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固体尿素直喷SNCR脱硝技术经济分析

更新时间:2009-03-28

随着国家对大气污染物排放要求的提高,原有脱硝装置的排烟已经不适应新的环保要求,需进行提标处理。目前对现有装置进行升级改造脱硝的方案主要有[1]:①已有SNCR装置但未上SCR装置,可增加SCR装置,形成SNCR+SCR联合脱硝;②已有SCR装置,则增加催化剂量,提高SCR装置脱硝效率,或增加SNCR装置,形成SNCR+SCR联合脱硝,提高总的脱硝效率;③水泥、玻璃行业也采用SNCR或SCR装置脱硝,但其排放ρ(NOx)分别为400 mg/m3和700 mg/m3,其排放标准与火电相比相差10~20倍,有很大的提升空间。上述技术方案中,都没有对脱硝剂形式提出改进,笔者介绍用固体尿素直喷SNCR脱硝技术,并进行了经济分析。

1 现有脱硝装置存在的不足

1.1 SNCR脱硝

目前SNCR脱硝剂常用氨水或尿素溶液,采用侧装式双介质高压雾化喷枪,使氨水或尿素溶液雾化,并与高温烟气接触汽化、分解,再依靠扩散、烟气流动,使NH3与NOx混和,但存在如下不足:

3) 普通硅酸盐水泥对Pb的稳定机制为包裹、吸附和沉淀作用,改性磷矿渣稳定对Pb的稳定机制为生成难溶的氟磷氯铅矿沉淀.

1)在液体雾化过程中,喷枪附近烟气温度降低,喷枪有时存在雾化不足现象,部分液滴会向下滴落或上飘到水冷壁上,引起水冷壁管道腐蚀穿孔,需停炉检修,这种现象在SNCR脱硝装置上已有报导[1-2];雾化液滴越细,液滴穿透力越弱,液滴越快被汽化,汽化后的NH3已没有穿透力,会随汽化区域的烟气带走,特别是循环流化床锅炉,喷枪安装在旋风筒入口,烟气流速达到20 m/s以上,喷枪雾化的液滴很快被烟气带走,如果没有后续旋风筒的旋流混和作用,NH3与NOx混和效果会更差。

2)对煤粉炉SNCR脱硝,虽然烟气流速比较低,但炉膛尺寸较大,喷枪喷射的距离有限;喷枪数量有限,喷枪与喷枪之间距离较大,水冷壁表面烟气扰动差,NH3与NOx混和完全依靠气体扩散完成;因此,出现混和不均现象。故煤粉炉SNCR脱硝效率通常在20%~40%,且炉体截面越大,脱硝效率越低。如能解决喷枪喷射距离限制、喷枪数量的限制,并增加烟气扰动装置,煤粉炉SNCR脱硝效率会有较大提高。

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1.2 SCR脱硝

在现有SCR脱硝装置基础上提效改造用增加催化剂量的办法,虽然可以提高脱硝效率,但催化剂活性、寿命有限,需定期活化、更换,且废催化剂属于危险废弃物(HW49其他废物),需要较高的处置费用;SCR脱硝也增加了烟气系统阻力,增加了装置运行电耗。SCR脱硝还存在硫酸氢铵堵塞空气预热器的问题[1]。水泥、玻璃行业的碱性烟尘对催化剂的寿命还有一定影响。因此,SCR脱硝装置运行费用并不低。

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2 固体尿素直喷SNCR脱硝技术

根据以上技术分析,现对已采用该技术实现超低排放的某化工公司220 t/h锅炉烟气进行固体尿素直喷SNCR(方案1)和常规SCR(方案2)进行经济比较。烟气条件见表1。

该技术可减少因还原剂及水汽化吸热造成小范围内烟气温度下降,不存在水冷壁管道腐蚀问题。固体尿素粒径较大,在喷射过程中穿透力强,穿透距离可以根据锅炉大小、喷射区域来利用压缩空气进行合理调节,混和效果更好,对大截面的煤粉炉、窑炉更适用。固体尿素以工业尿素为基体,在尿素表面包裹一层活性物,确保尿素完全分解。不同环保公司的固体尿素配方有一定差别,有效氨基(w)从45%~85%不等,但脱硝效果差不多,都能使NOx排放质量浓度降到30 mg/m3以下,且氨逃逸质量浓度低于10 mg/m3

