燃煤电厂脱硝还原剂选择原则及用量计算

2014-03-24祝业青薛建明李忠华

电力科技与环保 2014年1期

祝业青，柏源，薛建明，李忠华

(1.国电环境保护研究院，江苏南京 210031；2.华北电力大学工商管理学院，北京 102206)

随着《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)[1]、《环境空气质量标准》(GB3095-2012)[2]、《重点区域大气污染防治“十二五”规划》[3]、《大气污染防治行动计划》[4]等修订和实施，控制燃煤电厂NOx的排放已成为电力工业“十二五”环境保护工作的重中之重。基于燃煤电厂脱硝技术还原剂选择原则，对不同还原剂方案进行综合比较；重点对还原剂用量计算方法进行了综述。

1 还原剂的选择原则[5]

1.1 不同还原剂方案比较

燃煤电厂脱硝技术所用还原剂一般分为液氨、氨水、尿素[6-8]。氨水方案：通过蒸发后形成气态NH3和气态H2O，浓度一般为18%～30%，由于其浓度低，在运输、储存、蒸发等环节额外耗能过高。

液氨方案：利用纯液氨直接蒸发制氨，其特点是系统简单，造价低；但是氨为有毒性危险品，且存在爆炸的可能性，按照国家对《重大危险源辨识》(GB18218-2009)规定，生产场所有超过10t的氨属于重大危险源，另外制氨车间占地大，安全距离要求大，对电厂总平布置要求较高。

尿素方案[7]：分为尿素水解和尿素热解，利用水蒸汽或燃油加热热风将尿素溶液分解为氨气。热解的优点是安全性提高，较水解腐蚀性小，响应速度快；缺点是初期投资大，运行费用非常高。

还原剂选择需要综合考虑材料的安全性以及经济性是否技术成熟可靠等，同时结合工程项目的占地面积、原料方便运输及供应渠道等因素择优选取。在重视初期投资的项目中，一般采用液氨方式制氨，在重视安全性或场地不具备条件的项目中，一般采用尿素制氨。

1.2 制氨系统需要注意的问题

(1)制氨系统应能连续、稳定地供应脱硝运行所需要的氨流量，并满足负荷波动对氨供应量调整的响应要求。

(2)液氨及氨水的运输、卸料、储存及制备应符合《危险化学品安全管理条例》、《危险化学品生产储存建设项目安全审查办法》和《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2009) 的相关规定。

2 还原剂用量的计算[9-10]

在脱硝系统中，发生脱硝还原反应的位置在炉膛出口处和炉膛内，烟气中实际的NOx成分仍然是NO约95%，NO2约占总体积的5%，而在计算还原剂耗量时的锅炉NOx排放的边界条件是以NO2的质量浓度为基准的，因此可按下式计算出炉膛出口烟气的NO和NO2含量：

(1)

CNO2=CNOx×0.05

(2)

式中：CNOx、CNO、CNO2分别为烟气中NOx、NO、NO2浓度，mg/m3(标准状态值)。

2.1 SCR工艺中还原剂的计算

根据SCR的化学反应式，1mol的NO与1mol的NH3反应，1mol的NO2与2mol的NH3反应：

×NSRm

(3)

(4)

式中：WNH3为NH3耗量/kg·h；Qy为反应器进口的烟气流量，m3·h；C'NO反应器进口烟气中NO浓度，mg/m3；C'NO2反应器进口烟气中NO2浓度，mg·m3；NSRm氨和氮的当量mol比；ηNOx实际脱硝效率，%；rNH3氨的逃逸率，μL/L。

尿素通过热解或水解生成氨气。其计算式为：

(5)

式中：W尿素然为纯尿素的耗量，kg/h；η尿素为尿素热解或水解的转化率，%。氨水耗量计算式：

(6)

式中：C氨水为氨水的浓度，一般商业运用中这个比例为18%～30%。

2.2 SNCR工艺中还原剂的计算

SNCR技术一般采用尿素作为还原剂。尿素喷入炉内与NO进行选择性反应，即：

(7)

式中：W尿素为尿素耗量，kg/h；C'NO为脱硝系统未投运时，锅炉NO排放浓度，mg/m3；NSRn为尿素和氮的当量mol比。

影响NSRn的主要因素有NO的脱硝效率、烟气中NOx浓度、NOx还原反应温度和停留时间、炉内NH3与烟气的混合程度、允许的氨逃逸率、还原剂与其他非NO物质的反应程度。脱硝率和NSRn的增长呈指数关系，当NSR大于2.0，脱硝效率的增加很少了。一般情况下，当脱硝效率25%，NSRn取0.8；当脱硝效率35%，NSRn取1.25；当脱硝效率45%，NSRn取2.0。