SCR烟气脱硝还原剂耗量计算方法的探讨

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ＳＣＲ烟气脱硝还原剂耗量计算方法的探讨

付智明，邓云耀，张红燕，魏岩岩

浙江环龙环境保护有限公司，浙江杭州　３１００１２

［摘　　　要］氨气的制备通常采用液氨、氨水、碳酸氢铵和ＣＲ脱硝系统一般采用氨气作为还原剂，　Ｓ

尿素等原料。介绍了分别以液氨、氨水、碳酸氢铵和尿素为脱硝还原剂时其耗量的计算但在储运过程存在方法及使用的安全性。液氨和氨水作为还原剂储运制备成本较低，

一定的危险性；尿素安全性较好，但制备氨气成本较高且分解难度大；碳酸氢铵可采用热解和水解２种方法制备氨气，其价格也较尿素便宜。

［关　键　词］还原剂；耗量计算；水解；热解　脱硝；［中图分类号］７７３　Ｘ［文献标识码］　Ａ

［（）文章编号］００２３３６４２０１２０４００４００２　１－－－

［／ＤＯＩ编号］０．３９６９．ｉｓｓｎ．１００２３３６４．２０１２．０４．０４０　１－ｊ

ＣＡＬＣＵＬＡＴＩＯＮ　ＭＥＴＨＯＤＯＦＲＥＤＵＣＴＡＮＴＣＯＮＳＵＭＰＴＩＯＮＩＮＳＣＲ　　　　　ＦＬＵＥＧＡＳＤＥＮＩＴＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮＦＯＲＣＯＡＬＦＩＲＥＤＰＯＷＥＲＰＬＡＮＴ　　　　－　　

，，ＦＵＺｈｉｍｉｎＤＥＮＧ　ＹｕｎａｏＺＨＡＮＧ　Ｈｏｎａｎ，ＷＥＩＹａｎａｎ　　ｇｙｇｙｙ

，，ＺｈｅｉａｎＨｕａｎｌｏｎＥｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣｏＬｔｄＨａｎｚｈｏｕ３１００１２，ＺｈｅｉａｎＰｒｏｖｉｎｃｅＰＲＣ　　　　ｊｇｇｇｊｇ　　　

：ｒｅＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｍｍｏｎｉａｉｓｃｏｍｍｏｎｌｕｓｅｄａｓｒｅｄｕｃｔａｎｔｉｎＳＣＲｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅ　　　　　　　　　　　　－ｐｙｙ　

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，，，，ａｎｄａｍｍｏｎｉａｗａｔｅｒａｓｒｅｄｕｃｔａｎｔｔｈｅｃｏｓｔｉｎｓｔｏｒａｅｔｒａｎｓｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄｒｅａｒａｔｉｏｎｉｓｌｏｗｅｒｂｕｔｃｅｒ　　　　　　　　　　　－ｇｐｐｐ；，；；ｔａｉｎｄａｎｅｒｅｘｓｉｓｔｓｔｈｅｓａｆｅｔｏｆｕｒｅａｉｓｂｅｔｔｅｒｂｕｔｔｈｅｃｏｓｔｉｓｈｉｈｅｒａｎｄｉｔｓｄｅｃｏｍｏｓｉｔｉｏｎｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　　　　　　　　　　　　　　ｇｙｇｐ　

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：；；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅｄｕｃｔａｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｕｍｔｉｏｎｈｄｒｏｌｓｉｓｓｉｓｒｏｌ　　ｐｙｙｐｙｙｙ　

