摘要：选择性非催化还原是指在没有催化剂的作用下，在800～1250℃温度窗口内喷入还原剂，含有氨基的氮还原剂（一般是氨或者尿素水溶液）快速与烟气中的氮氧化物进行还原反应，生成无害的氮气和水。本研究从三种常用还原剂对锅炉本体的影响分析、投资和运行成本的比较以及安全性的综合考虑得出尿素是最适合的还原剂，其安全性高，投资和运行费用较液氨和氨水少。可见，尿素作为还原剂最为适合。
关键词：SNCR；还原剂；尿素；氨水；液氨
电厂脱硝技术——选择性非催化还原（SNCR）是指在没有催化剂的作用下，在800～1250℃温度窗口内喷入还原剂，含有氨基的氮还原剂快速与烟气中的氮氧化物进行还原反应，生成无害的氮气和水。还原剂基本上不与烟气中的O2反应。SNCR工艺不用催化剂，因此对温度要求比较高，必须在高温区加入还原剂。当氨和烟气中NOx接触时，会发生下面的还原反应：
4NH3+4NO+O2→6H2O+4N2
4NH3+2NO2+O2→6H2O+3N2
4NH3+6NO→6H2O+5N2
8NH3+6NO2→12H2O+7N2
该技术的工业应用是在20世纪70年代中期从日本的一些燃油、燃气电厂开始，欧盟国家从80年代末一些燃煤电厂也开始应用，美国在90年代初在燃煤电厂开始应用SNCR技术，目前世界上燃煤电厂采用SNCR脱硝工艺的总装机容量在5GW以上。合适的温度区间、合适温度区间内较长的停留时间、氮剂与烟气的混合效果是决定能否实施SNCR技术的主要因素。
脱硝的还原剂一般都是含氮的物质，包括氨、尿素、各种铵盐（醋酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、草酸铵、柠檬酸铵等），其它的氮还原剂如异氰酸和联氨也有被应用。目前，以液氨、氨水、尿素的使用最为广泛，氨作为脱硝还原剂，是最早的一种脱硝还原剂。
1、从还原剂的安全性和运输储存方面考虑如下：
（1）液氨的投资、运输和使用成本为三者最低，但液氨属于易燃易爆物品，必须符合国家有关的法规和劳动安全卫生标准的要求，其运输、存储涉及应有严格的安全保证和防火措施。
（2）氨水的质量百分比一般在20～30%，较液氨安全，但运输体积大，运输成本相对液氨高。
（3）尿素是一种颗粒状的农业肥料，安全无害，尿素作为脱硝还原剂使用的优点是：无味，无毒，腐蚀性弱，不会燃烧和爆炸，运输、存储、使用都比较简单安全；尿素溶液的挥发性比氨水小，对大型炉膛的穿透性好，混合程度也比较高。
2、从还原剂对锅炉本体影响方面考虑如下：
（1）氨逃逸方面
在循环流化床锅炉低氮燃烧的基础之上，在获得较高脱硝效率的前提下，三种还原剂的氨逃逸量相差不大，对后续锅炉设备的影响也较小，不会造成尾部受热面的飞灰沉积堵塞及腐蚀。
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（2）排烟温度方面
采用液氨作为还原剂的工艺为还原剂NH3由氨供应系统提供至反应区域的混合器中，与稀释空气混合并被稀释至安全浓度（5%体积浓度以下）后，通过氨注射管道喷入旋风分离器的入口烟道中。还原剂NH3喷入炉膛内后，就直接选择性地脱除了烟气中的NOx。按照本工程计算，喷入氨空气混合气体约为5000m3/h，不到锅炉总烟气量的1%，对锅炉排烟温度的影响可以忽略不计。
如果采用氨水方案，氨水雾化后，进入炉膛后被迅速加热，形成氨气，与烟气中的NOx发生反应。SNCR脱硝向炉内喷入浓度约为5~10%左右的氨水溶液，在100％BMCR时喷入溶液量约为2.8t/h，经过锅炉性能计算锅炉排烟温度温升约为1.5℃。尿素方案与此相似，喷入锅炉的尿素溶液浓度为10%左右，含水量与氨水方案相当，排烟温度稍高。
（3）锅炉效率方面
采用液氨作为还原剂的工艺方案为向烟气喷入含氨空气混合气体，考虑干空气的焓增和喷入空气中水分的蒸发吸热，锅炉排烟热损失有所增加，经过计算对锅炉效率的影响有0.02%。采用氨水或者尿素作为还原剂，锅炉排烟热损失增加0.2%左右，较液氨影响大。
3、从还原剂经济性方面考虑如下：
CFB锅炉在采用液氨系统、氨水系统、尿素系统时，其初投资成本以及运行费用上还是有些差别。其中运行费用主要来源于还原剂、电耗以及水耗。
在脱硝剂的成本中，运输成本占到了很大一部分，氨水的消耗量最大，但其中有效的部分只有五分之一，其余都是水，带来了额外的运输和储存、运行成本。所以仅就消耗的费用而言，氨水是不经济的。一般对于需氨较多的项目，不推荐采用氨水制氨工艺。
液氨制氨工艺简单，其系统初投资少，运行费用低。但其在储存场所储存量超过一定限值时，构成重大危险源。因此，在液氨储存和制备系统设计、建造和运行等方面存在较大安全隐患，从人身安全角度考虑不利于作为首选。
相对来说，尿素是三种还原剂中最为常用的一种，并且尿素的售价一般略低于液氨，虽然其分子中包括CO等无效组分，在达到相同脱硝要求的情况下，其消耗量远大于液氨耗量，而且尿素需要进行复杂的反应才能生成NH3。但是当电厂附近没有液氨或者氨水供应商时，当地的法令极为严格，无法使用槽车运输液氨或者氨水的时候，尿素是极为稳妥的选择。
三种还原剂SNCR脱硝在运行费用方面液氨和尿素相差不大，但尿素还是比液氨少241万元，氨水运行费用最高，比尿素增加近一倍的费用。
通过经济型比较，初投资方面，液氨的投资和运行费用大概为2390+1056=3446万元，排名第一；氨水的投资和运行费用大概为1860+1540=3400万元，较液氨稍少；尿素的投资和运行费用大概为1800+815=2615万元，是三种还原剂中成本最低的一种。由此可见，尿素作为还原剂无论是初投资成本还是运行费用上都要低于液氨与氨水，经济性较好。
参考文献
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作者简介
李颖（1985-12-01），女，汉族，籍贯：江苏省徐州市，当前职务：节能及环保管理，当前职称：环保工程师，学历：本科、环境工程硕士，研究方向：电厂环保及节能。
论文作者:李颖
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/14
标签：还原剂论文; 氨水论文; 尿素论文; 烟气论文; 液氨论文; 锅炉论文; 费用论文; 《电力设备》2018年第3期论文;