SCR脱硝液氨改尿素制氨技术经济性研究

文_景杰 丁开瑞

1 北京京能电力股份有限公司 2 山西漳山发电有限责任公司

尿素制氨技术主要包括尿素热解制氨技术、普通尿素水解技术和尿素催化水解制氨技术，其中尿素催化水解制氨技术有运行成本低和系统响应速率快的优点。裴煜坤等人对尿素热解和水解两种制氨方式进行了技术经济比较分析，封琦君对尿素热解和催化水解两种技术进行了经济性分析；但少有关于尿素替代液氨方面的技术经济性研究，缺乏相关的数据支撑和投资运营参数。本文以尿素替代液氨前后各项实际参数为依据，对替代前后进行相关分析。

1 液氨储供系统

液氨系统包括卸氨压缩机、液氨储罐、液氨蒸发器、氨气缓冲罐、氨气稀释槽、废水池、废水泵等储存、制备和供应设备。外购液氨通过液氨槽车运至液氨储罐区，通过往复式卸氨压缩机将液氨储罐中的气氨压缩后送入液氨槽车，利用压差将液氨槽车中的液氨输送到液氨储罐中；液氨经管道输送至氨蒸发器，经氨蒸发器蒸发成气氨后进入氨气缓冲罐内，气氨经氨管道输送至氨空混合器内，与来自稀释风机的空气混合稀释后，经喷氨格栅送入SCR脱硝反应器内。

液氨为无色液体，是强腐蚀性有毒物质、强制冷剂，有强烈的刺激性气味，极易转化为氨气，在-33℃（在标准大气压力）沸腾；液氨蒸汽对皮肤和眼睛有强烈的腐蚀作用，会产生严重疼痛性灼伤，对呼吸道有窒息作用，当氨气在空气中浓度达到0.5%时，吸入5～10min即可使人死亡，属于中度危害的化学物质。气体无水氨与空气混合物的爆炸极限为15%～28%。氨气系统紧急排放的氨气必须排入氨气稀释槽中，不得对空排放，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵送至废水处理站处理。

2 尿素催化水解制氨系统

尿素催化水解技术是在尿素普通水解的基础上的一种较快速制氨技术，反应速度较传统水解法提高约9倍以上。催化剂的主要作用是通过改变反应路径，从而大大加快反应速率，负荷响应速度达10%/min。催化水解技术是基于缩短尿素水解反应时间，降低相关设备造价基础上研发的。

在温度135～160℃、压力约0.4～0.9MPa时，熔融状态的尿素在磷酸盐催化剂的作用下进行快速水解反应，生成NH3、CO2和水蒸气的混合气。其中NH3体积分数为37.5%，反应器出口氨气浓度较高，需要将其稀释至5%后供脱硝系统使用，稀释风为锅炉一次风或加热后的空气。近年来该系统已越来越多地应用于大型机组，安全、稳定，技术成熟先进。

尿素催化水解系统包括尿素溶解罐、尿素溶液储罐、催化水解反应器、尿素溶解泵、尿素输送泵、催化剂箱，催化剂泵，疏水箱、疏水泵、废水池、废水泵、卸料系统、蒸汽系统、电伴热系统等组成。尿素颗粒通过卸货机械或气力输送至尿素溶解罐中，加除盐水溶解配置成50%WT尿素溶液，浓度合格的尿素溶液经尿素溶解泵输送至尿素溶液储罐存放，并维持一定温度，防止尿素溶液结晶；根据氨耗用量，尿素溶液经输送泵送至催化水解反应器，催化剂作用下，尿素溶液发生水解反应生成NH3混合气，管道送至炉区氨气流量计量及调节模块，在氨空混合器NH3混合气经热风稀释后进入SCR脱硝喷氨格栅，尿素催化水解制氨系统见图1。

图1 尿素催化水解制氨系统图

尿素颗粒是无色或白色针状或棒状结晶体，无臭无味，含氮量约为46.5%，熔点132.7℃，易溶于水、醇，呈弱碱性。催化水解反应器定期排污及紧急氨气排放排放至废水池中，稀释后废水经由废水泵送到废水处理站。袋装催化剂倒入催化剂箱，稀释后经催化剂泵送入催化水解反应器，当反应器内催化剂浓度低于10%，催化剂就需重新加注。

3 经济性分析

以电厂600MW机组锅炉脱硝系统分别投运20d的液氨和尿素两个系统来统计脱硝还原剂耗量，液氨储供系统需提供0.6MPa、260℃的加热蒸汽将液氨转化为气氨，系统运行无长期用电负荷；催化水解系统需提供0.6MPa、260℃的加热蒸汽将尿素水解制成氨水解气，系统运行存在长期必备用电负荷，含尿素溶解罐搅拌器、水解反应器、尿素输送泵、减温水增压泵。液氨/尿素投运日耗用量见表1。

表1 液氨/尿素投运日耗用量

投运液氨储供系统，锅炉脱硝系统液氨单耗为0.169kg/t汽；投运尿素催化水解系统，锅炉脱硝系统尿素单耗为0.328kg/t汽。

电厂液氨改尿素制氨后，以液氨储供系统和尿素催化水解系统两个系统相关投资建设，运维费用，液氨、尿素采购价格等为依据，统计两个系统年运营成本。液氨/尿素投资运维见表2。

表2 液氨/尿素投资运维表

单台600MW机组年运行220d，日均负荷率58%，液氨储供系统投运后，年运营成本为502.8万元，尿素催化水解系统投运后，年运营成本818.7万元。尿素催化水解系统总成本（含折旧费）是液氨储供系统系统的1.65倍。

4 结语

尿素催化水解系统建设投资费用高，运行成本高；液氨储供系统建设投资费用低，运行成本低，尿素催化水解系统运营成本是液氨储供系统系统的1.6倍，总成本是液氨储供系统系统的1.65倍。但液氨储供系统危险性很大，存在较多安全不可控因素，尤其是城市近郊电厂，人员相对密集，一旦泄漏危害后果巨大，设备本质安全性差。尿素催化水解系统相对安全性较好，不存在泄漏伤人的风险。燃煤电厂应结合安全性、经济性综合考量脱硝还原剂的选定。