氨水在SCR煙氣脫氮技術(shù)中的應(yīng)用

張寶會　李澤杰

(1.河鋼集團礦業(yè)有限公司；2.北京新耀天誠環(huán)保技術(shù)有限責任公司)

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氨水在SCR煙氣脫氮技術(shù)中的應(yīng)用

張寶會1李澤杰2

(1.河鋼集團礦業(yè)有限公司；2.北京新耀天誠環(huán)保技術(shù)有限責任公司)

摘要選擇性煙氣催化還原反應(yīng)(SCR)是當前全世界較為成熟的煙氣脫硝反應(yīng)之一，根據(jù)其反應(yīng)原理，結(jié)合某熱電廠鍋爐改造計劃，初步探討了氨水作為反應(yīng)還原劑的可行性和合理性，并簡單比較了氨水和尿素的建設(shè)運行成本，為煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞氨水SCR還原劑應(yīng)用

據(jù)了解，當前氮氧化合物的排放量已經(jīng)遠遠超過大氣環(huán)境所能承受的限值。過量的氮氧化合物及造成的酸雨現(xiàn)象和溫室效應(yīng)對當前大氣環(huán)境和生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的污染。為此，結(jié)合某熱電有限公司燃煤鍋爐煙氣脫氮工程，對氨水作為還原劑在工程應(yīng)用上的可行性進行了論證。

1項目概況

某單位擬對75 t/h煤粉爐現(xiàn)有煙氣脫氮工程進行改造，鍋爐主要參數(shù)見表1，改造工程技術(shù)要求見表2。

表1　鍋爐的主要參數(shù)

表2　改造工程技術(shù)要求

2選擇性煙氣催化還原反應(yīng)原理及流程

(1)SCR的反應(yīng)原理。選擇性煙氣催化還原反應(yīng)(SCR)是指在高溫和特定催化劑作用下，煙氣中的氮氧化合物跟特定還原劑發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的最終產(chǎn)物為水蒸氣和氮氣[1]。該反應(yīng)中特定還原劑氨有選擇性地與煙氣中的氮氧化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)過程中沒有副產(chǎn)物生成，主要反應(yīng)如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；

6NO+4NH3→5N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O；

2NO2+4NH2+O2→3N2+6H2O

(2)SCR工藝流程。選擇性煙氣催化還原反應(yīng)為目前全世界煙氣脫氮工程采用的主流方法，具體工藝流程為氨在蒸發(fā)槽中通過噴槍頭噴入待處理煙氣中，在高溫條件下，通過催化劑的作用，氨與煙氣中的氮氧化合物在反應(yīng)器中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成N2和H2O[2]，其工藝流程見圖1。

圖1　SCR工藝流程

3氨水作為還原劑在工程應(yīng)用上的論證

在此次煙氣脫硝改造工程中，擬采用20%的氨水作為反應(yīng)中的還原劑[3]，噴氨格柵出口的濃度明顯小于5%，遠遠小于氨水的爆炸極限。該系統(tǒng)改造完成經(jīng)過調(diào)試和長時間運行后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，煙氣處理效果滿足排放要求。系統(tǒng)主要性能參數(shù)見表3。

表3　系統(tǒng)主要性能參數(shù)

由表3可知，氨水作為還原劑處理后煙氣能夠滿足環(huán)保要求，SCR脫氮效率達到了95%，該系統(tǒng)的成功改造證明氨水作為還原劑能夠?qū)崿F(xiàn)很好的煙氣脫硝效果。

4經(jīng)濟性分析

此次改造工程中，為了安全考慮，不選用液氨作為還原劑[4]。為了表明氨水的經(jīng)濟性，就氨水和尿素在運行成本上進行了對比[5]。

(1)氨水的消耗量。氨水作為還原劑的消耗量計算公式如下：

(1)

式中，QNH3為氨水用量，kg/h；ρ為氨水密度，kg/m3；CNH3為氨水濃度，%；MNO2為NO2摩爾質(zhì)量，g/mol；M1為氨水摩爾質(zhì)量，g/mol。

(2)尿素的消耗量。尿素作為還原劑的消耗量計算公式如下：

(2)

式中，Q2為尿素用量，kg/h；M2為尿素摩爾質(zhì)量， g/mol；MNO2為NO2摩爾質(zhì)量，g/mol。

經(jīng)計算，氨水和尿素作為反應(yīng)中還原劑的運行成本見表4。

表4　不同還原劑反應(yīng)運行成本

由表4可知，尿素作為還原劑時，每小時需要溶解水63 m3、耗電104 kW、蒸汽213 m3，而氨水作為還原劑時不需要溶解水、耗電、蒸汽，同時從建筑成本上來說，尿素作為還原劑時，需要將設(shè)備放入屋內(nèi)，氨水則僅僅需要搭設(shè)棚子；綜上所述，氨水作為還原劑時，總體投資和運行成本較低。

5結(jié)語

結(jié)合某熱電有限公司燃煤鍋爐煙氣脫氮工程，提出了用氨水作為SCR脫氮反應(yīng)中的還原劑，經(jīng)過該項目的長期運行，該脫氮反應(yīng)裝置運行穩(wěn)定，氮氧化合物排放濃度控制在30 mg/m3以下，氮氧化合物去除率達到了95%，到達了國家相應(yīng)的環(huán)境保護法要求，同時還分析了氨水在運行成本上的優(yōu)勢。因此，氨水在反應(yīng)性、經(jīng)濟性、安全性上都具有不可比擬的優(yōu)勢，是SCR煙氣脫氮還原劑的最佳選擇。

參考文獻

[1]李曉蕓，蔡小峰.混合SNCR-SCR煙氣脫硝工藝及其應(yīng)用[J].華電技術(shù)，2008，30(3)：22-25.

[2]石磊.燃煤鍋爐SCR法煙氣脫硝技術(shù)[J].鍋爐技術(shù)，2009，40(2)：76-80.

[3]曹志慧.SCR煙氣脫硝技術(shù)[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2015，8(16)：74-77.

[4]李建中，曹志勇.燃煤電廠煙氣脫硝技術(shù)的研究[J].浙江電力，2008(6)：9-12.

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中國五礦2015年實現(xiàn)經(jīng)營總額2 180億元

近日，從中國五礦集團獲悉，中國五礦2015年實現(xiàn)經(jīng)營總額2180．6億元，并在銅、鐵礦石、煤炭等礦產(chǎn)業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全面盈利。作為金屬礦產(chǎn)綜合性企業(yè)，中國五礦2015年商品經(jīng)營總量達到8 400．3萬t，其中，鐵精礦產(chǎn)量683．6萬t，同比增長2．6%；銅產(chǎn)量21．7萬t，創(chuàng)歷史新高；鋼材出口總量333．9萬t。

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此外，抓住深化國企改革、推進國有經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的契機，中國五礦在2015年年末與中冶集團實施戰(zhàn)略重組，這一產(chǎn)業(yè)鏈上下游的“互補式重組”使五礦資產(chǎn)規(guī)模達到7 055億元，有助于提升其資源掌控實力、全產(chǎn)業(yè)鏈綜合服務(wù)協(xié)同能力和國際競爭力。

(收稿日期2016-01-19)

張寶會(1987—)，男，工程師，063700 河北省唐山市灤縣響嘡鎮(zhèn)司家營田興鐵礦711室。