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(huán)流化床鍋爐，1臺1 2MW汽輪發(fā)電機組，為全公司數(shù)套化工生產(chǎn)裝置供3種不同規(guī)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(干態(tài)，6%氧氣)，1臺130t/ h鍋爐在現(xiàn)有的原始排放NOx濃度500～600mg/Nm3(干態(tài)，6%氧氣)。按照《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)規(guī)定：自2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機組，現(xiàn)有循環(huán)流化床火力發(fā)電鍋爐NOx排放值應控制在200mg/Nm3以內(nèi)。因此進行鍋爐脫硝技術(shù)應用研究，選擇合適的脫硝技術(shù)實施改造已迫在眉睫。
2 鍋爐煙氣脫硝及氨水制備技術(shù)路線的選擇
2.1 鍋爐煙氣脫硝技術(shù)路線的選擇
在鍋爐脫硝技術(shù)的選擇上，通過對主要煙氣脫硝工藝技術(shù)進行分析、比較、研究，根據(jù)不同的脫硝工藝技術(shù)特點，結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐NOx排放的具體情況，確定采用適合循環(huán)流化床鍋爐的SNCR脫硝技術(shù)。SNCR脫硝工藝技術(shù)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(huán)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(huán)流化床鍋爐采用SNCR脫硝技術(shù)即可獲得70%以上的脫硝效率，滿足NOx實際排放濃度低于100mg/Nm3的排放要求，且SNCR技術(shù)對爐內(nèi)工況基本無影響，并具有投資小，運行成本低特點，非常適用于循環(huán)流化床鍋爐。
2.2 氨水制備技術(shù)路線的選擇
SNCR脫硝技術(shù)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、制備過程中操作與控制、成本等因素，結(jié)合公司現(xiàn)有液氨儲存系統(tǒng)和管理經(jīng)驗，及液氨稀釋技術(shù)的發(fā)展情況，確定脫硝劑使用20%濃度左右的氨水，并采用以超級吸氨器為主體組成的液氨稀釋系統(tǒng)來制備。
2.2.1 傳統(tǒng)液氨制備氨水工藝技術(shù)
由于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(chǎn)生液擊現(xiàn)象，因此傳統(tǒng)的液氨制氨水工藝是先將液氨氣化，然后用強化器循環(huán)吸收制為氨水。國內(nèi)大部分工業(yè)氨水生產(chǎn)裝置都是采用排管式換熱器，這種裝置不能一次性制備出合格氨水，需要2臺30kW左右的氨水泵，兩個大的氨水制備貯槽及大量的冷卻水，不斷進行循環(huán)吸收，歷時2h才能制備出合格氨水。其特點為：生產(chǎn)出合格產(chǎn)品需要時間長、電耗高、產(chǎn)量低、設(shè)備占地面積大，生產(chǎn)環(huán)境差。也有企業(yè)將排管式換熱器改為液氨蒸發(fā)器石墨降膜吸收塔，較之排管式換熱器有一定的改良，環(huán)境要好一點，但能耗大、冷卻水用量大、設(shè)備多，生產(chǎn)強度受水溫影響較大。
一部分生產(chǎn)量較少的裝置，采用多個可承壓貯槽串聯(lián)吸收液氨，各貯槽需要采用階梯型布置或槽之間串氨水泵，通入液氨，再進行靜置降溫后使用。還有一部分氨水用量很少的氨水用戶，采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(tǒng)液氨制備氨水的工藝，或因為受溫度的限制，生產(chǎn)設(shè)備多、生產(chǎn)周期長且要占用相當大的場地，設(shè)備故障率相對較很高，或系統(tǒng)相對較為簡單，但氨損失均相當嚴重，生產(chǎn)現(xiàn)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(tǒng)技術(shù)
以超級吸氨器為主體組成的液氨稀釋系統(tǒng)，其生產(chǎn)原理為：軟化水、液氨按比例進入超級吸氨器，直接不循環(huán)吸收得到所需濃度的工業(yè)氨水。該系統(tǒng)不再需要循環(huán)制備增濃，單程即可制備濃度高達30%的氨水，可與SNCR脫硝主體工程的氨水輸送系統(tǒng)統(tǒng)一整體布置。
