脫硝尿素?zé)峤庀到y(tǒng)熱源節(jié)能優(yōu)化改造分析

路曉鋒 李明 張小慶 侯力強(qiáng)

摘 ? 要：尿素?zé)峤庵瓢惫に囀且环N較為安全的脫硝還原劑制備方案，該技術(shù)以電加熱為熱源進(jìn)行尿素?zé)峤庵瓢?，在使用過(guò)程中由于電加熱功率較大，很多項(xiàng)目都在考慮停用電加熱器，改用其他方式提供尿素?zé)峤膺^(guò)程所需的熱源，文章就目前幾種主流技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：選擇性催化還原法;脫硝;尿素?zé)峤?換熱器;節(jié)能

1 ? ?脫硝技術(shù)概述

目前在眾多的脫硝技術(shù)中，選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）和選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR），是應(yīng)用最為廣泛的兩種技術(shù)，其脫硝原理為煙氣中的NOx與NH3反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，化學(xué)方程式如下：

NO+ NO2 +2 NH3=2N2+3H2O

4NO+O2 +4 NH3=4N2+6H2O

4NO2+O2 +4 NH3=4N2+6H2O

脫硝還原劑主要來(lái)源有氨水、液氨和尿素3種，又以液氨和尿素的應(yīng)用最為廣泛。由于尿素在運(yùn)輸、儲(chǔ)存及電廠操作方面具有安全性的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的火力發(fā)電廠選用尿素作為脫硝還原劑。尿素?zé)峤庵瓢惫に嚦闪藷煔饷撓跹b置的核心技術(shù)之一。SCR還原劑氨氣可直接來(lái)源于液氨，也可通過(guò)氨水或者尿素間接制備。在選擇氨氣來(lái)源時(shí)，不僅要考慮投資和運(yùn)行成本，還要考慮環(huán)保、安全以及系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行等因素。

2 ? ?SCR煙氣脫硝尿素?zé)峤庵瓢惫に嚱榻B

尿素?zé)峤庵瓢惫に嚵鞒倘鐖D1所示。尿素?zé)峤夥ǖ陌睔忾g接來(lái)源于尿素間接制備，在尿素溶液制備罐中將尿素顆粒與除鹽水配制成40%～50%質(zhì)量濃度的溶液后，輸送至尿素溶液儲(chǔ)存罐儲(chǔ)存，配制好的尿素溶液通過(guò)計(jì)量分配模塊將尿素溶液霧化并通過(guò)噴頭噴入熱解爐內(nèi)，熱解爐利用高溫空氣或煙氣作為熱源，將霧化的尿素水溶液迅速分解為氨氣，低濃度的氨氣作為還原劑進(jìn)入煙道與煙氣混合后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在催化劑的作用下將氮氧化物還原成無(wú)害的氮?dú)夂退?/p>

尿素?zé)峤夥磻?yīng)為：CO（NH2）2=NH3+HNCO（異氰酸）;HNCO+H2O=NH3+CO2。反應(yīng)條件為：350～650 ℃的空氣或者煙氣。

3 ? ?尿素?zé)峤鉄嵩醇夹g(shù)

3.1 ?電加熱熱源工藝

目前工程上常規(guī)的尿素?zé)峤夥ú捎缅仩t的熱一次風(fēng)作為熱源，但即使采用熱一次風(fēng)（300 ℃左右），也達(dá)不到尿素?zé)峤獾臏囟龋?50～600 ℃）要求，因此在熱一次風(fēng)離開(kāi)空預(yù)器后，仍需對(duì)熱一次風(fēng)進(jìn)行二次加熱。早期是通過(guò)燃油加熱系統(tǒng)，通過(guò)燃燒燃油進(jìn)行加熱。另一種是通過(guò)電加器進(jìn)行加熱，因?yàn)樵撓到y(tǒng)較為簡(jiǎn)便，因此應(yīng)用得較多。電加熱熱源工藝如圖2所示。

3.2 ?電加熱工藝存在的問(wèn)題

利用鍋爐高溫?zé)嵋淮物L(fēng)（280～320 ℃），由于鍋爐使用回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器，鍋爐熱一次風(fēng)中含塵量較高，在熱解爐改用鍋爐熱一次風(fēng)后，熱解爐及噴氨管線出現(xiàn)了粉塵沉積、堵塞的問(wèn)題。使用鍋爐熱風(fēng)作為熱解爐稀釋風(fēng)，可以降低運(yùn)行成本，但由于尿素?zé)峤獠怀浞忠约盁犸L(fēng)攜帶的粉塵均會(huì)堵塞噴氨管線。特別是噴氨格柵的噴氨支管堵塞后，會(huì)導(dǎo)致SCR噴氨格柵氨氣/煙氣配比失衡，SCR反應(yīng)器局部氨逃逸率增大，進(jìn)而引起脫硝效率降低、脫硝物料消耗增加等負(fù)面影響。氨逃逸量增加還會(huì)使鍋爐煙氣系統(tǒng)硫酸氫銨生成量上升，甚至?xí)斐深A(yù)熱器堵塞、除塵器電場(chǎng)極板大量粘灰造成電場(chǎng)封閉等后果。加之電加熱器能耗過(guò)大（以某電廠 600 MW機(jī)組為例，電加熱功率約1 000 kW），運(yùn)行不穩(wěn)定，從節(jié)能和提高SCR運(yùn)行安全性的角度，提出對(duì)尿素?zé)峤鉅t熱源進(jìn)行改造。

