摘 要：某燃(ran)煤(mei)電(dian)廠一、二期(qi)機(ji)(ji)組(zu)(2×350 MW+2×660 MW) SCR脫硝還原劑采用液(ye)氨(an)(an)。而液(ye)氨(an)(an)的(de)存(cun)儲及日常維(wei)護需要異常謹慎。該廠液(ye)氨(an)(an)儲站屬(shu)于(yu)國家級重大危(wei)險源，為(wei)(wei)了該廠的(de)可持續發展，有必(bi)要將脫硝還原劑由液(ye)氨(an)(an)制氨(an)(an)工藝改(gai)造為(wei)(wei)尿(niao)(niao)素(su)制氨(an)(an)工藝，消除該安全隱患。該文就一、二期(qi)機(ji)(ji)組(zu)脫硝還原劑由液(ye)氨(an)(an)改(gai)為(wei)(wei)尿(niao)(niao)素(su)技術(shu)進(jin)行(xing)了對(dui)比分(fen)析。通過現場踏勘、資料(liao)收(shou)集與(yu)分(fen)析，對(dui)可行(xing)的(de)尿(niao)(niao)素(su)制氨(an)(an)方案進(jin)行(xing)了充分(fen)論(lun)證與(yu)比較，為(wei)(wei)液(ye)氨(an)(an)改(gai)尿(niao)(niao)素(su)技術(shu)提供參考。

0 引言

某燃(ran)煤電(dian)廠(chang)一期1、2號機組(zu)額定容(rong)量(liang)為2×350MW，分(fen)別(bie)于2001年6月、12月投(tou)入商(shang)業運營；二期3、4號機組(zu)額定容(rong)量(liang)為2×660 MW，分(fen)別(bie)于2009年6月、12月相(xiang)繼(ji)投(tou)產(chan)。由于液氨進廠(chang)運輸道(dao)路(lu)(lu)及廠(chang)邊村莊(zhuang)密集，途徑省道(dao)存(cun)在道(dao)路(lu)(lu)窄容(rong)易(yi)發生堵車使運輸車輛(liang)滯留問題，廠(chang)周(zhou)圍(wei)存(cun)在多處環(huan)境敏感點，隨(sui)著安全形勢要求的提高，該電(dian)廠(chang)加(jia)緊落(luo)實還原劑(ji)替代整改(gai)，進行脫(tuo)硝還原劑(ji)尿素工藝改(gai)造，停止使用(yong)液氨。

SCR脫硝反應可(ke)(ke)(ke)用(yong)(yong)氨(an)(an)氣作(zuo)為還(huan)原劑(ji)，氨(an)(an)氣可(ke)(ke)(ke)直接來自液氨(an)(an)加熱汽化(hua)(hua)，也(ye)可(ke)(ke)(ke)通過氨(an)(an)水蒸(zheng)發或者(zhe)尿(niao)素(su)(su)分解間接制(zhi)備。液氨(an)(an)制(zhi)氨(an)(an)工藝(yi)在國內(nei)普(pu)遍應用(yong)(yong)，因其初(chu)投資及(ji)運行費用(yong)(yong)均較(jiao)低，是(shi)當(dang)前國內(nei)SCR還(huan)原劑(ji)制(zhi)氨(an)(an)的(de)主流工藝(yi)，但液氨(an)(an)是(shi)有毒化(hua)(hua)學品(GB12268-90規定之(zhi)23003號(hao)危險有毒物品)，生產場(chang)所儲存(cun)量超過10噸時，按《重大危險源(yuan)(yuan)辨(bian)識》(GB18218-2009)規定屬(shu)于(yu)重大危險源(yuan)(yuan)。隨著國家對安(an)全的(de)日益重視，以及(ji)一系列相關限制(zhi)措施(shi)的(de)出臺，尿(niao)素(su)(su)制(zhi)氨(an)(an)以其安(an)全可(ke)(ke)(ke)靠特點在電(dian)廠SCR煙氣脫硝裝(zhuang)置上被廣泛應用(yong)(yong)。尿(niao)素(su)(su)(CH4N2O)不屬(shu)于(yu)危險產品，便于(yu)運輸和(he)儲存(cun)并且使用(yong)(yong)安(an)全，受熱分解即可(ke)(ke)(ke)制(zhi)成氨(an)(an)氣。

