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氨水蒸发器在SCR脱硝装置上的运用

2017-08-11信息来源 : 中国环保产业
  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。
 

 
  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。
 
  2SCR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、使用比较简单安氨水蒸发器在SCR脱硝装置上的运用全;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。
 

图1氨水蒸汽蒸发器主要工艺流程
 
  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。
 
  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。