火電廠煙氣脫硝煙道直噴尿素?zé)峤庵瓢惫に嚨膽?yīng)用

畢浩生　孟德鑫　叢日強(qiáng)　潘洋

摘 要：介紹煙道直噴尿素制氨工藝技術(shù)，并針對(duì)某2×100t/h鍋爐煙氣脫硝改造項(xiàng)目，具體分析煙道直噴尿素?zé)峤庵瓢惫に嚵鞒獭⒃O(shè)備特點(diǎn)及運(yùn)行情況，并對(duì)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：煙道直噴；尿素?zé)峤?；單噴嘴噴射器；脫?/p>

引言

隨著近年來超低排放要求、脫硝補(bǔ)貼電價(jià)上調(diào)、火電行業(yè)效益改善以及環(huán)境治理等多重因素，傳統(tǒng)的尿素?zé)峤庵瓢泵撓跫夹g(shù)由于所需電耗大、運(yùn)行費(fèi)用高，熱解室尾部易造成尿素結(jié)晶等因素，已成為尿素?zé)峤夤に噺V泛推廣應(yīng)用的主要障礙。針對(duì)以上問題成功開發(fā)一種高效、節(jié)能環(huán)保的脫硝技術(shù)，將尿素溶液直接噴射到高溫?zé)煔庵欣脽煔鉄崃糠纸饽蛩刂苽浒睔?，可大大?jié)省大量的電能等能源[1]。

目前該技術(shù)已完成尿素直接噴射制氨工藝技術(shù)的機(jī)理研究、實(shí)驗(yàn)室研究、工業(yè)試驗(yàn)研究（600MW機(jī)組鍋爐示范裝置）、全尺寸流場(chǎng)模擬研究等技術(shù)研發(fā)和試驗(yàn)工作，得到多項(xiàng)國(guó)家授權(quán)專利，并成功用于多臺(tái)機(jī)組的脫硝工程。

1 尿素直噴工藝技術(shù)

1.1 基本原理

1.2 工藝流程

將制備的一定濃度的尿素溶液經(jīng)循環(huán)供液泵輸送至鍋爐平臺(tái)上的計(jì)量裝置，經(jīng)計(jì)量裝置精確測(cè)量所需尿素溶液量，再由分配裝置通過設(shè)置在鍋爐煙道的單噴嘴噴射器將尿素溶液噴入煙道內(nèi)，尿素溶液噴射器組噴出的尿素液滴與煙氣混合，在煙道中被加熱并分解成氨氣。氨氣與煙氣的混合物依次穿過鍋爐省煤器、靜態(tài)混合器、煙氣導(dǎo)流板和整流格柵，進(jìn)入裝有催化劑的SCR反應(yīng)器。在催化劑作用下，氨氣與煙氣中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成無害的氮?dú)夂退瑫r(shí)脫除氮氧化物。

1.3 工藝特點(diǎn)

（1）與傳統(tǒng)尿素?zé)峤夤に囅啾?，煙道直噴技術(shù)簡(jiǎn)化了工藝系統(tǒng)，取消了電加熱/天然氣加熱等熱源，大大降低高品質(zhì)能源（電能、天然氣、一次風(fēng)等）消耗[2]，降低運(yùn)行成本；取消了熱解載體絕熱分解室及熱風(fēng)管道，降低大部分設(shè)備投資。根據(jù)鍋爐與反應(yīng)器之間的煙道實(shí)際布置情況，采用合適的流場(chǎng)混合技術(shù)，設(shè)計(jì)能夠滿足催化劑入口對(duì)煙氣/氮氧化物/氨氣等主要?dú)怏w濃度均勻性的要求的混合裝置。（2）噴射器布置在反應(yīng)器入口煙道，尋找到最適宜尿素噴射位置，提高尿素的利用率和脫硝效率根據(jù)。尿素直噴氨與煙氣混合程度比原熱解系統(tǒng)差，需在SCR入口均流裝置需要改造，需要增加渦流混合器，對(duì)煙氣與氨氣混合提供了進(jìn)一步改善的機(jī)會(huì)，保證混合均勻性。消除尿素分解不完全或低溫結(jié)晶而導(dǎo)致AIG結(jié)晶堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

