尿素?zé)煹罒峤庵瓢奔夹g(shù)在火力發(fā)電廠脫硝工程中的應(yīng)用

寇曉光

摘 要：根據(jù)火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，為達(dá)到火力發(fā)電廠脫硝超低排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)火力發(fā)電廠脫硝系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，尿素?zé)煹罒峤庵瓢奔夹g(shù)作為尿素?zé)峤庵瓢钡男录夹g(shù)，在火力發(fā)電廠中得到成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：脫硝；尿素；煙道熱解；制氨；節(jié)能

引言

隨著國(guó)家環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格，新頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》也在排放總量和排放濃度兩方面提出更高的要求，針對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)電量消耗過(guò)大的技術(shù)弊端而開發(fā)的“尿素?zé)煹罒峤饧夹g(shù)”在火力發(fā)電廠已取得良好節(jié)能效果。

1、尿素?zé)煹罒峤庵瓢奔夹g(shù)的原理

在320℃時(shí)，尿素，縮二脲和三聚氰胺全部分解，快速加熱將完全分解為氨氣和二氧化碳。

尿素制氨技術(shù)作為脫硝還原劑，安全可靠。尿素?zé)峤獾幕瘜W(xué)反應(yīng)式為：

CO（NH2）2= NH3 + HNCO （1）

HNCO + H2O = NH3 + CO2 （2）

煙道內(nèi)尿素溶液熱解系統(tǒng)，在達(dá)到相同的脫硝效果的同時(shí)，無(wú)需建立單獨(dú)的尿素溶液熱解系統(tǒng)，同時(shí)無(wú)需外加燃料對(duì)尿素溶液加熱，利用煙氣的熱量使尿素溶液轉(zhuǎn)化為氨氣作為SCR反應(yīng)的還原劑，減少了投資成本，節(jié)約了能源消耗，降低運(yùn)行成本。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了安全、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的脫硝反應(yīng)過(guò)程。

2、尿素?zé)煹罒峤庵瓢奔夹g(shù)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)尿素?zé)峤庵瓢惫に囅啾?，可利用鍋爐煙氣熱量對(duì)尿素溶液進(jìn)行加熱分解，節(jié)省大量電耗。取消電加熱器、絕熱分解室設(shè)備，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)備，大幅降低運(yùn)行費(fèi)用。

尿素?zé)煹罒峤饧夹g(shù)，將尿素溶液直接噴射到SCR反應(yīng)器入口煙道內(nèi)，利用鍋爐煙氣的熱量對(duì)尿素溶液進(jìn)行加熱分解，消除了傳統(tǒng)尿素?zé)峤饧夹g(shù)消耗大量高品質(zhì)能源（電）的弊端。

取消用于尿素?zé)峤獾腻仩t一次熱風(fēng)的消耗；替代原有爐外熱解制氨系統(tǒng)的爐區(qū)設(shè)備（電加熱器、熱解爐、熱風(fēng)管道系統(tǒng)），大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)備。

以1025 t/h鍋爐脫硝系統(tǒng)為例，如采用傳統(tǒng)的爐外尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)，尿素需利用電能加熱熱風(fēng)并在熱解爐中完成熱解，單臺(tái)機(jī)組采用電加熱消耗電能580kW，年運(yùn)行按照8000小時(shí)計(jì)算，每千瓦0.4元。采用尿素?zé)煹罒峤庵瓢痹淼腟CR系統(tǒng)，取消電加熱器后，每年每臺(tái)機(jī)組節(jié)省約185萬(wàn)元。并減少尿素?zé)峤鉄犸L(fēng)消耗量4300m3/h，尿素消耗量基本保持不變。