１　氨气耗量

／ＧＢＴ２１５０９—２００８中假设烟气的ＮＯ　ｘ浓度与

１］

：则氨氮摩尔比ｎ为［ＮＯ２浓度相同，

ＭＮＯ２（）１×ＭＮＨ３ｘ式中：标准ＣＮＯｘ为ＳＣＲ反应器入口烟气中ＮＯｘ浓度（

３

，／；干基，过量空气系数为１．状况，４）ｍｍＭＮＯ２为ｇ

ｎ＝

，作者简介：男，高级工程师，从事热能工程的环保技术研究。１９６４１９８３年毕业于郑州轻工业学院化学工程系精细化工专业，　付智明（－）

：Ｅ－ｍａｉｌｚｍ６４６８９０＠１６３．ｃｏｍ　ｆ

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ＮＯ２的摩尔质量，

ｇ／ｍｏｌ；ＭＮＨ３为ＮＨ３的摩尔质量，反应会随之发生。ＨＪ　５６２－２０１０中指出尿素水解反应ｇ／ｍｏｌ；ｎ为氨氮摩尔比；ＣｓｌｉｐＮＨ３

为氨逃逸量（标准状过程主要取决于反应温度、水解气中ＮＨ３和ＣＯ２的

况，干基，过量空气系数为１．４），ｍｇ／ｍ３

；η为脱硝

浓度、尿素浓度以及停留时间等。尿素热解反应会产效率，％。

生难溶于水的缩二脲和有机聚合物，易引起脱硝系统氨气耗量Ｑ为：

管道和喷嘴堵塞。为了保证脱硝尿素水解反应快速Ｑ＝ＶＣＮＯｘ

ｍ×Ｆ×

－

６性，同时有效抑制缩二脲等的产生，水解反应温度应为

Ｍ（ＮＯ×ｎ×１

０２）２１９０℃［３］

。另外，

在设计尿素水解工艺流程时还应考式中：Ｑ为氨气耗量，ｍ３／ｈ；Ｖｍ为标准状况下气体摩虑尿素的潮解，

以及尿素溶液中的甲醛和尿素添加剂尔体积，取２２．４Ｌ／ｍｏｌ；Ｆ为锅炉烟气流量（

标准状在制氨过程中产生沉淀和腐蚀。长期使用尿素添加剂况，干基，过量空气系数为１．４），ｍ３

／ｈ。

对ＳＣＲ催化剂寿命会产生影响。

２　液氨耗量

４　氨水耗量

液氨在运输和储存过程中均存在一定的危险

工业氨水的浓度一般为２０％～３０％，其运输和储性［２］

。以液氨作为ＳＣＲ法脱硝还原剂，

其耗量为：存较液氨安全，但运输成本比较高。氨水易挥发，并具Ｑ×Ｆ×ＣＮＯｘ

有毒性和腐蚀性。以氨水作为ＳＣＲ法脱硝还原剂，其１＝ＭＮＨ－

６３ρＭ（）ＮＯ×ｎ×１

０３２

耗量为：

式中：Ｑ１为液氨耗量，ｍ３／ｈ；ρ为液氨密度，

ｋｇ／ｍ３。Ｑ×ＣＮＯｘ

３＝ＭＮＨ－

６３×ＦρＣ（）ＮＨ×ｎ×１

０５３ＭＮＯ２３　尿素耗量

式中：Ｑ３为氨水耗量，ｍ３／ｈ；ρ为氨水的密度，ｋｇ／ｍ３；ＣＮＨ３为氨水的浓度，％。若采用氨废水作为ＳＣＲ法脱

以尿素作为ＳＣＲ法脱硝还原剂，

其耗量为：硝还原剂，

可根据输送距离和运输成本选用浓度为ＱＣＮＯｘ

２＝ＭＮＨ－

６２ＣＯＮＨ２×Ｆ×２　Ｍ（）１０％～３０％的氨水。

ＮＯ×ｎ×１

０４２式中：Ｑ２为尿素耗量，ｋｇ／ｈ；ＭＮＨ２ＣＯＮＨ２为尿素的摩尔５质量，　碳酸氢铵（ＮＨ４ＨＣＯ３）

耗量ｇ

／ｍｏｌ。尿素的热稳定性较差，在被加热到１２０～１３０℃碳酸氢铵（ＮＨ４ＨＣＯ３）具有强烈的吸湿性和结块时，固体尿素直接成为气体，继续升温超过尿素的熔点性，其水溶液的ｐＨ值为６．２５。碳酸氢铵活化能约为就可能因热解而产生缩合反应。尿素热解反应式为：９１　

４５０Ｊ／ｍｏｌ，其热分解反应可在室温下进行。以碳２ＮＨ２ＣＯＮＨ２→ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２＋ＮＨ３

酸氢铵（ＮＨ４ＨＣＯ３）作为ＳＣＲ法脱硝还原剂，其耗量ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２＋ＮＨ２ＣＯＮＨ２→为：

ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨＣＯＮＨ２＋ＮＨ３

ＮＨ２ＣＯＮＨ２＋２Ｈ２Ｏ→（ＮＨ４）２ＣＯ３

ＱＣＮＯｘ

４＝ＭＮＨ－

６４ＨＣＯ３×Ｆ×

ＭＮＯ×ｎ×１

０（６）２

→ＣＯ２＋２ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ式中：Ｑ４为碳酸氢铵的耗量，ｋｇ／

ｈ；ＭＮＨ４ＨＣＯ３为碳酸氢ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨＣＯＮＨ２→（ＨＣＮＯ）３＋ＮＨ３

铵的摩尔质量，ｇ

／ｍｏｌ。　　尿素在８

０℃时１ｈ可以水解０．５％，１１０℃时增采用碳酸氢铵作为ＳＣＲ法脱硝还原剂时，理论上加到３％，在１４５℃以上尿素的水解速度剧增。尿素可以用热解法和水解法２种方法制备氨气。华北电力水解反应式为：

