氨水蒸发器在SCR脱硝装置上的运用

曾连辉

（福建鑫泽环保设备工程有限公司，福州 350002）

氨水蒸发器在SCR脱硝装置上的运用

曾连辉

（福建鑫泽环保设备工程有限公司，福州 350002）

概述了SCR脱硝法中常用的3种还原剂的优缺点，分析并提出了采用氨水作为SCR还原剂的优势；重点介绍了两种氨水蒸发器的原理、流程、控制要点以及在工程项目中的运用情况，并对两种蒸发器进行了简单比较，以供后续项目工艺路线的选择作参考。

选择性催化还原脱硝法；还原剂；氨水蒸汽蒸发器；氨水热风蒸发器

1 概述

选择性催化还原法脱硝技术，即SCR法脱硝技术，作为当前烟气脱硝市场中主流的脱硝技术，具有脱硝效率高、NOx排放浓度低、氨逃逸浓度低、装置运行成熟、稳定等特点，在日益严格的环保标准下，具有极大的市场空间。在SCR法工艺路线选择中，最关键的是要根据具体的项目要求确定合适的还原剂。

2 SCR脱硝还原剂的选择

SCR法常用的脱硝还原剂有液氨、尿素和氨水。

若采用液氨作为脱硝系统的还原剂，则优点是脱硝系统储罐容积可以较小，还原剂价格也最便宜；缺点是氨气有毒、易燃、易爆，储存的安全防护要求高，需要经相关消防、安监及质监等部门审批才能大量储存和使用；另外，若涉及重大危险源，每年需定期检验、评估。

若采用氨水作为脱硝系统的还原剂，氨水有刺激气味，易挥发和具弱碱性，有一定的操作安全要求，且还原剂综合单价比液氨高，但储存、处理、输送比液氨简单。

若采用尿素作为脱硝系统的还原剂，因尿素不易燃烧和爆炸，无色无味，运输、储存、使用比较简单安全；但是其综合单价比氨水高，且需要采用专用的尿素热解或尿素水解装置，一次投资费用较高。

通过以上分析，采用氨水作为SCR脱硝还原剂，具有一定优势，既可避免使用安全风险较大的液氨，也可以避免采用一次投资较大、运行成本较高的尿素。而无论采用氨水、液氨或尿素作为SCR还原剂，均需要将其转化为氨气，再进入SCR反应器内进行脱硝反应。氨水转化为氨气的关键设备就是氨水蒸发器，以下着重介绍了两种氨水蒸发器的原理、流程、控制要点以及在具体工程项目中的运用情况。

3 氨水蒸发器选用

氨水蒸发一般采用全蒸发的方式，热源一般有两种，一种蒸汽，另一种锅炉二次热风。

3.1 氨水蒸汽蒸发器

通过一定压力的饱和蒸汽，将20%的氨水蒸发成氨气/水蒸汽的混合气，再将该混合气氨浓度稀释至5%（v%）以下，通过喷氨格栅进入SCR反应器进行脱硝反应。主要工艺流程见图1。

氨水蒸发器通过低压饱和蒸汽冷凝释放潜热对氨水进行加热蒸发，蒸汽通过管道进入蒸发器壳程，冷凝、放热、降温，与管程内的氨水进行换热，氨水吸热、升温、蒸发，变成氨气混合气，出蒸发器后送至SCR反应器，蒸汽冷凝水经过疏水后排放。

图1 氨水蒸汽蒸发器主要工艺流程

氨水蒸汽蒸发器本体：设计有下部蒸发器区和上部缓冲区，蒸发器区完成氨水换热、蒸发，内部设置有列管式换热管；缓冲区对氨气混合气起到稳压、缓冲作用，并对冷凝液进行导流回收。

主要控制点：蒸发器出口氨气混合气压力、温度，蒸发器氨水液位、氨水温度、压力等。调节进口低压饱和蒸汽的投加量，控制出口氨气混合气压力及温度；调节进口氨水投加量，控制蒸发器内氨水液位恒定，保证蒸发器有足够的蒸发面积。

运用实例：安徽金源热电有限公司2×220t/h煤粉锅炉烟气脱硝工程，设计烟气量28万Nm3/h（标干），初始NOx浓度650mg/Nm3（标干，以NO2计），要求脱硝效率≥85%，NOx排放浓度≤100mg/Nm3（标干，以NO2计），氨逃逸率≤2.5mg/Nm3，SO2氧化成SO3的转化率控制在1%以内，年运行8000小时。采用SCR脱硝工艺2层催化剂布置，不设备用层，SCR反应器采用独立钢架支撑，布置在锅炉高温省煤器与高温空预器之间。

