液氨法和氨水法制备脱硝还原剂能耗比对

摘 要：脱硝工艺中通常需要一定的热源用于还原剂的制备，本文通过一实例对锅炉烟气脱硝过程中所需要蒸汽量消耗量进行计算，以此对脱硝工艺的用能进行评估，为核算项目的综合能源消耗量提供帮助。

关键词：脱硝;还原剂;能耗比对;评估

目前，《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）的实施对电厂大气污染物排放有了更高的要求，因此相当大一部分电厂将可能需要进一步改造脱硝系统以满足新标准的要求。而在项目的改造过程中需要对项目的能源消耗进行评估，本文将通过对比所使用的还原剂形式来评估计算项目所带来的能耗差异，为核算项目的综合能源消耗量提供参考意义。

1 还原剂使用特点

在各种脱硝方法方法中，氨或氨基是工业脱硝中最为常见且有效的还原剂，主要存在的三种形式是：液氨、氨水和尿素，它们在使用中都存在各自的特点[1]。

液氨作为还原剂时，液氨由槽车运送到液氨贮槽，液氨贮槽输出的液氨在氨气蒸发器内经40℃左右的温水蒸发为氨气，并将氨气加热至常温后，送到氨气缓冲槽备用。缓冲槽的氨气经调压阀减压后，送入各机组的氨气/空气混合器中与来自送风机的空气充分混合后，通过喷氨格栅（AIG）或其它方式与烟气混合后进入锅炉相应使用部位。液氨气化过程为一个物理过程，气化后的纯氨蒸汽，只需要一定量稀释气体，即可以直接进行脱硝反应，因此对锅炉的热效率影响很小。

而氨水作为还原剂在应用过程中，需要消耗较多能量将氨水水溶液蒸发气化为氨蒸汽，因此，一般会对锅炉系统的热效率产生微弱影响。

2 设定条件

（1）液氨法使用蒸汽作为热源对液氨进行气化生成氨气，入炉前烟气预热部分热量忽略不计;

（2）氨水法采用稀释后形成5%的氨水溶液喷入炉内使用，由烟道温度直接汽化氨水形成所需要氨气;

（3）脱硝效率按75%计算。

3 案例计算

根据我市某一热电厂改造参数分别计算两种制备方法所消耗的能源数量。

3.1 液氨制备还原剂所需能量

3.1.1 计算所需还原剂量

根据文献2中给出的还原剂耗量计算方法核算所需还原剂的消耗量，具体计算过程如下。

式中：

GNH3――还原剂消耗量，kg/h;

Q――折算到标准状态、干基、6%O2下反应器入口烟气流量，m3/h;根据项目单位提供工艺设计资料，单台锅炉烟道烟气流量为490000 Nm3/h。

CNOx――反应器入口NOx的浓度（按NO2折算），mg/m3，根据项目可行性研究报告，入口NOx浓度为400 mg/Nm3;

MNO2――NO2的摩尔质量，g/mol，NO2的摩尔质量为46 g/mol;

MNH3――NH3的摩尔质量，g/mol，NH3的摩尔质量为17 g/mol;

n―氨氢摩尔比;

CslipNH3―折算到标准状态下氨逃逸浓度，mg/m3，根据项目可行性研究报告，氨逃逸率为5 ppm（5 ?L/L），折3.855 mg/Nm3;

η―脱硝效率，根据项目可行性研究报告采用LNB+SNCR/SCR方式，该段平均效率设计为75%。

通过上式计算单台炉消耗56.188kg/h，则3台炉的合计消耗为168.56 kg/h，考虑到液氨品质，即氨含量99.6%，则需要液氨量为168.56 kg/h÷99.6%=169.24 kg/h。

3.1.2 计算还原剂消耗能量

按照通常状态下，液氨储存在储罐中，常温条件，压力随着储量和环境温度的变化而变化，约在3.0～9.0 MPa。进入液氨蒸发器的液氨温度为常温，进口压力为0.4～1.6 MPa;从液氨蒸发器出来的气氨温度约为40 ℃，压力0.2 MPa。

（1）考虑从常温至40℃液相吸热量。取当地常平均温度10.7℃和40℃的平均值25.35℃，查相关技术资料，25.35℃时液氨的定压比热容为19.3721 kcal/kmol・℃，则液相吸热过程所需热量为：

19.3721kcal/kmol・℃×169.24kg/h×29.3℃×4.1868 ÷17 g/mol

=23658.02 kJ/h

（2）考虑在40℃时发生的相变吸热量。根据文献3，40℃时液氨的汽化热为263.00 kcal/kg，液相至气相的相变吸热过程的蒸汽用量为：

263.00 kcal/kg×168.56kg/h×4.1868=185606.20 kJ/h

综上所述，液氨蒸发过程所需热量为209264kj/h，考虑到蒸汽使用中的损失，按2%计算，则为213534kJ/h。

3.2 氨水制备还原剂所需能量

本案例中使用经稀释后的5%氨水利用烟气余热气化生成氨，根据3.1.1消耗同等还原剂情况，则需要5%氨水量为3380kg/h，其中添加的除盐水可得为3211kg/h。

液态水转化为蒸汽消耗的热量主要为汽化潜热，因此，根据标准状态下水的汽化潜热值为2257kJ/kg计算，则需要消耗7247227kJ/h。

4 结论

经以计算可以看到，氨水制备还原剂所能耗约为液氨制备的35倍，但安全和工艺控制角度看，氨水更安全且可以稳定控制喷氨的均匀度。

参考文献：

[1]DL/T 296-2011，火电厂烟气脱硝技术导则[S].

[2]DL/T 260-2012，燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范[S].

[3]化工第四设计院.深冷手册[M].北京：化学工业出版社，1979.