1 前言
某大型化工公司热电厂配置2台75t/h 、1台130t/h、1台2 4 0 t/ h循环流化床锅炉，1台1 2MW汽轮发电机组，为全公司数套化工生产装置供3种不同规格的蒸汽和部分电力。其中2台75t/ h、1台24 0t/ h锅炉原始排放NOx浓度在20 0～3 50mg/Nm3(干态，6%氧气)，1台130t/ h锅炉在现有的原始排放NOx浓度500～600mg/Nm3(干态，6%氧气)。按照《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定：自2014年7月1日起，现有火力发电锅炉及燃气轮机组，现有循环流化床火力发电锅炉NOx排放值应控制在200mg/Nm3以内。因此进行锅炉脱硝技术应用研究，选择合适的脱硝技术实施改造已迫在眉睫。
2 锅炉烟气脱硝及氨水制备技术路线的选择
2.1 锅炉烟气脱硝技术路线的选择
在锅炉脱硝技术的选择上，通过对主要烟气脱硝工艺技术进行分析、比较、研究，根据不同的脱硝工艺技术特点，结合循环流化床锅炉NOx排放的具体情况，确定采用适合循环流化床锅炉的SNCR脱硝技术。SNCR脱硝工艺技术原理是在炉膛或烟道合适温度(850～1000℃)的位置喷入氨基还原剂(或尿素)，无需催化剂，利用还原剂释放出的N H 3将烟气中的NOx还原为无害的N 2和H 2O。因循环流化床锅炉炉膛温度较低，在850～9 00℃之间，燃烧生成的氮氧化物主要是燃料氮氧化物，一般在300mg/Nm3左右。循环流化床锅炉采用SNCR脱硝技术即可获得70%以上的脱硝效率，满足NOx实际排放浓度低于100mg/Nm3的排放要求，且SNCR技术对炉内工况基本无影响，并具有投资小，运行成本低特点，非常适用于循环流化床锅炉。
2.2 氨水制备技术路线的选择
SNCR脱硝技术所用的还原剂一般为液氨、氨水和尿素等，在脱硝还原剂的选择上，综合考虑还原剂的储存条件、储存方式、制备过程中操作与控制、成本等因素，结合公司现有液氨储存系统和管理经验，及液氨稀释技术的发展情况，确定脱硝剂使用20%浓度左右的氨水，并采用以超级吸氨器为主体组成的液氨稀释系统来制备。
2.2.1 传统液氨制备氨水工艺技术
由于液氨与水生成氨水是一个放热过程，放出的热量会使液氨气化，要产生液击现象，因此传统的液氨制氨水工艺是先将液氨气化，然后用强化器循环吸收制为氨水。国内大部分工业氨水生产装置都是采用排管式换热器，这种装置不能一次性制备出合格氨水，需要2台30kW左右的氨水泵，两个大的氨水制备贮槽及大量的冷却水，不断进行循环吸收，历时2h才能制备出合格氨水。其特点为：生产出合格产品需要时间长、电耗高、产量低、设备占地面积大，生产环境差。也有企业将排管式换热器改为液氨蒸发器石墨降膜吸收塔，较之排管式换热器有一定的改良，环境要好一点，但能耗大、冷却水用量大、设备多，生产强度受水温影响较大。
一部分生产量较少的装置，采用多个可承压贮槽串联吸收液氨，各贮槽需要采用阶梯型布置或槽之间串氨水泵，通入液氨，再进行静置降温后使用。还有一部分氨水用量很少的氨水用户，采用的是非常原始的方法，就是用水淋方式将液氨汽化，再直接通入软水中或去离子水中吸收，该方法氨的损失较大。
以上传统液氨制备氨水的工艺，或因为受温度的限制，生产设备多、生产周期长且要占用相当大的场地，设备故障率相对较很高，或系统相对较为简单，但氨损失均相当严重，生产现场气味很大，操作工人的身体易受到伤害。
2.2.2 以超级吸氨器为主体组成的液氨稀释系统技术
以超级吸氨器为主体组成的液氨稀释系统，其生产原理为：软化水、液氨按比例进入超级吸氨器，直接不循环吸收得到所需浓度的工业氨水。该系统不再需要循环制备增浓，单程即可制备浓度高达30%的氨水，可与SNCR脱硝主体工程的氨水输送系统统一整体布置。
2.2.3. 超级吸氨器的工作原理
液氨稀释系统的核心设备超级吸氨器，是一种超速反应吸氨器，可以将液氨与工艺水按比例快速混合不循环吸收为用户提供所需浓度的氨水，其工作原理见图1。超级吸氨器内部结构为板式换热器，材质是不锈钢的，本体为密闭结构，其内部设有隔板，将吸氨器本体隔为三个空间，并在隔板底部相连通，每个空间相当于一个换热器，每个换热器均由数片波板组合而成，每个换热器均有相互交错隔离的两个流道，分别输送两种不同的换热介质。第3换热器上端的吸氨器本体上设有脱盐水进口，在脱盐水入口一端设有氨气进口、循环冷却水出口，连接氨气进口设有带孔的喷氨管和氨水分布器，便于氨水均匀分布进入换热器内。
成品氨水出口设置在第2换热器上，第1换热器设有液氨进口和循环冷去水进口。液氨从设备液氨进口进入后，被均匀的分配到波纹板换热器中，在换热器中液氨与循环水换热气化，气化后的氨通过入喷氨管与脱盐水混合，并通过氨水分布器均匀地进换热器内。超级吸氨器采用分布器多点注氨，形成多界面的高效混合过程，大大加快了液氨溶解的速度，提高氨水制备效率。为了达到更好注入效果，需要在氨水分布器的分配支管上适当开孔，这样能有效保证混合效果。通过在设备进水口设置脱盐水调节阀门来控制脱盐水的流量，利用脱盐水水流量调节配置不同浓度的氨水。液氨溶解于水的过程中将产生大量的热量，用循环冷却水将液氨溶解过程中产生的热量移走，得到浓度30%以下的任何浓度合格的氨水。
超级吸氨器是一种既环保又节能的生产设备，其特点为：①混合的过程与移热的过程同时进行，设备紧凑，体系温度稳定，氨水浓度控制灵活，不会出现超温超压现象，设备运行安全。②超级吸氨器内部结构为板式换热器，运行安全可靠。③占地面积少，主体为1个长、宽不到1m，高2m左右的箱体。