燃煤电站SNCR脱硝系统喷射还原剂介质对锅炉效率的影响

段传和，夏怀祥，谷小兵

(中国大唐集团科技工程有限公司，北京 100097)

燃煤电站SNCR脱硝系统喷射还原剂介质对锅炉效率的影响

段传和，夏怀祥，谷小兵

(中国大唐集团科技工程有限公司，北京 100097)

以燃煤电厂1台600MW机组配套SNCR脱硝系统为例，分别介绍了采用尿素、液氨为SNCR脱硝还原剂时，各还原剂的喷入量对锅炉效率和燃煤成本的影响。结果发现，以设计煤种Qnet，ar=11766.7kJ/kg计，当浓度5%的尿素溶液喷入时，有1.67%的燃煤发热量被水蒸发所吸收，导致排烟损失增加0.6659%。假设其他损失不变，不计固体尿素的升温、分解热反应等的影响，尿素溶液的喷入对锅炉热效率的影响在0.6659%左右，燃煤成本约增加900多万元/a;在喷入氨空混合气情况下，约0.2%的燃煤发热量被混合气所吸收，导致排烟损失增加0.02%。假设其他损失都不变，不计分解热反应等的影响，混合气的喷入对锅炉的热效率的影响亦即在0.02%左右，燃煤成本约增加30万元/a。从节能的角度看，液氨为还原剂应作为优选。

SNCR脱硝;尿素;液氨;锅炉效率;成本

1 SNCR技术

SNCR技术是在不采用催化剂的情况下，在炉膛内特定的温度区域处均匀喷入氨或尿素等还原剂，还原剂在炉内迅速分解，选择性地把烟气中的NOx还原为N2和H2O，达到脱硝目的的技术。

以氨为还原剂，氨还原NO的化学反应为:

以尿素作为还原剂时，尿素还原NOx的化学反应主要为:

2 SNCR脱硝还原剂消耗量计算

为了准确了解燃煤电站SNCR系统脱硝喷射介质对锅炉效率的影响，下面以某600MW机组SNCR烟气脱硝工程为例，进行介绍说明。

2.1 工艺参数及脱硝还原剂消耗量计算

本期600MW机组SNCR脱硝工程燃煤低位发热量 Qnet，ar=11766.7kJ/kg，要求在锅炉 50% ～100%BMCR负荷范围内，SNCR系统入口NOx浓度不高于400mg/m3(干基，6%O2)时，出口NOx浓度不高于260mg/m3。在燃煤电站SNCR工艺中，由于NO的含量占整个NOx的95%左右，所以本文将按主要反应的方程式(1)、(4)来进行脱硝还原剂(尿素溶液、液氨)消耗量的计算。SNCR系统主要工艺参数及还原剂耗量见表1。

表1 600MW机组SNCR系统主要工艺参数及还原剂耗量

2.2 喷入炉膛的还原剂及其稀释容量计算

为了确保SNCR脱硝系统的安全稳定运行，根据规范的要求，设定喷入炉膛内尿素溶液的浓度为5%(重量)，氨空混合气氨的含量为5%(体积)，则喷入炉膛还原剂容量见表2。

表2 SNCR系统喷入还原剂容量

3 喷入炉膛尿素溶液的排烟热损失

向锅炉内部喷射尿素水溶液，可以降低烟气中的NOx含量，同时也会对锅炉热平衡产生一定的影响。随尿素一起喷入的水在锅炉内吸热汽化，并达到与烟气相同的温度。

实际工程中，尿素溶液温度一般要保持在35℃左右，以免发生结晶堵塞管道和设备。为了便于说明问题，假设尿素溶液在喷入前温度为20℃，即将溶液和输送过程中加热的热量并入到炉内一并考虑，这种假设引起的误差很小。

炉膛内的压力为微负压。根据饱和水与饱和蒸汽热力性质，当压力为0.10MPa时查得汽化潜热为r=2257.6kJ/kg;喷入水温按常温计算t1=20℃，查得20℃时水的液体比焓Hw1=83.86kJ/kg;汽化温度按t2=100℃计算，查得100℃时水的液体比焓为Hw2=419.06kJ/kg，其蒸汽比焓为Hq1=2675.71 kJ/kg。600MW机组SNCR系统喷入尿素溶液吸热份额及排烟烧损见表3。

表3 SNCR喷入尿素溶液吸热份额及排烟烧损

从表3可以看出，喷入尿素溶液时，有1.67%的燃煤发热量被水蒸发所吸收，导致锅炉排烟损失增加0.6659%。假设其他损失都不变，不计固体尿素的升温、分解热反应等的影响，溶液的喷入对锅炉的热效率的影响亦即在0.6659%左右，略高于国家的相关规范。如果喷入尿素溶液的浓度由5%提高到10%，则对锅炉效率的影响将降为0.333%。因此，从提高锅炉效率来说，在保证脱硝效率和系统安全运行的情况下，应尽可能的提高尿素溶液的浓度，以减少炉膛喷入的水量。