2 技術(shù)應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目介紹

某2×100t/h 鏈條鍋爐為雙鍋筒自然循環(huán)低壓鍋爐，已同步配套除塵及脫硫設(shè)施建設(shè)，原設(shè)計(jì)沒有設(shè)計(jì)煙氣脫硝。根據(jù)環(huán)評(píng)批復(fù)要求，決定建設(shè)SCR法脫硝裝置，采用煙道直噴尿素?zé)峤饧夹g(shù)。入口氮氧化物濃度約500mg/m3，出口排放濃度小于200mg/m3。鑒于排放標(biāo)準(zhǔn)已向更高標(biāo)準(zhǔn)要求發(fā)展，按出口排放濃度小于100mg/m3設(shè)計(jì)，按出口排放濃度小于100mg/m3施工驗(yàn)收。

2.2 運(yùn)行情況

某2×100t/h鏈條鍋爐脫硝效率80%。該脫硝工程所用的還原劑為顆粒狀尿素，經(jīng)尿素溶解罐溶解后配置成50% wt.的尿素溶液，經(jīng)尿素輸送泵送至尿素儲(chǔ)存罐，尿素溶液從溶液儲(chǔ)存設(shè)備，經(jīng)由輸送裝置輸送到各鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)，其回流通過背壓控制閥調(diào)節(jié)，以保證提供穩(wěn)定的流量和壓力。SCR反應(yīng)器布置在鍋爐爐后和除塵器之間，室外布置。SCR區(qū)每臺(tái)鍋爐設(shè)置一套反應(yīng)器，催化劑裝填采用2層，在鍋爐燃料用設(shè)計(jì)燃料煤種100%負(fù)荷時(shí)脫硝裝置的效率80%（入口NOx濃度≤500mg/Nm3）。脫硝裝置不設(shè)煙氣旁路，本工程設(shè)置聲波吹灰裝置。

針對(duì)該項(xiàng)目催化劑上方速度分布、濃度分布、矢量分布、溫度分布、整個(gè)系統(tǒng)壓損以及還原劑揮發(fā)特性進(jìn)行流暢模擬計(jì)算，經(jīng)優(yōu)化調(diào)整，給出優(yōu)化后的導(dǎo)流板布置。鍋爐負(fù)荷55%-60%；入口溫度293-310℃；出口溫度287-303℃；入口NOx250-280mg/m3；出口NOx 30-70mg/m3；氨逃逸0-2ppm；尿素噴量16-20L/h；稀釋尿素流量212-220L/h。

目前結(jié)果顯示，根據(jù)設(shè)計(jì)噴射位置，設(shè)計(jì)噴槍參數(shù)，及導(dǎo)流片布置的情況下，可以很好的滿足催化劑上游速度分布指標(biāo)要求，還原劑濃度分布指標(biāo)和溫度分布指標(biāo)要求。具參數(shù)如表1。

經(jīng)過煙道直噴SCR脫硝系統(tǒng)改造，鍋爐運(yùn)行情況良好，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。鍋爐出口NOx值大大降低，完全符合環(huán)保要求。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

本工程如采用傳統(tǒng)的尿素?zé)峤庀到y(tǒng)，尿素需要在熱解爐中完成熱解，單臺(tái)機(jī)組采用電加熱消耗電能280kW。采用煙道直噴SCR系統(tǒng)后，取消了電加熱器，減少尿素?zé)峤鉄犸L(fēng)消耗量1200m3/h，尿素消耗量基本保持不變。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用煙道尿素?zé)峤庵瓢惫に?，減少熱源加熱器和絕熱分解室，降低前期設(shè)備投資，同時(shí)減少電耗/天然氣消耗以及一次風(fēng)消耗，可有效降低脫硝運(yùn)行費(fèi)用，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。且項(xiàng)目運(yùn)行穩(wěn)定，投用率高，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]姚海明，周萍，高月容.SCR脫硝尿素?zé)峤庵瓢睙峤怙L(fēng)制備工藝[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2016，08.

[2]齊玄，孟勝利.小議脫硝系統(tǒng)尿素?zé)峤鉄嵩醇訜岣脑旆桨竅J].江西建材，2016，01.