3 经济分析

固体尿素直喷SNCR脱硝是采用固体尿素直喷代替氨水、工业尿素作还原剂,进行SNCR脱硝。

3.1 2种技术方案的主要工艺设备

2种脱硝技术方案对应的主要工艺设备配置见表2。

 

表1 烟气条件参数

  

   项 目数值备注设计烟气量(湿)/(m3·h-1)260000炉膛出口烟气温度/℃850~1000脱硝前ρ(NOx)/(mg·m-3)260干基,φ(O2)6%脱硝后ρ(NOx)/(mg·m-3)≤25干基,φ(O2)6%

 

表2 2种脱硝技术方案主要工艺设备配置

  

方案1设备数量/台(套)方案2设备数量/台(套)尿素料仓1尿素斗提机1旋转给料机2尿素溶解罐1旋转打散机2溶解罐搅拌机1仓泵2尿素溶液输送泵2仓泵搅拌机2尿素浓溶液储罐1旋转给料机2溶液喷射泵2罗茨风机2尿素热解系统1喷枪10高温稀释风机2喷射系统1SCR反应器及支架1吹灰系统1

图3为固体尿素价格按2 500元/t计算,不同运行寿命内2种方案总投资之差比较。

3.2 2种技术方案的投资比较

目前几乎所有电厂的排放ρ(NOx)都低于100 mg/m3,因此即使固体尿素价格很高,但与SCR的总投资相比,固体尿素直喷SNCR硝脱还是有很大的优势。

3.3 不同运行年限总投资对比

现分别按装置运行10,15,20,25,30年的运行寿命,在不同NOx浓度下总投资之差(方案1-方案2)的费用比较。方案1脱硝改造时基本不影响机组发电量;方案2脱硝改造内容多,占地面积大,按影响企业发电量2个月时间考虑(配套50 MW机组)。企业人员工资按6 000元/月、总员工人数按100人考虑。固体尿素价格分别按3 500,3 000,2 500,2 000元/t计算,工业尿素价格按1 600元/t计,催化剂价格按13 000元/m3计,催化剂寿命按10年计,催化剂10年运行期间进行2次活化。水泥、玻璃行业的低温催化剂价格50 000元/m3计,且寿命短一些。

图1为固体尿素价格按3 500元/t计算,不同运行寿命内2种方案总投资之差比较。

  

图1 不同运行寿命内2种方案总投资费用之差比较

由图4可见:10,15,20,25,30年的运行寿命内,投资平衡点ρ(NOx)分别为2 400,1 800,1 550,1 400,1 250 mg/m3。当ρ(NOx)低于1 250 mg/m3时,在所有运行寿命内,方案1的总费用比方案2低。

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在水泥、玻璃行业,NOx排放浓度都很高,如平板玻璃烟气ρ(NOx)有时可高达2 g/m3以上,在GB 26453—2011《平板玻璃工业大气污染物排放标准》中规定排放ρ(NOx)≤700 mg/m3;水泥窑炉烟气ρ(NOx)在300~2 200 mg/m3,在GB 4915—2013《水泥工业大气污染物排放标准》中规定排放ρ(NOx)≤400 mg/m3。水泥、玻璃行业排放标准与火电厂相比,相差10~20倍,跟火电厂未脱硝前的浓度差不多,究其原因可能是行业经济基础有差别,水泥、玻璃行业属于重污染微利行业,环保投入有限,国家制定排放标准要求时有所考虑。但其排放的NOx对环境的危害同火电厂排出的NOx危害是相同的,因此,水泥、玻璃行业的NOx排放标准有很大的提高空间和环境要求,排放ρ(NOx)≤400 mg/m3及700 mg/m3适应不了新的环保形势,有必要进一步脱硝,而固体尿素直喷SNCR硝脱技术在这一浓度区也有很大的优势。

  

