300MW机组SCR法还原剂制备方法比较

300MW机组SCR法还原剂制备方法比较

杨春雨

（大唐环境产业集团股份有限公司北京100097）

摘要：SCR脱硝系统的还原剂有三种：液氨、氨水和尿素。其中最常用的是液氨和尿素。选用尿素作为SCR系统的还原剂，目前国内主要采用尿素热解制氨、尿素水解制氨以及尿素炉内直喷三种方案。从2004年至今，国内火力发电开始脱硝项目，液氨法由于其运行成本低，一直占市场主导地位。安全运行管理日益发展，对于液氨运行安全问题引起所有火电企业管理者的思考。考虑到火电运行人员的非化工专业，火力发电厂地理位置，脱硝技术的发展，各大系统展开脱硝氨区的源头治理工程，即还原剂液氨改尿素整改工程。本文选取典型300MW机组，对液氨方案、尿素热解方案、尿素水解方案、尿素直喷方案四种还原剂制备方法的系统配置、能耗、运行成本进行比较，并对各技术优缺点进行分析，为脱硝技术改造提供参考依据。

关键词：脱硝；SCR；尿素；液氨；水解；热解；直喷

1.引言

在众多的脱硝技术中，选择性催化还原法（SCR）是脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术，目前已成为国内外电站脱硝广泛应用的主流技术。目前，SCR脱硝系统的还原剂有三种：液氨、氨水和尿素[1]。其中最常用的是液氨和尿素。

选用液氨作为还原剂时，液氨的供应由液氨槽车运送，利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入液氨储槽内，储槽输出的液氨在液氨蒸发槽内蒸发为氨气，经氨气缓冲槽送达脱硝系统。氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释槽中，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵送至废水处理厂处理。

选用尿素作为SCR系统的还原剂，目前国内主要采用尿素热解制氨、尿素水解制氨以及尿素炉内直喷三种方案。尿素热解制氨是在热解炉内，通过高温热风对50%质量浓度的尿素溶液进行高温分解，生成氨气、水和二氧化碳的混合气体。尿素催化水解制氨是50%质量浓度的尿素溶液在水解反应器中通过蒸汽加热后产生水解，生成为氨气和二氧化碳的混合气体。尿素炉内直喷技术是利用锅炉转向室替代热解炉等炉区设备，尿素溶液通过安装在锅炉转向室内的特殊的喷射器，直接在锅炉高温烟气中进行加热分解制氨。

从2004年至今，国内火力发电开始脱硝改造项目，液氨法由于其运行成本低，一直占市场主导地位。针对火力发电厂氨区设计、安装、运行安全重点意见在各大电力系统应运而生。考虑到火电运行人员的非化工专业，火力发电厂地理位置，脱硝技术的发展，各大系统展开脱硝氨区的治理工程，即还原剂液氨改尿素整改工程。本文选取典型300MW机组，对比各种还原剂制备方法的系统配置、能耗、运行成本的差异，为技术改造提供参考依据。

2.项目情况

本文选火力发电厂300MW典型机组为例，对比不同还原剂制备方法的设备配置、物耗和运行费用对比分析。300MW机组的烟气量大约为1050000Nm3/h，入口NOx浓度为300mg/Nm3，出口均要求满足超低排放标准50mg/Nm3。计算公式如下[2]：

在满足超低排放要求的前提下，300MW机组单台炉氨耗量为110kg/h，尿素耗量为198kg/h。

影响工程造价主要是两个方面：一是初期投资；二是运行成本。接下来从这两方面对比液氨、尿素热解、尿素水解和炉内直喷四种还原剂制备系统进行比较。3.设备配置对比

整个脱硝系统可以分为还原剂制备区和SCR反应区，不同的还原剂制备系统对应的反应区设备也不相同，下面从这两个区域分别进行对比。

3.1、制备区设备对比

液氨、尿素热解、尿素水解和炉内直喷系统制备区设备见表3-1。液氨方案设备较多，且液氨储罐为压力容器，需要专业的设计和制造资质。液氨方案由于存在氨气泄露的安全隐患，需要完善的冷却水系统、消防水水喷淋稀释系统。尿素方案储备区设备相对较少，与液氨方案比较，安全隐患少。主要的问题是解决尿素溶解过程结晶问题，还有国内尿素商品基本为袋装，拆装溶解手段较为原始，长时间操作对人身体健康有轻微影响[3、4]。

