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(干態，6%氧氣)，1臺130t/ h鍋爐在現有的原始排放NOx濃度500～600mg/Nm3(干態，6%氧氣)。按照《火電廠大氣污染物排放標準》(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制備技術路線的選擇

  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，確定采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。循環流化床鍋爐采用SNCR脫硝技術即可獲得70%以上的脫硝效率，滿足NOx實際排放濃度低于100mg/Nm3的排放要求，且SNCR技術對爐內工況基本無影響，并具有投資小，運行成本低特點，非常適用于循環流化床鍋爐。

 2.2 氨水制備技術路線的選擇

  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、制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，并采用以超級吸氨器為主體組成的液氨稀釋系統來制備。

 2.2.1 傳統液氨制備氨水工藝技術

  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，然后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，不斷進行循環吸收，歷時2h才能制備出合格氨水。其特點為：生產出合格產品需要時間長、電耗高、產量低、設備占地面積大，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，采用多個可承壓貯槽串聯吸收液氨，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。

以上傳統液氨制備氨水的工藝，或因為受溫度的限制，生產設備多、生產周期長且要占用相當大的場地，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統一整體布置。

  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 液氨稀釋系統技術方案

  3.1 液氨稀釋系統規模及性能指標的確定

  4臺鍋爐采用SNCR脫硝技術實現達標排放，則所需20%的氨水用量為800kg/h，考慮設計余量和運行方式的靈活選擇，確定了液氨稀釋系統的處理能力為對350kg/h的液氨進行稀釋，氨水生產能力為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 液氨稀釋系統工藝流程優化設計

  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，經調節閥、流量計控制流量送入超級吸氨器，液氨取自熱電裝置現有鍋爐給水加藥系統液氨管線，通過調節液氨調節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混配為所需濃度的工業氨水。配置好的氨水進入鍋爐煙氣脫硝主體工程的氨水儲槽，通過氨水輸送系統供鍋爐脫硝使用。生產過程中產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改造周期為兩周，主要包括土建、設備安裝、調試、投料試運行。在試運行過程中結合現場條件，進行了如下改進及運行分析：

  (1)在循環水進水管道上加設管道泵，以確保循環冷卻水的流量，控制循環水出水溫度在45℃以下，氨水溫度在25℃以下，以防超級吸氨器內因超溫結垢。

  (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。在調試過程中發現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整校核，實現了在線氨水濃度與人工分析氨水濃度差別穩定在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，防止系統憋壓，損壞設備。

  (4)發生任何異�，F象，首先關閉液氨氣動球閥、液氨調節閥，10s后關閉脫鹽水。

  (5)運行過程中密切觀察脫鹽水、循環水運行情況，包括流量、壓力、溫度，發現異常要立即關閉液氨閥門，待問題處理后再開機。

 5 結束語

  超級吸氨器在鍋爐脫硝改造中的成功應用，解決了傳統氨水制備系統不能快速制備不同濃度氨水、設備多、系統復雜、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化0.38～10t/h(液氨量)，因此在化工、鍋爐脫硫、脫硝改造等領域內有很好的應用前景。