该工程共设计2台氨水蒸汽蒸发器，1用1备，单台蒸发器供2台SCR反应器使用，采用母管制供应。

单台蒸发器的主要设计参数：蒸发量（20%氨水）700kg/h，全蒸发；进氨压力0.4MPa；进氨温度为常温；出氨气/水蒸汽混合气压力0.2MPa；出氨气/水蒸汽混合气温度＞125℃（饱和温度）；加热蒸汽0.5MPa，152℃饱和蒸汽；低压电源380V/220V，50Hz；仪表用电DC24V，AC220V。

工程投入稳定运行后，蒸发器缓冲区压力控制在0.2MPa左右，温度在123℃，2#锅炉氨/空气混合器前氨气压力0.159MPa，温度115.9℃，当锅炉满负荷运行时，NOx初始浓度753mg/Nm3，排放NOx浓度74mg/Nm3，脱硝效率90.1%，氨消耗量351kg/h（以20%氨水计），各项指标均达到或优于设计值，运行情况良好。

3.2 氨水热风蒸发器

引出锅炉上级空预器后二次热风，温度约在150℃～350℃（视不同锅炉而定），增压至7～9kPa，进入氨水热风蒸发器，氨水通过双流体喷枪，喷射进入氨水热风蒸发器雾化，与热风混合、蒸发，蒸发后输送至SCR反应器进行脱硝反应。工艺流程示意图见图2。

图2 氨水热风蒸发器工艺流程示意图

该蒸发器系统主要包括氨水的计量分配、氨水喷射雾化、蒸发器本体、热风加压系统等，首先20%氨水由罐区通过氨水输送泵送至氨水计量分配模块，经过计量调配后进入氨喷射系统，经压缩空气雾化、喷射进入氨蒸发器本体，与增压后的热风，在蒸发器内混合、蒸发，变成氨气/空气/水蒸汽的混合气送至SCR反应器。

主要控制点：氨水流量、氨水喷射压力、压缩空气喷射压力、进口热风流量、进口热风压力、进口热风温度、出口热风温度、出口热风压力等。

运用实例：福建三明青山纸业股份有限公司110t/h煤粉锅炉烟气脱硝工程，设计烟气量14.5万Nm3/h（标干），初始NOx浓度900mg/Nm3（标干，以NO2计），要求脱硝效率≥90%，NOx排放浓度≤100mg/Nm3（标干，以NO2计），氨逃逸率≤3ppm，SO2氧化成SO3的转化率小于1%，年运行8000小时。采用SCR脱硝工艺，“2+1”层催化剂布置，SCR反应器采用独立钢架支撑，布置在锅炉上级空预器与下级省煤器之间。

该工程共设计1台氨水热风蒸发器，对应1台SCR反应器。蒸发器主要设计参数为：蒸发量（20%氨水）：250kg/h，全蒸发；氨喷射压力0.3～0.4MPa；雾化空气压力0.3～0.4MPa；氨温度为常温；进口热风温度340℃；进口热风压力9kPa（加压后）；进口热风流量1500Nm3/h；出口氨气/空气/水蒸汽混合气温度：67℃～70℃；出口氨气/空气/水蒸汽混合气压力7～8kPa。蒸发器投入运行后，各项指标均达到或优于设计值，运行情况稳定良好。

4 氨水蒸发器比较

对两种氨水蒸发器设计选型及实际运用的简单比较，见下表。

通过下表比较可以看出，采用氨水蒸汽蒸发器不受锅炉二次风的限制，但其一次投资和运行成本相对较高，且涉及氨气混合气的输送。而采用氨水热风蒸发器需考虑锅炉二次风的余量和温度，可能会对锅炉的正常使用造成影响。涉及具体项目的选型，需对上述要点进行具体分析，最终确定合理的蒸发型式。

5 总结

两种氨水蒸发器，即氨水蒸汽蒸发器和氨水热风蒸发器，均有实际工程运用，通过对运用情况及设计选型的分析，两种蒸发器的适应条件不同，需综合考虑一次投资、运行成本、对锅炉的影响等，做出合理的判断分析，最终确定理想的蒸发型式。

Application of Ammonia Evaporator in SCR Denitrifcation Device

ZENG Lian-hui
(Fujian Xinze Environmental Protection Equipment and Engineering Co., Ltd, Fuzhou 350002, China)

The paper summarizes the advantages and disadvantages of three kinds of reducing agent in SCR denitration process, analyzes and proposes the advantages by taking ammonia as SCR reducing agent. Then, the paper introduces the principle, process, and control points of two kinds of ammonia evaporator, and the application situation in the specifc engineering project, and makes a simple comparison between the two types of evaporator.

SCR; reducing agent; evaporator of ammonia steam; evaporator of ammonia hot wind

两种氨水蒸发器的设计选型及实际运用比较表

X701

A

1006-5377（2017）01-0049-03