尿素?zé)峤饧夹g(shù)在鍋爐煙氣脫硝工程中的應(yīng)用介紹

王 瑩

（北京洛卡環(huán)保技術(shù)有限公司，中國 北京 100000）

0 背景

選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)最早在美國獲得專利，于20世紀(jì)70年代末首先在日本應(yīng)用于燃?xì)夂腿加湾仩t，于80年代初用于燃煤鍋爐低塵與高塵環(huán)境，于80年代中后期在歐洲經(jīng)過示范試驗(yàn)后開始商業(yè)推廣，于90年代初進(jìn)入美國市場(chǎng)。繼日本和歐洲之后，美國于上世紀(jì)末期開始大范圍安裝煙氣脫硝裝置，代表了當(dāng)前世界范圍內(nèi)煙氣脫硝技術(shù)水平，其脫硝還原劑制備工藝的選型、設(shè)計(jì)與應(yīng)用等方面的經(jīng)驗(yàn)值得國內(nèi)借鑒。

液氨、氨水及尿素均可作為煙氣脫硝還原劑，隨著脫硝還原劑儲(chǔ)存、制備及供應(yīng)技術(shù)的日漸成熟，脫硝還原劑的選擇主要從安全與經(jīng)濟(jì)角度考慮。盡管國外以液氨為還原劑的電站鍋爐煙氣脫硝工程至今未出現(xiàn)嚴(yán)重的氨泄漏事故，但由于從地方管理部門獲得液氨的使用與運(yùn)輸許可證越來越困難，安全防范要求越來越嚴(yán)，相應(yīng)的安全成本越來越大，因此，氨水和尿素證越來越多地作為脫硝還原劑使用。

目前，國內(nèi)已經(jīng)有多家電廠在脫硝工程中采用尿素?zé)峤饧夹g(shù)，并且取得了成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1 尿素?zé)峤饧夹g(shù)

目前通用的尿素?zé)峤饧夹g(shù)基于美國Fule Tech公司設(shè)計(jì)的尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)。

1.1 尿素?zé)峤庠?/h3>

尿素?zé)峤夥磻?yīng)過程是將高濃度的尿素溶液噴入熱解爐，在溫度為350-650℃的熱煙氣條件下，液滴蒸發(fā)，得到固態(tài)或者熔化態(tài)的尿素，純尿素在加熱條件下分解和水解，最終生成NH3和CO2，NH3作為脫硝還原劑送入反應(yīng)器內(nèi)，在催化劑作用下有選擇性地將NOx還原成N2和H2O。熱解主要反應(yīng)總式可表示為：

目前普遍認(rèn)為尿素?zé)峤庵瓢钡纳煞秩綄?shí)現(xiàn)：（1）尿素水溶液蒸發(fā)析出尿素顆粒；（2）尿素?zé)峤馍傻任镔|(zhì)的量的氨氣和異氰酸（HNCO）；（3）異氰酸進(jìn)一步水解生成等物質(zhì)量的氨氣和二氧化碳。主要反應(yīng)式可表示為：

1.2 主要工藝流程

圖1 尿素?zé)峤庵瓢惫に嚵鞒虉D

尿素?zé)峤夤に嚨某Ｓ昧鞒虨椋耗蛩仡w粒儲(chǔ)存于儲(chǔ)倉，由稱重給料機(jī)輸送至尿素溶解罐，用除鹽水將固體尿素溶液成50%的尿素溶液（需外部加熱，保證尿素溶液的溫度在30℃以上），尿素溶液經(jīng)由給料泵、循環(huán)系統(tǒng)、計(jì)量分配裝置、霧化噴嘴等進(jìn)入絕熱分解室（熱解爐），稀釋空氣經(jīng)加熱也進(jìn)入到分解室。霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內(nèi)分解，生產(chǎn)的分解產(chǎn)物為氨氣和二氧化碳，分解產(chǎn)物經(jīng)由氨噴射系統(tǒng)進(jìn)入脫硝煙道。圖1為目前國內(nèi)應(yīng)用較多的尿素?zé)峤庵瓢惫に嚵鞒獭?/p>

熱解室可利用燃油、燃?xì)?、電源、高溫蒸?煙氣等作為熱源來完全分解尿素。在所要求的溫度（如350-650℃）下，熱解爐需要提供足夠的停留時(shí)間，以確保尿素到氨的100%轉(zhuǎn)化率。

熱解爐的容積是依據(jù)尿素分解所需要的體積來確定。熱空氣將通過加熱器控制裝置以維持適當(dāng)?shù)哪蛩胤纸鉁囟?。尿素?jīng)過噴射器注入到熱解爐，尿素的添加量由SCR反應(yīng)器氨需量來決定。系統(tǒng)在熱解爐出口處提供氨氣/空氣混合物。氨氣/空氣混合物中的氨體積含量小于5%。

2 應(yīng)用舉例

某電廠2×300MW機(jī)組鍋爐由哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)制造，為HG-1060/17.5-HM型亞臨界壓力一次中間再熱自然循環(huán)、單爐膛、П型布置、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣煤粉爐。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷(即BMCR工況)為設(shè)計(jì)參數(shù)，鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為1060t/h；機(jī)組電負(fù)荷為300MW(TRL工況)時(shí)，鍋爐的額定蒸發(fā)量為1008.8t/h。由于出口煙氣中NOx值超出國家排放標(biāo)準(zhǔn)，委托國內(nèi)某公司對(duì)其進(jìn)行脫硝改造。脫硝系統(tǒng)入口參數(shù)見表1。