1 尿素制氨技術

從國內應用情況來(lai)看，當電廠處于(yu)(yu)人(ren)口密集區，或(huo)其廠內用地緊張難以滿足危險(xian)品儲存的(de)安全距(ju)離要(yao)求(qiu)，或(huo)者液氨的(de)采購(gou)及(ji)運(yun)輸路線有很大困難時，為(wei)克服(fu)燃煤電廠煙氣(qi)脫硝使用液氨存在(zai)的(de)安全性問題(ti)，尿(niao)素制(zhi)氨工藝(yi)(yi)被開發出(chu)來(lai)，尿(niao)素系(xi)統(tong)(tong)比(bi)較復雜、投資和(he)(he)運(yun)行成本高于(yu)(yu)液氨系(xi)統(tong)(tong)，但是其最大的(de)優(you)勢是安全性高。制(zhi)氨系(xi)統(tong)(tong)由尿(niao)素顆粒儲存和(he)(he)溶解系(xi)統(tong)(tong)、尿(niao)素溶液儲存和(he)(he)輸送系(xi)統(tong)(tong)及(ji)尿(niao)素分解系(xi)統(tong)(tong)組成。根據尿(niao)素制(zhi)氨工藝(yi)(yi)的(de)不同，分為(wei)熱解技術(shu)和(he)(he)水解技術(shu)。

1.1 熱解制氨技(ji)術(shu)

尿素(su)(su)(su)熱(re)解(jie)(jie)(jie)法制氨系統主(zhu)要設備包括(kuo)尿素(su)(su)(su)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)罐、尿素(su)(su)(su)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)泵(beng)(beng)、尿素(su)(su)(su)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液儲罐、供(gong)液泵(beng)(beng)、計量(liang)(liang)和分(fen)(fen)配裝置、背壓控制閥、絕(jue)熱(re)分(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)室(內含噴射(she)器(qi))煙氣換(huan)熱(re)器(qi)或(huo)電加熱(re)器(qi)及控制裝置等。儲存(cun)于儲倉的尿素(su)(su)(su)顆粒由(you)螺旋(xuan)給(gei)料(liao)機輸送到溶(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)罐，用去離子水溶(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)成(cheng)質量(liang)(liang)分(fen)(fen)數(shu)約為50%的尿素(su)(su)(su)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液，通過給(gei)料(liao)泵(beng)(beng)輸送到儲罐；之后尿素(su)(su)(su)溶(rong)(rong)(rong)(rong)液經給(gei)料(liao)泵(beng)(beng)、計量(liang)(liang)與分(fen)(fen)配裝置、霧化噴嘴等進入高溫(wen)分(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)室，在(zai)350℃～650℃分(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)生成(cheng)NH3、H2O和CO2，分(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)產物經氨噴射(she)系統進入SCR系統。其化學(xue)，反應方程式：

根(gen)據化(hua)學動力學分析，上(shang)述反應式(shi)(2)需要在(zai)催(cui)(cui)化(hua)劑存條件(jian)下才能發生。但一(yi)般熱解(jie)(jie)工藝中，熱解(jie)(jie)爐內(nei)沒有(you)設置(zhi)催(cui)(cui)化(hua)劑。因此，在(zai)熱解(jie)(jie)室內(nei)只(zhi)進行(xing)式(shi)(1)所示反應，式(shi)(2)反應會(hui)(hui)在(zai)SCR反應器中進行(xing)。這會(hui)(hui)降低NH3產(chan)量(liang)，增加尿素消耗量(liang)。