大学刘东旭在碳酸氢铵热解模拟试验装置上的热解温

ＮＨ２ＣＯＮＨ２＋Ｈ２Ｏ　→ＮＨ４Ｃ

ＯＯＮＨ２度为２６０℃［４］

，建议工业热解装置的碳酸氢铵热解温→２ＮＨ３＋ＣＯ２

度不宜超过２００℃。

　　随着尿素水解反应温度的升高，

尿素的热解综合（下转第４５页）

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膜表面易堆积静电荷。静电荷产生的流动电位使钠含口表为主的蒸汽在线钠表能够满足蒸汽中痕量钠离子量的测量结果偏离纯水水样的真实值，流速越大，静电准确监测的技术要求。为保证在线钠表测量的准确荷所产生的误差越大［９］。性，应保证仪表的最佳工作条件如水样的流速、ｐＨ

改变测量流量，对同一家公司生产的４台蒸汽在值、温度等，严格按照电厂在线化学仪表检验规程进行线钠表的流速附加误差进行测定，结果见表２。可见定期检验，保持电极最佳的响应性能。

流量增大时，测定值略有增大，但在３．０～６．０Ｌ／ｈ厂

家要求的控制范围，所产生的误差在允许范围内。［参　考　文　献］

［１］　ＧＢ／Ｔ　１２１４５—２００８，火力发电机组及蒸汽动力设备水其

表２　在线钠表流速附加误差检验结果质量［Ｓ］．

钠表流量检测值流速附加误差［２］　王涛英，徐军锋，郭包生，等．６００ＭＷ汽轮机在首次大修序号／Ｌ·ｈ－１／μｇ·Ｌ－１δＬ／％ＦＳ中的积盐检查［Ｊ］．华北电力技术，２００９，增刊（１）．

１３．５　０．７２３［

５．５３］　０．８６６０．１４３　李永生，杨莉玲，星成霞．电厂水汽中痕量钠离子自动快

速测定法的研究［Ｊ］．中国电力，２００４，３７（３）．

２３．６　１．２８９

５．８　１．５７２０．２８３［４］　钟云泰．二阶微分火焰光谱法在痕量钠测定中的应用

３３．７　０．０８９［Ｊ］．东北电力技术，２００４，２５（９）．

５．８　０．１０９０．０２０［５］　田利，李敬业，史庆琳，等．高纯水中痕量钠离子检测技术

４３．５　０．４６５

５．６　０．６３６０．１７１的研究［Ｊ］．热力发电，２００３（２）．

［６］　曹顺安，谢学军，等．离子色谱测试技术在火电厂水汽化

在线钠表的测量准确性还受到碱化剂浓度、仪表学监督中的应用与进展［Ｊ］．华中电力，２００１，１６（２）．接地情况、外界干扰等因素的影响。对钠表进行定期［７］　ＧＢ／Ｔ　６７７—２００９，发电厂在线化学仪表检验规程［Ｓ］．维护保养，如清洗仪表流路、清洁和活化处理钠电极［８］　曹杰玉，刘玮，宋敬霞．提高化学仪表准确性的研究［Ａ］．等，对于保证钠表的正常工作和测量准确性至关重要。２００６年中国电机工程学会年会论文集［Ｃ］．河南，郑州，

２００６．

［９］

６　曹杰玉，刘玮，宋敬霞．提高水汽系统化学监督与在线化　结论与建议学仪表可靠性的研究［Ｊ］．热力发电，２００８，４１（３）．目前高参数大容量火电机组水汽系统配置的以进

檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼（上接第４１页）

［参　考　文　献］［３］　中国石油化工集团公司人事部．尿素装置操作工［Ｍ］．北

［１］　ＧＢ／Ｔ　２１５０９—２００８，燃煤烟气脱硝技术装备［Ｓ］．京：中国石化出版社，２００７．

［２］　林玉波．合成氨生产工艺［Ｍ］．北京：中国石化出版社，［４］　刘东旭．碳酸氢铵作为脱硝还原剂的实验研究与数值模

２００６．拟［Ｄ］．北京：华北电力大学，２００９，３．

　　《热力发电》杂志由中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司联组的西安热工研究院有限公司与中国电机工程学会主办，为国家热能动力科学技术专业刊物，中国发电技术重要刊物，主要报道国内热能动力科学技术的基础研究和热力发电（火力、核能、地热及其它可再生能源发电）技术的开发利用，包括：化石燃料及其清洁燃烧、热力设备及热力系统、电站辅机、电站自动控制、电厂化学、电厂金属材料、电力环境保护及综合利用等。