干态氨法SNCR烟气脱硝工艺设计及经济性分析

侯致福，杨玉环

（1.华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京 102206；2.山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036800）

干态氨法SNCR烟气脱硝工艺设计及经济性分析

侯致福1，2，杨玉环2

（1.华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京 102206；2.山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036800）

设计了一套适用于300 MW级CFB锅炉干态氨法SNCR烟气脱硝装置，其处理烟气量为100万Nm3／h，NOx含量为390 mg／Nm3，系统脱硝效率不低于50%，烟气中NOx排放浓度≤195 mg／Nm3。该系统经济性分析结果表明，经济性受氨水市场价格影响较大，在当前氨水价格及脱硝电价补贴条件下，该系统总投资约400万元，年运行费用约1 117.9万元，年综合收益约667.6万元。

干态氨法；选择性非催化还原（SNCR）；脱硝；工艺设计；经济性分析

当前，燃煤产生的大气污染物主要包括SO2、NOx、烟尘等，不仅对人体有害，而且会破坏生态环境。随着环保要求的日益严格化，燃煤电厂烟气中SO2、NOx、烟尘等污染物排放控制备受社会关注［1－4］。

我国于2011年颁布的GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》中对大气污染物排放浓度提出了明确要求，规定了烟气中NOx的排放限值，针对在役CFB机组，要求NOx≤200 mg／Nm3［5］。为积极响应国家政策，各燃煤发电机组均要求对污染物控制系统进行优化升级改造，以确保污染物长期达标排放。

由于CFB锅炉技术本身具有燃烧温度低、分级分段燃烧的特点，被认为是一种清洁燃烧技术，燃煤在CFB锅炉炉内燃烧过程中产生的NOx较少，因此仅通过SNCR脱硝工艺即可使烟气中NOx的排放浓度满足环保要求（小于200 mg／Nm3）。

本文提出了一种适用于300 MW级CFB锅炉的干态氨法SNCR脱硝装置，该脱硝工艺的应用可使NOx达标排放的同时，降低系统投资及存储纯氨的危险性，减少尿素SNCR脱硝系统的复杂性等。同时介绍该脱硝工艺设计参数，对其经济性进行分析，为该系统的工业化应用及推广奠定基础。

1 系统主要设计依据及原理

1.1 主要设计依据

本干态氨法SNCR脱硝系统主要是为脱除300 MW CFB锅炉炉膛内燃料燃烧过程中产生的NOx而设计的。锅炉燃料为采掘矸（包括风氧化煤）及洗煤厂产出的煤矸石和煤泥等，燃料燃烧过程中产生的烟气参数如表1所示。

表1 脱硝烟气参数

1.2 系统工艺原理

该干态氨法SNCR脱硝系统中，还原剂氨水经脱硝泵输送至氨气分离设备，在氨气分离设备内利用吹脱气源与氨水在逆流过程中的吹脱、携带作用，氨水中氨气被气源携带后经风管路输送至CFB锅炉各旋风分离器入口烟道处参加烟气脱硝反应，进而脱除烟气中的氮氧化物。考虑机组特殊工况及燃用煤种的变化，当炉膛出口烟气中NOx含量较高时，可投入SNCR系统，确保烟气中NOx排放浓度≤195 mg／Nm3，装置运行中除逃逸氨外无其它副产物，且氨逃逸率不大于8 mg／Nm3，满足环保排放要求［5－6］。

在800～1 100℃时，氨水作为还原剂还原NOx的反应过程为气—气反应，主要反应如下［7］。

在有氧条件下：

在无氧或缺氧条件下：

1.3 主要设计目标

a.整套系统主体使用寿命不少于30年，系统可用率不低于99%；

b.系统稳定运行过程中脱硝效率不低于50%；

c.系统稳定运行过程中氨逃逸率不高于8 mg／Nm3。

基于该系统的设计目标，系统主要设计参数如表2所示。

表2 系统主要设计参数

2 系统工艺设计

本干态氨法SNCR脱硝系统主要包括还原剂存储系统、还原剂配送系统、还原剂吹脱混合系统、还原剂计量系统、还原剂喷射系统及工艺辅助系统6个部分，系统工艺流程如图1所示。

