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SCR脱硝系统还原剂尿素和液氨选型对比
于帅(大唐清苑热电有限公司)
摘要：目前SCR脱硝系统常用还原剂是尿素和液氨，本文从技术、经济、安全三方面对二者的选型进行分析对比，其中选用尿素作为还原剂初期投资大，维护费用低，占地面积小，技术成熟可靠，没有安全方面的困扰，项目审批耗时短。
关键词：火电厂 SCR 还原剂 尿素 液氨 对比
Abstract: The SCR denitrification system commonly used reducing agent is urea and ammonia, this paper will analysis and compare urea and ammonia from the technical, economic, security selection. Using urea as reducing agent have many advantages including initial investment, low maintenance costs, small area, mature technology, no security problems, short time-consuming project approval.
Key Words: Power Plant、SCR、Reducing agent、Urea、Ammonia、Confrontation
国家环保“十二五”规划明确2015年全国氮氧化物排放总量控制在2046.2万吨，削减10%。“十二五”火电厂的节能减排要求更高，火电行业可持续发展面临巨大挑战。要满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的要求，现役电厂必须实施全方位的环保技术改造，为了有效控制氮氧化物的排放，国家要求2015年底现役火电机组全部完成脱硝改造工作。
目前控制氮氧化物排放的主流技术主要是选择性催化还原法（SCR），SCR主要的反应原理是利用还原剂氨在适当温度下和烟气中的NOX反生化学反应，以去除烟气中的氮氧化物。目前，SCR脱硝系统的还原剂有三种：液氨、氨水和尿素。其中最常用的是液氨和尿素。本文将从技术、经济、安全三方面对液氨和尿素作为SCR脱硝系统还原剂进行分析和对比。
1 技术方面
1.1 选用尿素作为SCR系统的还原剂，目前国内主要采用尿素热解的方法来制取NH3。很少采用尿素水解法。尿素热解法为美国燃料技术公司特有的制氨方法。
工艺流程为袋装尿素储存于干尿素储藏间，由斗式提升机输送到溶解罐里，用去离子水将干尿素溶解成50~60%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由循环/传输装置、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室，从锅炉空气预热器抽取的一次风进入电加热装置加热后进入热解室。雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解，生成SCR脱硝系统所需的还原剂NH3，分解产物经由氨喷射系统(AIG)进入烟气脱硝系统。
还原剂采用尿素热解法制氨系统包括：干尿素储藏间、斗式提升机、尿素溶解罐、尿素溶液给料泵、尿素溶液储罐、循环/传输装置、计量和分配装置、背压控制阀、绝热分解室（内含喷射器）、电加热装置及控制装置等。
1.2 选用液氨作为还原剂时，其工艺流程为液氨储存和供应系统包括液氨卸料压缩机、液氨储槽、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽及氨气稀释槽、废水泵、废水池等。液氨的供应由液氨槽车运送，利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入液氨储槽内，储槽输出的液氨在液氨蒸发槽内蒸发为氨气，经氨气缓冲槽送达脱硝系统。氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释槽中，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵送至废水处理厂处理。
还原剂采用液氨法制氨系统包括：脱硝剂储存、制备、供应系统包括液氨卸料压缩机、储氨罐、液氨蒸发罐、氨气缓冲罐、氨气吸收罐、废水泵、废水池等。此套系统提供氨气供脱硝反应使用。
1.3 设备对比
两种制氨系统的设备对比详见表1.
一
液氨方案
二
尿素热解方案
1
储存区
1
存储区
1.1
卸料压缩机
1.1
斗式提升机
1.2
液氨储罐
1.2
尿素溶解罐
1.3
储罐平台扶梯
1.3
尿素料斗
1.4
液氨蒸发槽
1.4
尿素溶液输送泵
1.5
氨气缓冲槽
1.5
尿素溶液存储罐
1.6
氨气稀释槽
1.6
地坑泵
1.7
液氨供应泵
1.7
热解供液泵
1.8
废液输送泵

