視，煙氣脫硝系統還原劑由尿素代替液氨已成為趨勢，尿素替代液氨工藝已經成熟，受到許多氮氧化物產生量大的企業的青睞，不僅可大大降低企業的安全隱患，保障工作人員生命和企業財產安全，還可以降低環境污染風險。

關鍵詞： 液氨 還原劑 氮氧化物 脫硝 環境污染 環境風險

中圖分類號： X773；TQ426文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）05-0055-03

Demonstration Analysis of the Environmental Impact of Replacing Liquid Ammonia with Urea as the Reducing Agent of the Flue Gas Denitration System

WEI Honglei

Guilin Jiahua Environmental Technology Co.， Ltd.， Guilin， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 541004 China

Abstract： The flue gas denitration system in thermal power plants mainly uses liquid ammonia as a reducing agent. Liquid ammonia is toxic gas and easily liquified， and an explosive mixture can be formed by mixing it with air or oxygen. With the increasing attention of the country to safety and environmental protection， it has become a trend to replace liquid ammonia with urea as the reducing agent of the flue gas denitration system. The technology of re‐placing liquid ammonia with urea has been mature and favored by many enterprises with large amounts of nitrogen oxides， which can not only greatly reduce the safety hazards of enterprises to ensure the safety of the staffs lives and enterprises property， but also reduce environmental risks and environmental pollution.

Key Words： Liquid ammonia； Reducing agent； Nitrogen oxides； Denitration； Environmental pollution； Environmental risk

目前，國內針對煙氣脫硝系統還原劑由尿素代替液氨的可行性研究，大多數是從技術、經濟和安全等層面出發，卻忽視了環境保護方面的可行性。本文通過實際案例分析了煙氣脫硝系統還原劑由尿素代替液氨后的環境影響與環境風險，從環境保護角度為煙氣脫硝系統還原劑的選擇提供參考。

1 某電廠脫硝工藝

某電廠煙氣脫硝工藝為選擇性催化還原脫硝工藝[1]，工藝流程和原理如下。

1.1 工藝流程與說明

煙氣在鍋爐省煤器出口處被平均分為兩路，每路煙氣并行進入一個垂直布置的SCR反應器里，即每臺鍋爐配有2個反應器，煙氣經過均流器后進入催化劑層，然后進入空氣預熱器、電除塵器、引風機和脫硫裝置后，排入煙囪。在進入煙氣催化劑前設有氨注入的系統，煙氣與氨氣充分混合后進入催化劑發生反應，脫去NOx（氮氧化物）。SCR脫硝系統工藝流程見圖1。

為降低進入SCR反應器的煙氣含塵濃度，在省煤器出口煙道轉水平的轉彎處加設灰斗[2]。

1.2 工藝原理

上述反應中第一反應是主要的，因為煙氣中95%的NOx是以NO的形式出現的，在沒有催化劑的條件下，這個反應只是在比較狹窄的溫度下進行，通過選用合適的催化劑，降低了反應溫度，可以擴展到適合電廠使用的溫度范圍內。

1.3 尿素制氨原理

2 尿素替代液氨后的環境影響

2.1 尿素替代液氨前后NOx排放情況

根據建設單位的在線監測數據。本項目還原劑變更前3#、4#機組煙囪NOx污染物基準含氧量排放濃度平均值分別為37.76 mg/m3、37.59 mg/m3（選取尿素水解制氨系統投入試運行前2022年整年數據進行計算）。尿素水解制氨系統于2023年3月下半月投入試運行，本項目還原劑變更后三號、四號機組煙囪NOx污染物基準含氧量排放濃度平均值分別為32.51 mg/m3、33.00 mg/m3（選取尿素水解制氨系統投入試運行后4、5、6月在線監測數據進行計算）。本項目還原劑變更前后3#、4#機組NOx排放情況統計表如表1所示，整廠NOx排放情況如表2所示。

2.2 環境影響分析

從表1可知，不管是還原劑變更前還是變更后，NOx排放濃度均達到《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223—2011）NOx允許排放濃度（≤200 mg/m3）要求，但排放濃度略有降低。

根據表2可知，還原劑變更后整廠NOx排放量減少444.297 t/a，NOx排放速率減少80.78 kg/h。還原劑變更為尿素制取氨氣氮氧化物排放濃度、排放總量均有一定幅度的下降，污染程度降低，環境影響更小，更加環保。

3 環境風險分析

脫硝系統還原劑用尿素替代液氨后，實踐證明：在安全穩定運行同時，可降低企業重大危險源數量及環境風險等級[3]。根據《企業突發環境事件風險分級方法》（HJ941—2018），企業突發環境事件風險分級判定見表3。

（1）當Q<1時，以Q0表示，企業直接評為一般環境風險等級；（2）當1≤Q<10時，以Q1表示；（3）當10≤Q< 100時，以Q2表示；（4）當Q≥100時，以Q3表示。

3.1 風險等級

3.1.1 Q值判定

還原劑變更前，某電廠內共設2個貯氨罐，容積2×100 m3，最大貯氨量約2×60 t。還原劑變更后，某電廠氨氣制取的原料尿素和反應產物氨基甲酸銨不屬于危險化學品，但脫硝系統中的氨氣屬于危險化學品。根據《建設項目環境風險評價技術導則》（HJ169—2018）、《企業突發環境事件風險分級方法》（HJ941—2018）判斷。還原劑變更前脫硝區域Q值判定如表4所示。

3.1.2 風險等級判定

還原劑變更前后廠區脫硝區域風險等級變化情況如表5所示。

3.2 環境風險結論

還原劑變更為尿素制取氨氣后，企業突發環境事件由較大環境風險等級降低為一般環境風險等級[4-5]。尿素化學性質相對穩定，毒性低，存儲安全性較高，總體來說尿素制取氨氣比使用液氨更安全，環境風險更容易控制。因此，還原劑由液氨變更為尿素制取氨氣更為合理，環境風險更小。

4 結語

通過上述分析論證，項目將脫硝系統還原劑由液氨變更為尿素制取氨氣，生產運行工藝更加安全，脫硝效率得到提高，廢氣排放濃度達到《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223—2011），污染物氮氧化物排放量減少，對環境的影響減小；脫硝系統還原劑由液氨變更為尿素制取氨氣后有利于減少環境污染，環境風險等級也大大降低，從環保的角度是可行的。

參考文獻

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[3]李秀忠，霍雷霆.火電廠脫硝系統液氨改尿素實施及性能對比[J].東北電力技術，2020，41（9）：16-18，21.

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