表1 脫硝系統(tǒng)入口煙氣參數(shù)表

將分析比較，最終采用尿素?zé)峤獍l(fā)進(jìn)行此次脫硝改造，在設(shè)計(jì)工況下，單臺(tái)爐氨需量按170kg/h進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)計(jì)算得到尿素耗量為306kg/h，尿素?zé)峤獠捎缅仩t熱一次風(fēng)（壓力：8kPa，溫度：300℃），風(fēng)量設(shè)計(jì)值為6500Nm3/h，用電加熱器將一次風(fēng)加熱到約600℃，電加熱器功率750kW。該電廠脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（表2）表明，脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后達(dá)到了理想的脫硝效率。

表2 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行記錄

采用尿素?zé)峤夥?，煙氣中Nox含量均達(dá)到了國家排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期的脫硝效率。

3 應(yīng)用中容易出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和應(yīng)對(duì)策略

3.1 熱源耗能大、運(yùn)行費(fèi)用高

尿素?zé)峤庋b置在運(yùn)行過程中，依托熱源加熱空氣，無論采用燃油、燃?xì)膺€是電源，消耗量始終較大，分析其原因主要是稀釋風(fēng)溫度低、流量大。并且由于系統(tǒng)氨需量大，尿素?zé)峤馕蛰^大的熱量，需要提供的熱量就越多。

相對(duì)于燃油，燃?xì)夂碗娫矗捎酶邷卣羝?煙氣作為熱源是電廠最容易接納的。但由于采用蒸汽/煙氣需要加裝可靠的換熱設(shè)備，目前還處于研究階段。

3.2 熱解爐尾部積物較快

熱解的兩個(gè)重要因素是足夠的熱量和較好的尿素溶液霧化效果。

熱解爐在使用過程中發(fā)生因?yàn)榈撞课补芴幠蛩胤e存過多，導(dǎo)致出口風(fēng)量減少，系統(tǒng)氨需量不夠，直接造成熱解爐停運(yùn)清理，影響脫硝裝置的可靠性。

熱解爐及其出口管道保溫設(shè)計(jì)或施工不到位，致使混合氣管道溫度低于尿素分解產(chǎn)物的逆反應(yīng)溫度，管壁產(chǎn)生尿素結(jié)晶，致使管道堵塞。運(yùn)行實(shí)踐表明，將熱解爐出口管道的保溫厚度限定在200mm以上，能有效的保證熱解系統(tǒng)的運(yùn)行。

如果熱解爐內(nèi)熱空氣的流量低或溫度低,都會(huì)造成尿素溶液得不到完全熱解而在尾部形成沉積。通過控制熱解爐尾部出口混合氣體的溫度大于320℃可以很好地解決此問題。

3.3 霧化空氣的品質(zhì)影響熱解爐的運(yùn)行

如果尿素霧化空氣品質(zhì)差,霧化空氣中含有油、水和塵,運(yùn)行時(shí)間長后容易堵塞浮子流量計(jì)，浮子流量計(jì)不報(bào)警,尿素溶液得不到霧化,直接噴入尿素?zé)峤鉅t,影響其熱解效果,尿素直接沉積到熱解爐尾管,造成堵塞?？梢愿鼡Q霧化空氣的供氣來源,將原有雜用空氣更換為儀用空氣,并定期檢查壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,及時(shí)維護(hù),保證系統(tǒng)的清潔和暢通。經(jīng)過實(shí)際使用情況表明,此辦法可以有效地解決熱解爐尾部管道沉積物堵塞的問題。

3.4 加熱介質(zhì)影響脫硝效率

由于空氣預(yù)熱器后的一次風(fēng)仍含有一定的粉塵，脫硝噴氨格柵長期運(yùn)行后，可能會(huì)造成局部的噴嘴堵塞，影響脫硝系統(tǒng)效率，建議在噴氨格柵的調(diào)節(jié)門后增加壓縮空氣吹掃裝置，定期對(duì)管道進(jìn)行吹掃。

4 結(jié)論

尿素?zé)峤饧夹g(shù)目前在國內(nèi)已經(jīng)非常成熟，已經(jīng)在多家電廠投運(yùn)并運(yùn)轉(zhuǎn)良好，達(dá)到了預(yù)期的脫硝效率。雖然存在上述問題，但只要在運(yùn)行中加以注意即可避免。隨著國家環(huán)保新政的頒布，尿素?zé)峤饧夹g(shù)將成為火力發(fā)電廠煙氣脫硝技術(shù)的主流，得到更大的推廣和應(yīng)用。

［1］郭錦濤.SCR法煙氣脫硝系統(tǒng)工程應(yīng)用[J].能源與環(huán)境,2009,05:53-57.

［2］蔡玲.SCR法煙氣脫硝技術(shù)在燃煤電廠的應(yīng)用[J].電力職業(yè)技術(shù)學(xué)刊,2011,NO.1:22-25.

［3］莊建華.SCR煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用[J].發(fā)電設(shè)備,2010,02:142-145.