1.9
喷淋装置

1.10
相应管道及附件

2
氨的喷射系统
2
反应区工艺设备
2.1
氨气、空气混合器
2.1
高温增压风机
2.2
稀释风机
2.2
绝热分解室
2.3
静态混合器
2.3
计量分配装置
2.4
氨喷射系统
2.4
电加热装置
2.5
相应管道及附件
2.5
尿素溶液喷射器

2.6
尿素热解热控设备

2.7
阀门

2.8
管道及其附件

3
氨的喷射系统

3.1
氨喷射格栅

3.2
喷嘴

3.3
阀门

3.4
相应管道及其附件
设备总价
741.5976（含安装）
设备总价
1045.75（两台）
表1 液氨法和尿素热解法设备对比
二者技术方面都很成熟，在全球范围内均由很多成功的应用业绩，相比而言尿素热解法的系统较复杂。
2 经济方面
2.1 运行成本分析
主要针对我公司300WM机组进行运行成本分析，详见表2。
2x300MW 脱硝系统－还原剂制备工艺经济比较

液氨制氨系统
尿素制氨热解
(电加热方式)

项目
单位
数值
数值
备注
应用机组

新建或改造机组
新建或改造机组

机组容量
MW
2x300
2x300

系统总投资(2x300MW)
元
7,500,000
11,000,000

每年消耗量 (单台机组)

液氨
吨/年
1,293
0

尿素
吨/年
0
2,398

电耗
千度/年
550
4,785

工业水
吨/年
0
2,398

蒸汽
吨/年
550
825

可变成本(单台机组)

液氨,3500元/吨
元
4，525，500
0

尿素1700元/吨
元
0
4，076，600

电耗 0.3元/Kw.h
元
165,000
1,435,500

工业水,10元/吨
元
0
23,980

蒸汽,100元/吨
元
55,000
82,500

安全检查费用
元/年
500,000
0

单台机组每年运行成本
元/年
5,255,500
5,618,580

表2 液氨法和尿素热解法运行成本分析对比
2.2 经济性比较
针对我公司情况，液氨系统需投资750万元，而尿素系统需要1100万元，比液氨投资大350万元；但从占地面积看，由于液氨属于危化品，液氨储罐需要额外的占地，尿素系统只需300m2，而液氨系统需要3000m2；尿素系统的年运行费用比液氨系统大37万元，系统维护简单。
由于液氨属于危险化学品，在建设项目安全许可工作的各个审查阶段，要分别通过十数个审查报告，这些阶段耗时费力，将对工期造成重大影响。尿素热解系统在审批、占地、工期等各方面均具有明显的优势，正成为脱硝还原剂的首选。
目前国内已有华能北京热电厂、京能石景山电厂、香港青山电厂、玉环电厂、秦岭电厂、国电沈西电厂、大唐洛河电厂、大唐张家口电厂、大唐太原第二热电厂和大唐清苑热电有限公司等采用尿素热解工艺。
3 安全方面
液氨，无色气体,有刺激性恶臭味，是有毒物质，具有腐蚀性，为GB12268-90规定之危险品，危险物编号23003。根据我国《危险化学物品名表》（GB12268-90）和《重大危险源辨识》（GB18218-2000）的有关规定，液氨、氨水构成危险货物，液氨在储存场所超过10吨时构成重大危险源。氨储存和制备系统应遵循相应的安全规范。
与液氨相比，尿素是无毒、无害的化学品，是农业常用的肥料，无爆炸可能性，完全没有危险性。尿素在运输、储存中无需安全及危险性的考量，更不须任何的紧急程序来确保安全。并且中国是全球最大的尿素生产国，可以方便的就近采购。
4 结论
根据上述分析，液氨和尿素的制备工艺都是很成熟的技术，采用尿素热解法工艺系统初期投资偏高，设备较复杂，运行费用较高、占地面积小，审批耗时短，工期短，运输、储存中安全性高，能够确保电厂脱硝系统长期安全运行，在越来越重视安全问题的背景下，在正在成为脱硝还原剂的首选。
希望可以为其他电厂在选择SCR脱硝系统还原剂时提供参考。

姓名：于帅
从事专业：脱硫点检
工作单位：大唐清苑热电有限公司
单位地址：河北省保定市清苑县建设北路999号
邮编：071000
邮箱：515146086@
电话：[phone] 15076270795

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