3、尿素?zé)煹罒峤庵瓢奔夹g(shù)的關(guān)鍵

在SCR反應(yīng)器兩側(cè)入口煙道上進(jìn)行開孔，尿素溶液通過(guò)噴槍直接在鍋爐高溫?zé)煔庵屑訜岱纸庵瓢?。增設(shè)計(jì)量分配裝置2套，分別布置在SCR反應(yīng)器入口兩側(cè)附近的平臺(tái)上。新系統(tǒng)尿素溶液從原有計(jì)量分配器前母管接入，采用獨(dú)立的電源和控制系統(tǒng)，不影響原系統(tǒng)的切換運(yùn)行，不占用原系統(tǒng)IO模板。保留原系統(tǒng)，新熱解系統(tǒng)與原系統(tǒng)不交叉，可隨時(shí)方便的進(jìn)行系統(tǒng)切換操作，新系統(tǒng)的供氨氣能力不能小于原系統(tǒng)的供氨能力，不能降低原SCR的各性能參數(shù)指標(biāo)。

尿素?zé)煹罒峤庵瓢奔夹g(shù)SCR煙氣脫硝工藝系統(tǒng)，包括以下步驟：在還原劑制備系統(tǒng)中，將尿素顆粒溶解成一定質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過(guò)尿素溶液供給裝置輸送到爐區(qū)的計(jì)量及分配裝置，尿素溶液經(jīng)過(guò)計(jì)量和分配后送到布置在SCR反應(yīng)器上游煙道的噴射裝置，在SCR反應(yīng)器前的煙道內(nèi)煙氣與尿素溶液噴射裝置噴出的尿素溶液液滴混合，混合之后煙氣的熱量加熱尿素溶液液滴，并使其逐步蒸發(fā)、分解，將尿素分解為分解成NH3、H2O、CO2。隨后，煙氣、水蒸氣、氨氣等混合氣體進(jìn)入依次經(jīng)過(guò)布置在鍋爐煙道內(nèi)的氨氣/煙氣混合器、煙氣導(dǎo)流板、整流格柵，使得煙氣和氨氣混合更加充分，氣流更加平穩(wěn)均勻，然后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，混合氣體在SCR反應(yīng)器里面催化劑的作用下有選擇性地將煙氣中的氮氧化物還原生成生氮?dú)夂退畞?lái)減少氮氧化物排放。

尿素溶液噴射裝置布置在煙氣溫度大于320℃的SCR反應(yīng)器上游煙道內(nèi)，當(dāng)SCR反應(yīng)器上游煙道內(nèi)煙氣溫度低于320℃時(shí)，停止噴射尿素溶液。

尿素溶液噴出后，鍋爐SCR反應(yīng)器上游煙道內(nèi)的煙氣對(duì)尿素溶液直接進(jìn)行加熱，尿素溶液分解成NH3、H2O、CO2。

煙氣和尿素溶液分解后的氣體混合物一起進(jìn)入SCR反應(yīng)器，煙氣中NOx在SCR反應(yīng)器中催化劑的作用下有選擇性地發(fā)生還原反應(yīng)，生成生氮?dú)夂退?/p>

4、尿素?zé)煹罒峤饧夹g(shù)的工程案例

某鍋爐為雙鍋筒自然循環(huán)低壓鍋爐，該鍋爐裝有新型分層加煤斗及順轉(zhuǎn)的橫梁爐排燃燒設(shè)備，單側(cè)傳動(dòng)。鍋爐為雙鍋筒橫向布置自然循環(huán)鍋爐，鋼架固定式結(jié)構(gòu)，爐膛前部布置分層煤斗。 爐膛內(nèi)四周布滿水冷壁管，后部水冷壁在爐膛出口處形成凝渣管，鍋爐尾部布置一級(jí) 鋼管式省煤器和一級(jí)空氣預(yù)熱器。鍋爐除爐膛兩側(cè)采用重型爐墻外，均用磚砌輕型護(hù) 板爐墻。除渣采用的是馬丁出渣機(jī)。