1.2 水解制氨技術

普通(tong)尿(niao)素(su)(su)(su)水解(jie)制(zhi)氨(an)系統(tong)(tong)主要設備有(you)尿(niao)素(su)(su)(su)溶解(jie)罐(guan)、尿(niao)素(su)(su)(su)溶解(jie)泵、尿(niao)素(su)(su)(su)溶液儲罐(guan)、尿(niao)素(su)(su)(su)溶液給(gei)(gei)料泵及尿(niao)素(su)(su)(su)水解(jie)制(zhi)氨(an)模塊等。尿(niao)素(su)(su)(su)顆粒加入到(dao)溶解(jie)罐(guan)，用(yong)去離子水將其(qi)溶解(jie)成(cheng)質量分(fen)數為40%-60%的尿(niao)素(su)(su)(su)溶液，通(tong)過溶解(jie)泵輸(shu)送到(dao)儲罐(guan)；之后尿(niao)素(su)(su)(su)溶液經給(gei)(gei)料泵、計量與分(fen)配(pei)裝(zhuang)置(zhi)進入尿(niao)素(su)(su)(su)水解(jie)制(zhi)氨(an)反(fan)應(ying)器，在反(fan)應(ying)器中尿(niao)素(su)(su)(su)水解(jie)生成(cheng)NH3、H2O和(he)CO2，產物經由氨(an)噴射系統(tong)(tong)進入SCR脫硝(xiao)系統(tong)(tong)。其(qi)化學反(fan)應(ying)式(shi)為：

水(shui)(shui)解反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)內的尿(niao)(niao)素(su)溶液濃(nong)度(du)(du)可達(da)到40%～50%，氣(qi)(qi)液兩相平(ping)衡體系(xi)(xi)的壓力約為0.48 MPa～0.6 MPa，溫度(du)(du)約為150℃～170℃。水(shui)(shui)解反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)中產生(sheng)出來(lai)的含氨氣(qi)(qi)流先(xian)進入(ru)計量(liang)模(mo)塊，然后(hou)被鍋爐熱(re)一次風稀釋后(hou)進入(ru)氨氣(qi)(qi)-煙氣(qi)(qi)混合(he)(he)系(xi)(xi)統(tong)。飽和(he)蒸汽通過盤管的方(fang)式(shi)進入(ru)水(shui)(shui)解反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)，飽和(he)蒸汽不與(yu)尿(niao)(niao)素(su)溶液混合(he)(he)，通過盤管回流，冷凝水(shui)(shui)由疏水(shui)(shui)箱、疏水(shui)(shui)泵(beng)回收。該反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)是尿(niao)(niao)素(su)生(sheng)產的逆反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)。反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)速率(lv)是溫度(du)(du)和(he)濃(nong)度(du)(du)的函數(shu)。反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)所需熱(re)量(liang)可由電廠輔助蒸汽或(huo)電加(jia)熱(re)提(ti)供。

