氨水蒸发器在SCR脱硝装置上的运用

概述了SCR脱硝法中常用的3种还原剂的优缺点，分析并提出了采用氨水作为SCR还原剂的优势;重点介绍了两种氨水蒸发器的原理、流程、控制要点以及在工程项目中的运用情况，并对两种蒸发器进行了简单比较，以供后续项目工艺路线的选择作参考。
1概述
选择性催化还原法脱硝技术，即SCR法脱硝技术，作为当前烟气脱硝市场中主流的脱硝技术，具有脱硝效率高、NOx排放浓度低、氨逃逸浓度低、装置运行成熟、稳定等特点，在日益严格的环保标准下，具有极大的市场空间。在SCR法工艺路线选择中，最关键的是要根据具体的项目要求确定合适的还原剂。
2SCR脱硝还原剂的选择
SCR法常用的脱硝还原剂有液氨、尿素和氨水。
若采用液氨作为脱硝系统的还原剂，则优点是脱硝系统储罐容积可以较小，还原剂价格也最便宜;缺点是氨气有毒、易燃、易爆，储存的安全防护要求高，需要经相关消防、安监及质监等部门审批才能大量储存和使用;另外，若涉及重大危险源，每年需定期检验、评估。
若采用氨水作为脱硝系统的还原剂，氨水有刺激气味，易挥发和具弱碱性，有一定的操作安全要求，且还原剂综合单价比液氨高，但储存、处理、输送比液氨简单。
若采用尿素作为脱硝系统的还原剂，因尿素不易燃烧和爆炸，无色无味，运输、储存、使用比较简单安氨水蒸发器在SCR脱硝装置上的运用全;但是其综合单价比氨水高，且需要采用专用的尿素热解或尿素水解装置，一次投资费用较高。
通过以上分析，采用氨水作为SCR脱硝还原剂，具有一定优势，既可避免使用安全风险较大的液氨，也可以避免采用一次投资较大、运行成本较高的尿素。而无论采用氨水、液氨或尿素作为SCR还原剂，均需要将其转化为氨气，再进入SCR反应器内进行脱硝反应。氨水转化为氨气的关键设备就是氨水蒸发器，以下着重介绍了两种氨水蒸发器的原理、流程、控制要点以及在具体工程项目中的运用情况。
3氨水蒸发器选用
氨水蒸发一般采用全蒸发的方式，热源一般有两种，一种蒸汽，另一种锅炉二次热风。
3.1氨水蒸汽蒸发器
通过一定压力的饱和蒸汽，将20%的氨水蒸发成氨气/水蒸汽的混合气，再将该混合气氨浓度稀释至5%(v%)以下，通过喷氨格栅进入SCR反应器进行脱硝反应。主要工艺流程见图1。图1氨水蒸汽蒸发器主要工艺流程
氨水蒸发器通过低压饱和蒸汽冷凝释放潜热对氨水进行加热蒸发，蒸汽通过管道进入蒸发器壳程，冷凝、放热、降温，与管程内的氨水进行换热，氨水吸热、升温、蒸发，变成氨气混合气，出蒸发器后送至SCR反应器，蒸汽冷凝水经过疏水后排放。
氨水蒸汽蒸发器本体：设计有下部蒸发器区和上部缓冲区，蒸发器区完成氨水换热、蒸发，内部设置有列管式换热管;缓冲区对氨气混合气起到稳压、缓冲作用，并对冷凝液进行导流回收。
主要控制点：蒸发器出口氨气混合气压力、温度，蒸发器氨水液位、氨水温度、压力等。调节进口低压饱和蒸汽的投加量，控制出口氨气混合气压力及温度;调节进口氨水投加量，控制蒸发器内氨水液位恒定，保证蒸发器有足够的蒸发面积。
运用实例：安徽金源热电有限公司2×220t/h煤粉锅炉烟气脱硝工程，设计烟气量28万Nm3/h(标干)，初始NOx浓度650mg/Nm3(标干，以NO2计)，要求脱硝效率≥85%，NOx排放浓度≤100mg/Nm3(标干，以NO2计)，氨逃逸率≤2.5mg/Nm3，SO2氧化成SO3的转化率控制在1%以内，年运行8000小时。采用SCR脱硝工艺2层催化剂布置，不设备用层，SCR反应器采用独立钢架支撑，布置在锅炉高温省煤器与高温空预器之间。