4 ? ?尿素?zé)峤鉄嵩锤脑旃に?/p>

4.1 ?煙氣換熱器工藝

引入鍋爐高溫?zé)煔饧s700 ℃左右，同時(shí)將一次風(fēng)從原系統(tǒng)引出，兩管路與布置在熱解爐附近的高溫?zé)煔鈸Q熱器連接，在爐外進(jìn)行熱交換。通過(guò)高溫?zé)煔鈱⒁淮螣犸L(fēng)加熱至熱解爐需要的工藝溫度450～650 ℃，保證熱解爐出口溫度≥350 ℃，從而實(shí)現(xiàn)替代電加熱的功能，流程如圖3所示。

煙氣從鍋爐引出來(lái)連接至換熱器走管程，從換熱器頂部進(jìn)，經(jīng)換熱器后從換熱器底部出，最后接入空預(yù)器前脫硝后的煙道。熱一次風(fēng)從電加熱器前連接至換熱器走換熱器殼程，從換熱器下部側(cè)面進(jìn)，經(jīng)換熱后從換熱器上部側(cè)面出，最終進(jìn)入熱解爐系統(tǒng)。

4.2 ?高溫?zé)煔膺^(guò)濾工藝

引用高溫?zé)煔饧訜崦撓跄蛩氐臒峤庀到y(tǒng)，原理是將高溫?zé)煔庖翢峤鉅t中，滿(mǎn)足尿素?zé)峤夥磻?yīng)熱量的要求，進(jìn)而取消原熱解系統(tǒng)的電加熱器，不需將電能轉(zhuǎn)化為熱能。

該裝置將解決目前普遍存在的火力發(fā)電廠脫硝尿素?zé)峤庀到y(tǒng)能耗高的問(wèn)題，較多地降低煙氣脫硝的運(yùn)行成本，節(jié)能減排，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

該方案引用高溫?zé)煔饧訜崦撓跄蛩責(zé)峤庋b置，主要包括以下部分：尿素制備系統(tǒng)、尿素溶液計(jì)量控制模塊、熱解爐、高溫除塵器、高溫風(fēng)機(jī)、噴槍?zhuān)唧w如圖4所示。

引接鍋爐高溫（550～650 ℃）煙氣經(jīng)高溫除塵器后（煙塵含量可降低至5 mg/m?）進(jìn)入到熱解爐，并通過(guò)加入調(diào)節(jié)門(mén)滿(mǎn)足尿素?zé)峤夥磻?yīng)所需要的熱量。同時(shí)，尿素制備系統(tǒng)制備50%尿素溶液，通過(guò)尿素溶液計(jì)量控制模塊分配控制進(jìn)入噴槍的尿素溶液，尿素溶液流經(jīng)噴槍通過(guò)壓縮空氣霧化成小液滴后進(jìn)入熱解爐內(nèi)，在高溫環(huán)境下發(fā)生充分的熱解反應(yīng)，生產(chǎn)的氨氣與煙氣混合氣流經(jīng)風(fēng)機(jī)后噴進(jìn)煙道內(nèi)，實(shí)現(xiàn)脫硝的目的。

4.3 ?高溫除塵器簡(jiǎn)介

高溫除塵器的核心過(guò)濾元件由金屬纖維燒結(jié)制成的多孔介質(zhì)組成，具有極好的耐高溫特性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通濾袋的應(yīng)用溫度，可以達(dá)到1 000 ℃的應(yīng)用工況。

使用高溫除塵器能獲得最佳的粉塵過(guò)濾效果，經(jīng)過(guò)高溫除塵器過(guò)濾后，粉塵的排放濃度可降低至10 mg/m?，甚至在5 mg/m?以?xún)?nèi)。即使對(duì)于0.5 μm的顆粒，過(guò)濾效率也可達(dá)到99.99%，并且具有運(yùn)行阻力低、使用壽命長(zhǎng)以及可回收處理等優(yōu)點(diǎn)。

4.4 ?熱源改造工藝對(duì)比

以某電廠600 MW機(jī)組為例進(jìn)行對(duì)比分析，具體分析如表1所示。

由上表可見(jiàn)，高溫?zé)煔膺^(guò)濾工藝投資費(fèi)用為1 150萬(wàn)元，比煙氣換熱器工藝投資費(fèi)用低276萬(wàn)元。因此，將高溫除塵器應(yīng)用在SCR尿素?zé)峤庀到y(tǒng)中具有投資小、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

隨著節(jié)能減排政策的實(shí)施，高溫?zé)煔膺^(guò)濾熱源工藝會(huì)更多地應(yīng)用在SCR尿素?zé)峤庀到y(tǒng)改造中。伴隨著高溫材料的發(fā)展和高溫除塵技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，高溫過(guò)濾材料將更好的服務(wù)于各工業(yè)領(lǐng)域。