图1 干态氨法SNCR脱硝工艺流程

a.还原剂存储系统

脱硝系统的还原剂为氨水，购买并汽运至厂区内氨水储区。氨水存储系统为厂内各机组脱硝公用系统，氨水储罐体积为100 m3，罐顶设呼吸阀，可自行调整还原剂储罐内压力。

b.还原剂配送系统

通过1台脱硝泵将还原剂由还原剂储区输送至还原剂吹脱混合区，即氨气分离设备内，同时吹脱气源也通过气源管路输送至氨气分离设备内。

c.还原剂吹脱混合系统

利用氨气分离设备本身的吹脱作用，通过气液逆流过程中气源对液态还原剂的携带作用将氨水中的氨气吹脱至气相，吹脱气源引自厂内机组原有流化风母管，氨气与吹脱气源均匀混合后，利用吹脱气源本身压头送至旋风分离器入口烟道处进行脱硝反应。

d.还原剂计量系统

设计3套计量装置，计量装置1：通过电磁流量计计量原始还原剂的喷射量；计量装置2：通过氨气分离设备后双文丘里风量计计量含氨气源总量；计量装置3：通过氨气分离设备后回流氨水管路上的浓度计监测吹脱后回流氨水的浓度。

e.还原剂喷射系统

4台旋风分离器入口处末端采用喷射、冷却一体化的倾斜式还原剂喷射装置，单台机组设16个喷口，其中每台旋风分离器设4个喷口。

f.工艺辅助系统

因工艺要求需要设置电气、控制及其它公用设施。控制系统主要采用DCS进行集中控制，无需单独安排操作员进行控制与监视，仅在DCS集中监控系统操作员站对系统被控对象及工艺指标进行自动监测及控制。

3 系统经济性分析

该干态氨法SNCR烟气脱硝系统设计稳定运行寿命为30年，系统可用率不低于99%，单台300 MW CFB锅炉机组的投资概算为400万元，年NOx脱除量可达1 072.5 t，机组年利用小时数均考虑5 500 h，经济性分析如表3、表4所示。

表3 原材料消耗及运行成本

表4 投资及综合效益

由经济性分析结果可知，该系统经济效益与原材料消耗量、市场价格及国家脱硝电价补贴政策等息息相关。受氨水价格及政策影响，单台机组年运行成本为1 117.9万元，年综合收益为667.6万元。

4 结论

a.系统最大处理烟气量为1 000 000 Nm3／h，烟气NOx含量为390 mg／Nm3，系统可用率≥99%，脱硝效率≥50%，NOx排放浓度≤195 mg／Nm3，NOx脱除量达1 072.5 t／a。

b.系统主要由还原剂存储、配送、吹脱混合、计量、喷射及工艺辅助系统组成，存储的25%低浓度氨水为初始脱硝反应还原剂，经氨气分离设备分离后的干态氨气为最终脱硝反应还原剂。

c. 系统经济效益与原材料消耗量、市场价格、国家脱硝电价补贴及污染物减排政策密切相关。在当前政策下，单台机组年综合收益为667.6万元，年运行费用为1 117.9万元。

［1］ 曾 光，赵志强，张 戟.循环流化床锅炉NOx排放特性的试验研究［J］.东北电力技术，2012，33（3）：12－14.

［2］ 周国民，赵海军，龚家猷，等.SNCR／SCR联合脱硝技术在410 t／h锅炉上的应用［J］.热力发电，2011，40（3）：58－61.

［3］ 侯剑雄，刘 洋.电厂燃煤锅炉降低NOx排放运行调整［J］.东北电力技术，2015，36（1）：25－29，32.

［4］ 宋大勇，张家维，吴 炬，等.300 MW亚临界锅炉NOx排放量和机组经济性的综合治理［J］.东北电力技术，2013，34（3）：19－22.

［5］ 火电厂大气污染物排放标准：GB 13223—2011［S］.

［6］ 火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法：HJ 56—2010［S］.

［7］ 刘向龙，龚福华，娄小铁，等.锅炉脱硝的原理和技术［J］.湖南工程学院学报，2006，16（1）：80－83.

Process Design and Economic Analysis of SNCR Flue Gas Denitrification Technology with Dry State⁃ammonia

HOU Zhi⁃fu1，2，YANG Yu⁃huan2
（1.School of Energy and Power Engineering，North China Electric Power University，Beijing 102206，China；2.Shanxi Pingshuo Gangue⁃fired Power Generation Co.，Ltd.，Shuozhou，Shanxi 036800，China）

A dry state⁃ammonia SNCR flue gas denitrification device applied to 300 MW CFB boiler is designed，this device can han⁃dle 1 million Nm3／h flue gas and 390 mg／Nm3NOx.Denitration efficiency is more than 50%，NOxemission concentration in flue gas is less than 195 mg／Nm3.Economic analysis results show that the system economy are greatly influenced by market price of ammonia. Total investment of the system is about 4 million yuan，annual operating cost is about 11.179 million yuan，annual comprehensive in⁃come about 6.676 million yuan.

Dry state⁃ammonia；Selective non⁃catalytic reduction（SNCR）；Denitrification；Process design；Economic analysis

X701

A

1004－7913（2016）01－0056－03

侯致福（1986—），男，在职博士，工程师，主要研究方向为循环流化床锅炉机组运行优化、清洁燃烧及污染物控制技术。

2015－10－08）