鍋爐外型尺寸如下（mm）：

上鍋筒中心標(biāo)高 15000mm

鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)標(biāo)高 7000mm

鍋爐深度（ZZ～Z4 之間中心距） 13445mm

鍋爐寬度（左，右柱中心距離） 10950mm

為了與鍋爐運(yùn)行匹配，尿素?zé)峤庵瓢泵撓跹b置必須保證在鍋爐負(fù)荷波動(dòng)時(shí)應(yīng)有良好的適應(yīng)特性。脫硝裝置須滿足如下運(yùn)行特性：

應(yīng)能適應(yīng)鍋爐 50%BMCR工況和110%BMCR工況之間的任何負(fù)荷，并能適應(yīng)鍋 爐的負(fù)荷變化和鍋爐啟停次數(shù)的要求。裝置和所有輔助設(shè)備應(yīng)能投入運(yùn)行而對(duì)鍋爐負(fù)荷和鍋爐運(yùn)行方式不能有任何干擾。而且脫硝裝置必須能夠在煙氣排放濃度為最小值和最大值之間任何點(diǎn)運(yùn)行。

脫硝裝置采用尿素?zé)煹罒峤夥ㄖ苽浒睔狻Ｄ蛩責(zé)煹罒峤夥ㄖ瓢毕到y(tǒng)包括卸料給料裝置、尿素溶解罐、尿素溶液輸送泵、尿素溶液儲(chǔ)罐、高流量循環(huán)模塊、背壓控制閥、計(jì)量和分配裝置、噴射器系統(tǒng)等。

尿素儲(chǔ)藏間的袋裝尿素送至溶解罐里。用軟化水將溶解罐內(nèi)的干尿素溶解成 50%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過(guò)尿素溶液輸送泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐；尿素溶液經(jīng)由高流量循環(huán)模塊、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、霧化噴嘴霧化后進(jìn)入鍋爐，生成 SCR 脫硝系統(tǒng)所需的還原劑 NH3，進(jìn)而在催化劑的作用下達(dá)到脫硝效果。

鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷20 ～ 100%BMCR負(fù)荷；脫硝裝置在投運(yùn)前，脫硝系統(tǒng)入口煙氣中NOx含量 500mg/Nm3；脫硝裝置在投運(yùn)后，NOx 脫除率不小于90%，NOx 出 口排放濃度不大于50mg/Nm3；氨的逃逸率小于 3ppm；脫硝系統(tǒng)的可用率在整個(gè)壽命期內(nèi)不低于 95%。

脫硝裝置應(yīng)能快速啟動(dòng)投入，在負(fù)荷調(diào)整時(shí)有良好的適應(yīng)性，在各種運(yùn)行工況下能可靠和穩(wěn)定地連續(xù)運(yùn)行。整套設(shè)備于2016年投運(yùn)至今，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，可達(dá)到火力發(fā)電廠超低排放標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)鍋爐受熱面（包括水冷壁/過(guò)熱器、再熱器、省煤器、空預(yù)器等）無(wú)不利影響。

5結(jié)論

尿素?zé)煹罒峤庵瓢奔夹g(shù)作為火力發(fā)電廠脫硝系統(tǒng)的核心技術(shù)，與傳統(tǒng)尿素?zé)峤庵瓢惫に囅啾龋衫缅仩t煙氣熱量對(duì)尿素溶液進(jìn)行加熱分解，節(jié)省大量電耗。取消電加熱器、絕熱分解室設(shè)備，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)備，大幅降低運(yùn)行費(fèi)用。而且在實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中，維護(hù)量小，設(shè)備投運(yùn)率高，自動(dòng)化程度高，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

尿素?zé)煹罒峤庵瓢奔夹g(shù)可以使尿素制氨技術(shù)在保持原有的技術(shù)性能情況下，工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用大幅下降。所以尿素?zé)煹罒峤庵瓢奔夹g(shù)在目前的火力發(fā)電廠脫硝行業(yè)中逐步的被接受使用。