SNCR工艺采用氨水及尿素作为脱硝剂的效率比较

1、前言：　

随着我国经济的发展，在能源消费中带来的环境污染也越来越严重。其中，大气烟尘、酸雨、温室效应和臭氧层的破坏已成为危害人民生存的四大杀手。燃煤烟气所含的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质是造成大气污染、酸雨和温室效应的主要根源。由于氮氧化物的总量和在大气污染物中的比重不断上升，并有可能取代二氧化硫成为大气中的主要污染物。因此今年国家及地方均加强了对氮氧化物排放控制，新修订的《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485—2014）中氮氧化物的日均排放标准从400mg/m3收严至250mg/m3，并将于2016年1月1日在全国实施，因此已建成的垃圾焚烧厂进行脱硝改造势在必行，本文就焚烧厂两种主要的脱硝工艺进行浅析阐述。
　　2、项目背景
　工程总投资为550万元RMB；采用工艺为：SNCR；采用脱硝剂为：氨水；脱硝效率：>50%。二期脱硝工程与主体工期同步配套建设，于2012年4月开工，于2013年1月完成调试并投产，工程总投资为1388万元RMB；采用工艺为：SNCR；采用脱硝剂为：尿素；脱硝效率：>50%。
　　3、SNCR脱硝工艺的优点
　　1）系统简单：不需要改变现有锅炉的设备设置，而只需在现有的焚烧炉基础上增加氨或尿素储槽，氨或尿素喷射装置及其喷射口即可，系统结构比较简单。系统工艺如下：
　　2）系统投资小：相对于SCR，由于系统简单以及运行中不需要昂贵的催化剂而只需要廉价的尿素或液氨，所以SNCR造价显然更适合我国国情；
　　3）阻力小：对锅炉的正常运行影响较小；
　　4）系统占地面积小：需要的较小的氨或尿素储槽，可放置于锅炉钢架之上而不需要额外的占地预算。
　　4、两种工艺的脱硝机理：
　　选择性非催化还原（SelectiveNon-CatalyticReduction，以下简写为SNCR）脱除NOx技术是把含有NHx基的还原剂(如氨气、氨水或者尿素等)喷入炉膛温度为800℃~1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。
　　1)、采用NH3作为还原剂，在温度为900℃~1100℃的范围内，还原NOx的化学反应方程式主要为：
　　4NH3+4N0+O2 ?4N2+6H2O ①
　　4NH3+2N02+O2?3N2+6H2O ②
　　2）、采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应为：
　　2(NH2)2CO+2N02+O2?3N2+2CO2+4H2O①
　　2(NH2)2CO+4N0+O2?4N2+2CO2+4H2O②
　　3）、目前尿素合成工艺主要以氨及二氧化碳为原料，其反应方程式如下：
　　CO2+2NH3=NH2COONH2          ①
　　NH2COONH2=H2NCONH2+H2O ②
　　由此可见，不管是采用氨水脱硝还是尿素脱硝，其根本反应实质仍为NH3与NOx的反应。
　　5、两种工艺的物耗计算：
　　以未进行脱硝时，垃圾焚烧厂的氮氧化物为400mg/m3，脱硝后按GB18485-2014限值250 mg/m3计算。
　　1Nm3的烟气中含有氮氧化物（以NO2计）为400mg（8.695*10-3mol）的NO2，根据GB18485-2014版的排放限值，最终处理后的烟气中的NO2不得超过240mg，即NO2的含量不得超过5.217*10-3mol。则由SNCR脱硝法处理的NO2的量至少为160mg（3.478*10-3mol）。
　　1)、当以氨气为还原剂时，根据4NH3+2N02+O2? 3N2+6H2O 算得最少需要氨气为2*3.478*10-3mol，即118.25mg。考虑到实际脱硝率为65%，即需氨181.53mg，需25%氨水726.12mg.
　　2）、当以尿素为还原剂时，根据2(NH2)2CO+4N0+O2?4N2+2CO2+4H2O 算得最少需要尿素为2*3.478*10-3mol，即417.35mg。考虑到实际脱硝率为65%，即需95%一级品尿素675.87mg。考虑到使用尿素脱硝还收尿素分解为氨的分解率影响，实际尿素耗量应为700mg以上。
　　根据目前25%氨水价格为1500元/吨，95%尿素价格为3000元/吨，故处理相同氮氧化物氨水与尿素的物料成本比为（726.12*1500）/（700*3000）=0.51:1。
　　6、两种SNCR工艺的比较

　　7、两种SNCR工艺的选用总结
　　综上所述：
　　a) 无论采用氨水还是尿素进行脱硝，其实质与氮氧化物反应的均为氨。由于尿素合成使用氨水及二氧化碳为原料，因此从宏观资源利用及环保角度考虑，使用尿素作为脱销剂存在资源重复浪费及重复污染现象。
　　b) 使用氨水的生产成本远低于尿素。
　　c) 使用氨水的维护量及人工量少于尿素。
　　d) 使用氨水存在需按危险化学品管理，这也是目前各企业选择尿素作为脱销剂的主要出发点。然而国家危险化学品名录未将低浓度氨水列入；再则尿素的合成使用氨气，焚烧厂使用尿素是将管理风险及污染风险转嫁到上游企业，从国家宏观管理上不应提倡。
　　因此，从目前国家国情及企业效益来讲，垃圾焚烧厂在进行SNCR工艺选择上，应优先选择以氨水为原料，并同步严格氨水的管理。