图2 不同运行寿命内2种方案总投资费用之差比较

由图2可见:10,15,20,25,30年的运行寿命内,投资平衡点ρ(NOx)分别为780,600,510,450,420 mg/m3。当ρ(NOx)低于420 mg/m3时,在所有运行寿命内,方案1的总费用比方案2低。

由表2可见:方案1比方案2的主要工艺设备数量少,因而流程短、占地面积小。

  

图3 不同运行寿命内2种方案总投资费用之差比较

由图3可见:10,15,20,25,30年的运行寿命内,投资平衡点ρ(NOx)分别为1 150,880,750,680,620 mg/m3。当ρ(NOx)低于620 mg/m3时,在所有运行寿命内,方案1的总费用比方案2低。

图4为固体尿素价格按2 000元/t计算,不同运行寿命内2种方案总投资之差比较。

在式(7)和式(8)中:w(j,k)为待处理系数,为公式处理之后的系数.sign(·)为符号函数,λ为阈值规则计算出来的阈值.

  

图4 不同运行寿命内2种方案总投资费用之差比较

由图1可见:10,15,20,25,30年的运行寿命内,投资平衡点ρ(NOx)分别为580,450,380,340,310 mg/m3。当ρ(NOx)低于310 mg/m3时,在所有运行寿命内,方案1的总费用比方案2低。

3.4 不同固体尿素价格与运行寿命下总费用齐平点分析

图5为不同固体尿素价格与运行寿命下总费用齐平点比较。

  

图5 不同尿素价格与运行寿命下总费用齐平点关系

由图5可见:随着装置设计运行寿命期的缩短,2种方案总费用齐平点NOx浓度上升,即装置设计运行寿命期缩短,尿素直喷SNCR脱硝方案越适用,固体尿素价格越低越适用尿素直喷SNCR脱硝。

根据表2设备配置情况,脱硝方案1投资成本估算为150万元,方案2投资成本估算为1 000万元,方案1的投资成本是方案2的15%左右,因此尿素直喷SNCR脱硝有十分明显的初次投资优势。

图2为固体尿素价格按3 000元/t计算,不同运行寿命内2种方案总投资之差比较。

4 结论

1)已运行装置实践证明固体尿素直喷SNCR脱硝技术能实现锅炉的NOx超低排放目标。

2)固体尿素直喷SNCR脱硝技术克服了用氨水、尿素溶液做还原剂的SNCR脱硝中存在的问题,且投资费用比SCR脱硝低很多。

3)通过技术经济比较,运行年限短、原始NOx较低时固体尿素直喷SNCR脱硝技术更有优势,固体尿素价格越低,优势越明显。

4)固体尿素直喷SNCR脱硝技术不仅适用于火电厂,也适用于含碱性烟灰的水泥、玻璃行业。

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参考文献

[1] 胡振广,张晨,延宗昳.SNCR脱硝技术中水冷壁腐蚀问题的研究及对策[J].中国新技术新产品,2010(2):127-128.

伴随以上举措开展的,是其后数年间,合理用药、新技术管理、手术分级、患者安全目标和安全生产责任划定等工作。“在2012年启动的等级医院评审评价工作中,《三级综合医院评审实施细则》里,患者安全是核心条款。”张伟介绍,针对以上要求,南大一附院迅速跟进,制定标准,逐条落实,涉及安全类的核心条款要求100%达标,在制度完善、人员培训和信息化建设、职能科室监管和相关奖励方面予以全面落实。

[2] 常波.SNCR脱硝技术中水冷壁腐蚀问题的研究及对策[J].华东科技:学术版,2016(3):19.

[3] 陶泽.SCR法烟气脱硝改造后基硫酸氢铵造成的空预器堵塞治理实践[J].山东工业技术,2016(23):14-16.

围绕“生态优、村庄美、产业特、农民富、集体强、乡风好”的总目标,5个村均制定了《特色田园乡村建设试点工作方案》,坚持问题导向,确立建设任务,排出了2018—2019年的具体建设项目。2018年8月,首批省级试点丹徒区世业镇3个村庄25个项目全部启动。

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高原,高劲豪
《硫酸工业》 2018年第03期
《硫酸工业》2018年第03期文献

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