1.3 兩種技術對(dui)比

兩種技術對比如表1所示。

2 尿素法脫硝設(she)計

在(zai)燃(ran)用當前常用煤質條(tiao)件下，查看煙(yan)(yan)氣(qi)量(liang)(liang)的歷(li)史數(shu)據與實(shi)測結果(guo)的對比分析，考(kao)慮到機(ji)組(zu)未來的燃(ran)煤的適應性(xing)以及脫硝運行的可靠性(xing)，本次尿(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)(su)改(gai)造工(gong)程的煙(yan)(yan)氣(qi)量(liang)(liang)設(she)計(ji)(ji)參數(shu)與超(chao)低排放改(gai)造確(que)定的煙(yan)(yan)氣(qi)量(liang)(liang)保持一致，進行尿(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)(su)量(liang)(liang)計(ji)(ji)算和運行成本估算。一期機(ji)組(zu)SCR脫硝入口濃(nong)(nong)度(du)原設(she)計(ji)(ji)700 mg/m3，出口NOx濃(nong)(nong)度(du)為(wei)40 mg/m3(集團要求(qiu)不超(chao)過40 mg/m3為(wei)達標)，煙(yan)(yan)氣(qi)流(liu)量(liang)(liang)為(wei)1179300m3/h(標態，干基，6%O2)計(ji)(ji)算供(gong)氨(an)(an)(an)量(liang)(liang)。二期機(ji)組(zu)SCR脫硝入口濃(nong)(nong)度(du)原設(she)計(ji)(ji)650 mg/m3，出口NOx濃(nong)(nong)度(du)為(wei)40 mg/m3，煙(yan)(yan)氣(qi)流(liu)量(liang)(liang)為(wei)2153700 m3/h(標態，干基，6%O2)計(ji)(ji)算供(gong)氨(an)(an)(an)量(liang)(liang)。經計(ji)(ji)算：電廠超(chao)低排放改(gai)造運行一期2×350 MW機(ji)組(zu)至少需液氨(an)(an)(an)耗(hao)量(liang)(liang)為(wei)581 kg/h，二期2×660 MW機(ji)組(zu)氨(an)(an)(an)耗(hao)量(liang)(liang)為(wei)981 kg/h，四臺(tai)機(ji)組(zu)總(zong)(zong)氨(an)(an)(an)耗(hao)量(liang)(liang)為(wei)1561 kg/h。相應計(ji)(ji)算尿(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)(su)耗(hao)量(liang)(liang)，一期兩臺(tai)機(ji)組(zu)尿(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)(su)需求(qiu)量(liang)(liang)為(wei)1024.7 kg/h，二期兩臺(tai)機(ji)組(zu)尿(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)(su)需求(qiu)量(liang)(liang)為(wei)1730.9 kg/h，四臺(tai)機(ji)組(zu)總(zong)(zong)尿(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)(su)耗(hao)量(liang)(liang)為(wei)2756 kg/h，尿(niao)(niao)(niao)(niao)素(su)(su)年消耗(hao)總(zong)(zong)量(liang)(liang)為(wei)15156噸。

首先(xian)根據(ju)煙(yan)(yan)氣量的(de)(de)歷(li)史數據(ju)與(yu)實測(ce)結果的(de)(de)對比(bi)分(fen)析，考慮到機組未來(lai)的(de)(de)燃煤(mei)的(de)(de)適(shi)應性(xing)以(yi)及脫硝運行(xing)(xing)的(de)(de)可靠性(xing)，本次尿(niao)(niao)素(su)改(gai)造工(gong)程的(de)(de)煙(yan)(yan)氣量設計參(can)(can)數與(yu)超低排放改(gai)造確定的(de)(de)煙(yan)(yan)氣量保持一致，進行(xing)(xing)了(le)(le)(le)尿(niao)(niao)素(su)量計算(suan)，并以(yi)此為基礎進行(xing)(xing)了(le)(le)(le)參(can)(can)數的(de)(de)布置。然后分(fen)別對尿(niao)(niao)素(su)水解(jie)工(gong)藝方案和尿(niao)(niao)素(su)熱解(jie)工(gong)藝方案進行(xing)(xing)了(le)(le)(le)系統的(de)(de)介紹，對兩種制氨(an)工(gong)藝過程中存在的(de)(de)問題做了(le)(le)(le)對比(bi)分(fen)析。

3 投(tou)資(zi)估算及經濟評價(jia)

3.1 投資估(gu)算原則(ze)

(1)概(gai)算編制辦法、費用構成(cheng)及計(ji)算標(biao)準、費用性質和項目劃分辦法執(zhi)行國家能源(yuan)局2013年發(fa)布(bu)的《火力發(fa)電工程建設(she)預(yu)算編制與計(ji)算規定(2013版)》及有關(guan)文件。