4.运行成本对比

考虑火力发电厂机组配置一般为两台为一个建设单元，故能耗和运行成本以两台机组计算。

4.1能耗对比表

300MW机组还原剂耗量、电耗、水耗、蒸汽耗量、热风耗量、仪用气和占地面积见表4-1。尿素热解方案电耗最高，液氨和炉内直喷方案电耗较少。水耗为液氨最多，但是如果没有泄露事件发生，这些水耗也是没有的。热风和仪用气均接自主厂机组，对于改造项目若前期没有足够余量，需要对原有设备进行改造，改造一次投入建设费用不在比较范围。

表4-1300MW机组能耗对比表

4.2运行成本对比表

300MW机组运行费用见表4-1，表格中数据按两台机组，年运行小时数为4000h。

表4-2300MW机组运行成本对比表

5.结论

液氨作为还原剂具有投资少，运行费用较低的优点，但液氨属于危险化学品，液氨的储存和制备系统在安全、消防和环保方面要求严格，且占地面积大，安全管理费用较高。

尿素热解方案占地面积小，但初投资费用较高，还原剂能耗大，电加热器能耗高，运费维护费用比较高。

尿素催化水解法方案利用电厂低品质蒸汽作为热源，大幅降低运行成本，单位能耗成本仅为热解方案的14%；由于水解取消了高温电加热设备，避免了设备超温隐患，提高了烟气脱硝系统整体可靠性；与液氨法相比，安全和消防风险大大降低；设备布置灵活及运行灵活性高。占地面积偏大，初投资费用较高。

尿素炉内直喷方案，在尿素热解法的基础上，取消了原有的热解炉、电加热器、热风系统和喷氨格栅，消除了尿素结晶而导致的热解炉和喷氨格栅堵塞的问题，系统简单易控制，且运行维护费用较低；当尿素溶液在烟道中雾化效果不好或者备用喷枪存在漏流现象，造成尿素溶液直接滴落在喷枪附近的低温过热器金属受热面上，造成低温过热器受热面腐蚀。目前运行业绩少。

综上，目前还原剂制备方案最大的缺陷为：液氨法中液氨储罐为重大安全隐患，如存在操作和检修维护不当，会出现较大的安全事故；尿素热解方案最大缺点为电耗，这与整个电厂运行降低厂用电率的理念不匹配；尿素水解最大难题为尿素水解速度是否能与机组负荷变化匹配，另外就是水解后的混合气体为氨气、水蒸气和二氧化碳的混合气体，保温不当会存在重新析出的反应，致使供氨管道突然失气；尿素直喷最大的难题在于雾化喷嘴和喷枪布置合理性问题，目前针对此技术国内公司掌握技术还不够成熟。针对于目前电力行业大规模液氨改尿素的工程中，看清各技术先天的短板，考虑自身企业特点、运行水平，选择可以解决或抑制先天短板的方案，一病一治灵活解决各自问题。

参考文献：

[1]杜成章，刘诚.尿素热解和水解技术在锅炉烟气脱硝工程中的应用[J].华北电力技术，2010（6）：39-41.

[2]火力发电厂烟气脱硝设计技术规程.DL/T5480-2013.

[3]中国大唐集团环境技术有限公司.一种应用于SCR脱硝的尿素热解反应器：中国专利，CN202849079U[P].2013-04-03.

[4]大唐环境产业集团股份有限公司.一种双气室加热的尿素催化水解反应器：中国专利，CN205061580U.2016.3.2.