该工程共设计2台氨水蒸汽蒸发器，1用1备，单台蒸发器供2台SCR反应器使用，采用母管制供应。
单台蒸发器的主要设计参数：蒸发量(20%氨水)700kg/h，全蒸发;进氨压力0.4MPa;进氨温度为常温;出氨气/水蒸汽混合气压力0.2MPa;出氨气/水蒸汽混合气温度>125℃(饱和温度);加热蒸汽0.5MPa，152℃饱和蒸汽;低压电源380V/220V，50Hz;仪表用电DC24V，AC220V。
工程投入稳定运行后，蒸发器缓冲区压力控制在0.2MPa左右，温度在123℃，2#锅炉氨/空气混合器前氨气压力0.159MPa，温度115.9℃，当锅炉满负荷运行时，NOx初始浓度753mg/Nm3，排放NOx浓度74mg/Nm3，脱硝效率90.1%，氨消耗量351kg/h(以20%氨水计)，各项指标均达到或优于设计值，运行情况良好。
3.2氨水热风蒸发器
引出锅炉上级空预器后二次热风，温度约在150℃——350℃(视不同锅炉而定)，增压至7——9kPa，进入氨水热风蒸发器，氨水通过双流体喷枪，喷射进入氨水热风蒸发器雾化，与热风混合、蒸发，蒸发后输送至SCR反应器进行脱硝反应。工艺流程示意图见图2。图2氨水热风蒸发器工艺流程示意图
该蒸发器系统主要包括氨水的计量分配、氨水喷射雾化、蒸发器本体、热风加压系统等，首先20%氨水由罐区通过氨水输送泵送至氨水计量分配模块，经过计量调配后进入氨喷射系统，经压缩空气雾化、喷射进入氨蒸发器本体，与增压后的热风，在蒸发器内混合、蒸发，变成氨气/空气/水蒸汽的混合气送至SCR反应器。
主要控制点：氨水流量、氨水喷射压力、压缩空气喷射压力、进口热风流量、进口热风压力、进口热风温度、出口热风温度、出口热风压力等。
运用实例：福建三明青山纸业股份有限公司110t/h煤粉锅炉烟气脱硝工程，设计烟气量14.5万Nm3/h(标干)，初始NOx浓度900mg/Nm3(标干，以NO2计)，要求脱硝效率≥90%，NOx排放浓度≤100mg/Nm3(标干，以NO2计)，氨逃逸率≤3ppm，SO2氧化成SO3的转化率小于1%，年运行8000小时。采用SCR脱硝工艺，“2+1”层催化剂布置，SCR反应器采用独立钢架支撑，布置在锅炉上级空预器与下级省煤器之间。
该工程共设计1台氨水热风蒸发器，对应1台SCR反应器。蒸发器主要设计参数为：蒸发量(20%氨水)：250kg/h，全蒸发;氨喷射压力0.3——0.4MPa;雾化空气压力0.3——0.4MPa;氨温度为常温;进口热风温度340℃;进口热风压力9kPa(加压后);进口热风流量1500Nm3/h;出口氨气/空气/水蒸汽混合气温度：67℃——70℃;出口氨气/空气/水蒸汽混合气压力7——8kPa。蒸发器投入运行后，各项指标均达到或优于设计值，运行情况稳定良好。
4氨水蒸发器比较
对两种氨水蒸发器设计选型及实际运用的简单比较，见下表。
通过下表比较可以看出，采用氨水蒸汽蒸发器不受锅炉二次风的限制，但其一次投资和运行成本相对较高，且涉及氨气混合气的输送。而采用氨水热风蒸发器需考虑锅炉二次风的余量和温度，可能会对锅炉的正常使用造成影响。涉及具体项目的选型，需对上述要点进行具体分析，最终确定合理的蒸发型式。
5总结
两种氨水蒸发器，即氨水蒸汽蒸发器和氨水热风蒸发器，均有实际工程运用，通过对运用情况及设计选型的分析，两种蒸发器的适应条件不同，需综合考虑一次投资、运行成本、对锅炉的影响等，做出合理的判断分析，最终确定理想的蒸发型式。