(2)定(ding)額(e)：執行電(dian)力(li)工(gong)(gong)程(cheng)造(zao)價與定(ding)額(e)管理(li)總站定(ding)額(e)[2016]45號"關于發布電(dian)力(li)工(gong)(gong)程(cheng)計價依據(ju)營業稅改征增值稅估(gu)價表的(de)通(tong)知(zhi)"發布的(de)《2013年版(ban)電(dian)力(li)建設工(gong)(gong)程(cheng)定(ding)額(e)估(gu)價表》建筑(zhu)工(gong)(gong)程(cheng)、熱力(li)設備安(an)裝(zhuang)工(gong)(gong)程(cheng)、電(dian)氣(qi)設備安(an)裝(zhuang)工(gong)(gong)程(cheng)、調(diao)試工(gong)(gong)程(cheng)、通(tong)信工(gong)(gong)程(cheng)。

(3)材(cai)料(liao)(liao)價(jia)格(ge)：安裝(zhuang)工(gong)(gong)程(cheng)裝(zhuang)置性材(cai)料(liao)(liao)價(jia)格(ge)按照(zhao)《電(dian)力建(jian)設(she)工(gong)(gong)程(cheng)裝(zhuang)置性材(cai)料(liao)(liao)綜(zong)合預算(suan)價(jia)格(ge)》(不(bu)(bu)含稅版)計列，不(bu)(bu)足部分采(cai)用《電(dian)力建(jian)設(she)工(gong)(gong)程(cheng)裝(zhuang)置性材(cai)料(liao)(liao)預算(suan)價(jia)格(ge)》(不(bu)(bu)含稅版)，并(bing)計算(suan)主要材(cai)料(liao)(liao)市(shi)場價(jia)格(ge)(《火電(dian)工(gong)(gong)程(cheng)限額設(she)計參考造價(jia)指標(2016年水平)》)與預算(suan)價(jia)格(ge)之間(jian)的價(jia)差(cha)。

(4)人工(gong)費調整：按(an)照電(dian)(dian)力工(gong)程造價與定(ding)額(e)管理總站定(ding)額(e)[2016]50號"關于發布2013版電(dian)(dian)力建(jian)設(she)工(gong)程概(gai)預算(suan)定(ding)額(e)2016年度價格水平調整的(de)通知"附件1"電(dian)(dian)力建(jian)設(she)工(gong)程概(gai)預算(suan)定(ding)額(e)人工(gong)費調整系數匯(hui)總表"中(zhong)的(de)河(he)南(nan)省系數調整。

(5)上(shang)網電(dian)價(jia)(jia)：《國家發(fa)展改(gai)革委關于降低燃煤發(fa)電(dian)上(shang)網電(dian)價(jia)(jia)和工商(shang)業用電(dian)價(jia)(jia)格(ge)的通知》(發(fa)改(gai)價(jia)(jia)格(ge)【2015】748號(hao))及2016年(nian)6月1日起開(kai)始(shi)執行的《河南(nan)省關于2016年(nian)電(dian)價(jia)(jia)調整(zheng)問題的通知》。

3.2 投(tou)資估算結果

針對1～4號機組SCR脫硝尿素制氨改(gai)造工程，進行了工程投資估算，結果匯(hui)總于表1:

(1)尿素(su)水(shui)解制(zhi)氨方案的(de)工程總(zong)投資(zi)(zi)為4238萬元，單位投資(zi)(zi)為21元/k W。其(qi)中(zhong)，水(shui)解制(zhi)氨系統(tong)改造投資(zi)(zi)3761萬元，其(qi)它費用317萬元。

(2)尿素熱解(jie)制(zhi)氨方案的工程總投資(zi)(zi)為5375萬元，單位(wei)投資(zi)(zi)為27元/k W。其中，熱解(jie)制(zhi)氨系統(tong)改造投資(zi)(zi)4756萬元，其它費用392萬元。