4 喷入炉膛氨空混合气的排烟热损失

向锅炉内部喷射低温的氨空混合气，可以降低烟气中的NOx含量，同时也会对锅炉热平衡产生一定的影响。炉膛内的压力为微负压，可以按压力为0.10MPa来进行相关核算。

假设液氨由－20℃经加热气化为20℃饱和蒸汽，与20℃的空气在混合后喷入炉膛，在炉膛内吸热最终达到烟气温度;由化学反应式(4)知，1mol的NH3与1mol的NO反应，生成1mol的N2，根据理想气体摩尔热容和其相关系数可认为喷入还原剂前后，反应去除的NO排烟损失与生成N2的排烟损失相当，计算排烟损失考虑喷入的空气和反应生成的水蒸汽引起的损失即可。SNCR系统喷入氨空混合气吸热份额及排烟烧损见表4。

表4 SNCR喷入氨空混合气吸热份额及排烟烧损

从表4可以看出，在喷入氨空混合气的情况下，约0.2%的燃煤发热量被混合气所吸收，导致锅炉的排烟损失增加0.02%。假设其他损失都不变，不计分解热反应等的影响，混合气的喷入对锅炉的热效率的影响亦即在0.02%左右，远低于国家的相关规范0.5%的要求。因此，从锅炉效率来说，采用液氨为还原剂更为有利。

5 排烟热损失折合发电量成本计算

5.1 尿素溶液喷入增加的成本计算

SNCR工程设计煤种Qnet，ar=11766.7kJ/kg，尿素溶液浓度为5%，喷入尿素溶液锅炉排烟热损失QP=36.84GJ/h，按燃煤成本600元/t估算，年运行时间5000h，则锅炉排烟热损失年增加成本939.2万元。如果尿素溶液浓度调整为10%，则锅炉排烟成本年增加469.6万元。

5.2 氨空混合气喷入增加的成本计算

SNCR工程设计煤种Qnet，ar=11766.7kJ/kg，喷入氨空混合气锅炉排烟热损失QP=1.04GJ/h，按燃煤成本600元/t估算，年运行时间5000h，则锅炉排烟热损失年增加成本26.6万元。

6 结语

采用尿素或液氨作为还原剂，均是为SNCR脱硝系统提供氨气，对于脱硝系统的技术性能没有影响。从计算结果可以看出，SNCR系统采用尿素为还原剂，对锅炉效率影响较大，对于1台600MW的燃煤机组来说，其燃料成本约增加900多万元/a;而液氨为还原剂对锅炉效率影响较小，燃料成本增加约30万元/a。目前，国内尿素还原剂系统本身的年运行费用与液氨系统基本相当，SCR系统采用液氨为还原剂的机组安全运行情况基本较好，积累了不少经验，因此从节能的角度来说，建议采用液氨为还原剂的SNCR工艺。

［1］段传和，夏怀祥.燃煤电站SCR烟气脱硝工程技术［M］.北京:中国电力出版社，2009.

［2］李艳清.选择性非催化还原脱硝技术在燃煤电厂的改造应用［D］.北京:华北电力大学，2007.

［3］张利勇.选择性非催化还原脱硝技术的应用及其运行控制策略［D］.北京:华北电力大学，2008.

［4］HJ 563－2010，火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法［S］.

［5］王文选，赵继海，周建锋，等.600 MW燃煤机组SCR脱硝工程设计特点［J］.电力科技与环保，2010，26(1):49－52.

Influence of SNCR denitrification reducing agent on boiler efficiency in thermal power plants

Taking a 600MW units SNCR engineering of thermal power plant as an example，SNCR de NOxsystem is introduced respectively by using urea，liquid ammonia as reducing agent.The influences of each reducing agent quantity on boiler efficiency effect and cost of coal are discussed.Qnet，ar=11766.7kJ/kg，when the concentration of 5%urea solution is sprayed into，there are 1.67%coal calorific value is absorbed by the evaporation of water，leading to increased 0.6659%flue gas loss.Assuming that other loss are constant，regardless of the temperature，solid urea decomposition heat of reaction and so on，the influence of urea solution on boiler thermal efficiency is about 0.6659%，coal cost increase about 9 million yuan per year.When the ammonia air mixture is sprayed into，about 0.2%of the quantity of coal heat is absorbed by mixed gas，leading to exhaust loss 0.02%.Assuming that other losses are the same，not scoring antipyretic reaction and so on，the influence of ammonia air mixed gas on boiler thermal efficiency is about 0.02%，the cost of coal has an increase of about 300 thousand yuan per year.From the view of energy－saving，using liquid ammonia as the SNCR denitrification reducing agent should be preferred.

SNCR deNOx;urea;liquid ammonia;efficiency;cost

X701.7

B

1674－8069(2012)01－055－03

2011-07-11;

2011-12-26

段传和(1968-)，男，河南罗山人，高级工程师，主要从事燃煤电站环境保护和能源管理技术工作。E－mail duanch@ cdte.com.cn