北極星環保網訊:1 前言
某大型化工公司熱電廠配置2臺75t/h 、1臺130t/h、1臺2 4 0 t/ h循環流化床鍋爐，1臺1 2MW汽輪發電機組，為全公司數套化工生產裝置供3種不同規格的蒸汽和部分電力。其中2臺75t/ h、1臺24 0t/ h鍋爐原始排放NOx濃度在20 0～3 50mg/Nm3(幹態，6%氧氣)，1臺130t/ h鍋爐在現有的原始排放NOx濃度500～600mg/Nm3(幹態，6%氧氣)。按照《火電廠大氣汙染物排放標準》(GB13223-2011)規定：自2014年7月1日起，現有火力發電鍋爐及燃氣輪機組，現有循環流化床火力發電鍋爐NOx排放值應控制在200mg/Nm3以內。因此進行鍋爐脫硝技術應用研究，選擇合適的脫硝技術實施改造已迫在眉睫。
2 鍋爐煙氣脫硝及氨水製備技術路線的選擇
2.1 鍋爐煙氣脫硝技術路線的選擇
在鍋爐脫硝技術的選擇上，通過對主要煙氣脫硝工藝技術進行分析、比較、研究，根據不同的脫硝工藝技術特點，結合循環流化床鍋爐NOx排放的具體情況，確定採用適合循環流化床鍋爐的SNCR脫硝技術。SNCR脫硝工藝技術原理是在爐膛或煙道合適溫度(850～1000℃)的位置噴入氨基還原劑(或尿素)，無需催化劑，利用還原劑釋放出的N H 3將煙氣中的NOx還原為無害的N 2和H 2O。因循環流化床鍋爐爐膛溫度較低，在850～9 00℃之間，燃燒生成的氮氧化物主要是燃料氮氧化物，一般在300mg/Nm3左右。循環流化床鍋爐採用SNCR脫硝技術即可獲得70%以上的脫硝效率，滿足NOx實際排放濃度低於100mg/Nm3的排放要求，且SNCR技術對爐內工況基本無影響，並具有投資小，運行成本低特點，非常適用於循環流化床鍋爐。
2.2 氨水製備技術路線的選擇
SNCR脫硝技術所用的還原劑一般為液氨、氨水和尿素等，在脫硝還原劑的選擇上，綜合考慮還原劑的儲存條件、儲存方式、製備過程中操作與控制、成本等因素，結合公司現有液氨儲存系統和管理經驗，及液氨稀釋技術的發展情況，確定脫硝劑使用20%濃度左右的氨水，並採用以超級吸氨器為主體組成的液氨稀釋系統來製備。
2.2.1 傳統液氨製備氨水工藝技術
由於液氨與水生成氨水是一個放熱過程，放出的熱量會使液氨氣化，要產生液擊現象，因此傳統的液氨制氨水工藝是先將液氨氣化，然後用強化器循環吸收制為氨水。國內大部分工業氨水生產裝置都是採用排管式換熱器，這種裝置不能一次性製備出合格氨水，需要2臺30kW左右的氨水泵，兩個大的氨水製備貯槽及大量的冷卻水，不斷進行循環吸收，歷時2h才能製備出合格氨水。其特點為：生產出合格產品需要時間長、電耗高、產量低、設備佔地面積大，生產環境差。也有企業將排管式換熱器改為液氨蒸發器石墨降膜吸收塔，較之排管式換熱器有一定的改良，環境要好一點，但能耗大、冷卻水用量大、設備多，生產強度受水溫影響較大。
一部分生產量較少的裝置，採用多個可承壓貯槽串聯吸收液氨，各貯槽需要採用階梯型布置或槽之間串氨水泵，通入液氨，再進行靜置降溫後使用。還有一部分氨水用量很少的氨水用戶，採用的是非常原始的方法，就是用水淋方式將液氨汽化，再直接通入軟水中或去離子水中吸收，該方法氨的損失較大。
以上傳統液氨製備氨水的工藝，或因為受溫度的限制，生產設備多、生產周期長且要佔用相當大的場地，設備故障率相對較很高，或系統相對較為簡單，但氨損失均相當嚴重，生產現場氣味很大，操作工人的身體易受到傷害。
2.2.2 以超級吸氨器為主體組成的液氨稀釋系統技術
以超級吸氨器為主體組成的液氨稀釋系統，其生產原理為：軟化水、液氨按比例進入超級吸氨器，直接不循環吸收得到所需濃度的工業氨水。該系統不再需要循環製備增濃，單程即可製備濃度高達30%的氨水，可與SNCR脫硝主體工程的氨水輸送系統統一整體布置。
2.2.3. 超級吸氨器的工作原理
液氨稀釋系統的核心設備超級吸氨器，是一種超速反應吸氨器，可以將液氨與工藝水按比例快速混合不循環吸收為用戶提供所需濃度的氨水，其工作原理見圖1。超級吸氨器內部結構為板式換熱器，材質是不鏽鋼的，本體為密閉結構，其內部設有隔板，將吸氨器本體隔為三個空間，並在隔板底部相連通，每個空間相當於一個換熱器，每個換熱器均由數片波板組合而成，每個換熱器均有相互交錯隔離的兩個流道，分別輸送兩種不同的換熱介質。第3換熱器上端的吸氨器本體上設有脫鹽水進口，在脫鹽水入口一端設有氨氣進口、循環冷卻水出口，連接氨氣進口設有帶孔的噴氨管和氨水分布器，便於氨水均勻分布進入換熱器內。
成品氨水出口設置在第2換熱器上，第1換熱器設有液氨進口和循環冷去水進口。液氨從設備液氨進口進入後，被均勻的分配到波紋板換熱器中，在換熱器中液氨與循環水換熱氣化，氣化後的氨通過入噴氨管與脫鹽水混合，並通過氨水分布器均勻地進換熱器內。超級吸氨器採用分布器多點注氨，形成多界面的高效混合過程，大大加快了液氨溶解的速度，提高氨水製備效率。為了達到更好注入效果，需要在氨水分布器的分配支管上適當開孔，這樣能有效保證混合效果。通過在設備進水口設置脫鹽水調節閥門來控制脫鹽水的流量，利用脫鹽水水流量調節配置不同濃度的氨水。液氨溶解於水的過程中將產生大量的熱量，用循環冷卻水將液氨溶解過程中產生的熱量移走，得到濃度30%以下的任何濃度合格的氨水。
超級吸氨器是一種既環保又節能的生產設備，其特點為：①混合的過程與移熱的過程同時進行，設備緊湊，體系溫度穩定，氨水濃度控制靈活，不會出現超溫超壓現象，設備運行安全。②超級吸氨器內部結構為板式換熱器，運行安全可靠。③佔地面積少，主體為1個長、寬不到1m，高2m左右的箱體。
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