(3)針(zhen)對本工(gong)程，從(cong)初次投(tou)(tou)資(zi)角度看尿(niao)(niao)素(su)水解(jie)(jie)方(fang)案(an)(an)總(zong)(zong)投(tou)(tou)資(zi)為4238萬元，尿(niao)(niao)素(su)熱(re)(re)解(jie)(jie)方(fang)案(an)(an)(煙氣換熱(re)(re)器+輔助電加熱(re)(re)工(gong)藝(yi))的總(zong)(zong)投(tou)(tou)資(zi)為5375萬元，在考慮了折舊后的水解(jie)(jie)方(fang)案(an)(an)的運行成(cheng)本也低于(yu)尿(niao)(niao)素(su)熱(re)(re)解(jie)(jie)方(fang)案(an)(an)，故推薦采用尿(niao)(niao)素(su)水解(jie)(jie)制氨方(fang)案(an)(an)。

3.3 經濟評價

還原劑(ji)改造工程(cheng)的運行成(cheng)本主要包括變動成(cheng)本、固定成(cheng)本、財務費用等，其(qi)中變動成(cheng)本和固定成(cheng)本主要為(wei)：

(1)變動成(cheng)本包括還原劑(ji)、廠用電(dian)、蒸(zheng)汽(qi)、除鹽(yan)水等。

 (2)固(gu)定成本包(bao)括資(zi)產折舊、運行管理人員工資(zi)、設備(bei)檢(jian)修預備(bei)費等(deng)。

主要，基礎數據如下：

(1)機(ji)組(zu)年利用時(shi)間這(zhe)里按(an)5500小時(shi)計。

(2)年運行維護及材料費按照設備費用的2.0%計算。

(3)增加定員：本(ben)改造工(gong)程利用(yong)現有SCR氨站工(gong)作人員不增加定員。

(4)耗品價(jia)格：尿素1800元/噸、上網電價(jia)0.365元/k W.h、低壓蒸汽170元/噸。

(5)資(zi)產折舊(jiu)年限為15年，殘值率5%，采用等額(e)直線折舊(jiu)法計算。

(6)5年以上銀行(xing)貸款(kuan)利率為4.90%。

根(gen)據以上主要計算(suan)參數，測算(suan)出煙氣脫硝系統的(de)年運(yun)行成(cheng)(cheng)(cheng)本，尿素水解(jie)制氨方案4臺機(ji)(ji)組(zu)(zu)年運(yun)行成(cheng)(cheng)(cheng)本為3562萬元，單位供電成(cheng)(cheng)(cheng)本增(zeng)加0.0035元/k W.h。變動成(cheng)(cheng)(cheng)本中(zhong)尿素消耗量成(cheng)(cheng)(cheng)本為2718萬元，當二期(qi)機(ji)(ji)組(zu)(zu)低氮燃(ran)燒器改(gai)造完成(cheng)(cheng)(cheng)后(hou)SCR入口(kou)NOx穩定運(yun)行在450 mg/m3時(shi)，此項成(cheng)(cheng)(cheng)本將會(hui)明顯節約。

4 結論

(1)根據對尿(niao)素(su)直噴熱解(jie)法、尿(niao)素(su)熱解(jie)法(煙氣(qi)換熱輔助電加熱工藝)、尿(niao)素(su)催化水(shui)解(jie)法及普通尿(niao)素(su)水(shui)解(jie)法等多個工藝的技術經濟綜合(he)比較，最終采用尿(niao)素(su)水(shui)解(jie)制氨(an)方案。

(2)尿素(su)水解(jie)制氨改(gai)造(zao)(zao)工程靜態投(tou)資(zi)為(wei)4238萬(wan)元，單位投(tou)資(zi)為(wei)21元/k W。其(qi)中，水解(jie)制氨系統改(gai)造(zao)(zao)投(tou)資(zi)3761萬(wan)元，其(qi)它費(fei)用317萬(wan)元。四(si)臺機組年運行成本為(wei)3562萬(wan)元，單位供電成本增加0.0035元/k W.h。

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