超級吸氨器是一種既環(huán)保又節(jié)能的生產(chǎn)設(shè)備，其特點為：①混合的過程與移熱的過程同時進行，設(shè)備緊湊，體系溫度穩(wěn)定，氨水濃度控制靈活，不會出現(xiàn)超溫超壓現(xiàn)象，設(shè)備運行安全。②超級吸氨器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為板式換熱器，運行安全可靠。③占地面積少，主體為1個長、寬不到1m，高2m左右的箱體。
3 液氨稀釋系統(tǒng)技術(shù)方案
3.1 液氨稀釋系統(tǒng)規(guī)模及性能指標的確定
4臺鍋爐采用SNCR脫硝技術(shù)實現(xiàn)達標排放，則所需20%的氨水用量為800kg/h，考慮設(shè)計余量和運行方式的靈活選擇，確定了液氨稀釋系統(tǒng)的處理能力為對350kg/h的液氨進行稀釋，氨水生產(chǎn)能力為1.75t/h，液氨稀釋后的氨水濃度為2 0%，濃度波動范圍為18%～22%。
3.2 液氨稀釋系統(tǒng)工藝流程優(yōu)化設(shè)計
自化學水裝置外供脫鹽水母管引出以DN32的管線作為液氨稀釋用水，經(jīng)調(diào)節(jié)閥、流量計控制流量送入超級吸氨器，液氨取自熱電裝置現(xiàn)有鍋爐給水加藥系統(tǒng)液氨管線，通過調(diào)節(jié)液氨調(diào)節(jié)閥減壓后的壓力間接控制液氨流量進入超級吸氨器，與脫鹽水在超級吸氨器內(nèi)混配為所需濃度的工業(yè)氨水。配置好的氨水進入鍋爐煙氣脫硝主體工程的氨水儲槽，通過氨水輸送系統(tǒng)供鍋爐脫硝使用。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的由液氨帶來的少量不凝性氣體夾帶氨氣從氨水貯槽中排出，進入尾氣凈化器由少量脫鹽水凈化回收其中的氨氣后排入大氣排放。凈化用脫鹽水來自鍋爐脫硝主體工程稀釋水泵出口管的分流支管。
4 實施中的改進措施及運行效果分析
以超級吸氨器為主體組成的液氨稀釋系統(tǒng)改造周期為兩周，主要包括土建、設(shè)備安裝、調(diào)試、投料試運行。在試運行過程中結(jié)合現(xiàn)場條件，進行了如下改進及運行分析：
(1)在循環(huán)水進水管道上加設(shè)管道泵，以確保循環(huán)冷卻水的流量，控制循環(huán)水出水溫度在45℃以下，氨水溫度在25℃以下，以防超級吸氨器內(nèi)因超溫結(jié)垢。
(2)氨水濃度顯示由密度儀取值及氨水溫度取值，通過氨水密度表對應顯示。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)在線氨水濃度與人工分析成品氨水濃度相差較大，在線氨水濃度為10%～12%，而人工分析氨水則為18%～2 0%，經(jīng)過多次分析對比，并進行密度儀、氨水溫度表的校對，以及對氨水密度表調(diào)整校核，實現(xiàn)了在線氨水濃度與人工分析氨水濃度差別穩(wěn)定在2%。
(3)氨水出口閥須保持常開，氨水出口到氨水儲罐及尾吸器、排氣口要保持暢通，防止系統(tǒng)憋壓，損壞設(shè)備。
(4)發(fā)生任何異常現(xiàn)象，首先關(guān)閉液氨氣動球閥、液氨調(diào)節(jié)閥，10s后關(guān)閉脫鹽水。
(5)運行過程中密切觀察脫鹽水、循環(huán)水運行情況，包括流量、壓力、溫度，發(fā)現(xiàn)異常要立即關(guān)閉液氨閥門，待問題處理后再開機。
5 結(jié)束語
超級吸氨器在鍋爐脫硝改造中的成功應用，解決了傳統(tǒng)氨水制備系統(tǒng)不能快速制備不同濃度氨水、設(shè)備多、系統(tǒng)復雜、運行操作繁瑣、占地面積大等的問題。另外，超級吸氨器是一個能效高、反應高效與換熱高效的設(shè)備，出口氨水溫度在不超負荷工作時可比冷卻水溫度低10~15℃，因此夏天氨水溫度可低于冷卻水溫度10℃以上，也就沒有在濃度高時的不斷蒸發(fā)損耗或無法制備高濃度氨水的問題了。并且配套的尾氣吸收器，由于液氣比大，可將裝置唯一排放口氣體中的氨完全吸收干凈，經(jīng)尾器吸收后的水再作為鍋爐脫硝主體工程的稀釋水或超級吸氨器的吸收劑，從而無外排之慮，也就不存在傳統(tǒng)工藝的貯槽吞吐氨損失了。目前超級吸氨器單機每小時可吸收轉(zhuǎn)化0.38～10t/h(液氨量)，因此在化工、鍋爐脫硫、脫硝改造等領(lǐng)域內(nèi)有很好的應用前景。
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