SCR脫硝尿素熱解系統工藝設計探討

李建軍

（北京洛卡環保技術有限公司，中國 北京100000）

氮氧化物（NOx）是火電企業主要的大氣污染物之一，也是形成光化學煙霧、酸雨污染及破壞臭氧層的主要物質，其排放控制可以分成NOx燃燒技術和煙氣脫硝技術兩類。其中，選擇性催化還原脫硝工藝以其80%以上的脫硝效率和先進、成熟的特性，已大量應用。

SCR選擇性催化還原脫硝工藝還原劑主要有尿素、液氨、氨水三種，尿素作為還原劑是國內現在的主要趨勢，而尿素制氨技術現在有兩種方法，一種是是尿素熱解技術，另一種是尿素水解技術。尿素熱解技術有非常突出的特點：使用安全，易于運輸和存儲，無危險源建設、運行、管理的困擾；占地面積小，周圍不需要大距離的安全間距；與水解相比，投資與運行費用相當，但是不需要壓力容器，安全性更高；精確計量，調節控制容易，相應速度快；分解完全，熱解爐能將尿素溶液完全分解為還原劑；熱源可根據現場實際情況選擇性的組合，一般采用電加熱器，也可以用燃油、燃氣或者高溫煙氣作為熱源。鑒于上述優點，現在國內SCR法的尿素制氨方法多數都是選擇尿素熱解技術。

尿素熱解過程為50%尿素溶液經計量分配模塊噴入熱解爐內，在300-600℃的熱風中分解產生氨氣，含氨氣熱風經過噴氨格柵進入煙氣系統，在催化劑處發生脫硝反應。

尿素熱解反應方程式如下：

CO(NH2)2——NH3+HNCO

HNCO+H2O——NH3+CO2

熱解流程圖如下（電加熱器加熱稀釋風）：

尿素熱解技術脫硝首先尿素溶液制備區，尿素一般為固體顆粒，固體的尿素需要經過加熱溶解配置成40-60%的溶液，尿素溶液制備區設備一般為：斗提機（或者提升機）、尿素溶解罐（包含固體尿素斗）、尿素尿素溶液輸送泵、尿素溶液儲罐、尿素溶液循環裝置、疏水箱、疏水泵、廢水池、廢水泵等。一般尿素溶液儲備脫硝系統5-7天的尿素用量。由于50%尿素溶液在低溫結晶，溶液造成設備及管道堵塞，所以尿素溶液在儲存及輸送過程中需要保溫伴熱。

爐區設備主要有增壓風機、電加熱器、熱解爐、噴氨格柵等。含氨氣的稀釋風到達噴氨格柵壓力需要達到3-5kPa，一般熱解爐的壓力損失1kPa左右，電加熱器壓力損失2-3kPa，所以要求電廠一次風（或者二次風）進入電加熱器前壓力達到9-11kPa，電廠提供的一次風（或者二次風）風壓一般為6kPa以下，壓力不能滿足系統要求，必須增加增壓風機提高壓力才能滿足要求，由于稀釋風溫度較高，一般都在200-300℃，這就要求風機能耐高溫，引風機入口接一路冷風，這樣能在脫硝系統緊急停用時，迅速將系統冷卻下來。加熱器一般選用電加熱器，因為使用燃油或者天然氣作為燃料，需要為燃油或天然氣配備存儲區，運輸和存儲都必須有相應許可證和安全措施，合理的安全存儲距離，必備的安全儲存條件等。然而對于電廠來說，用電就非常方便、簡單，主要做好相應用電防護措施就可，電加熱器啟停快速、簡單方便，而且用電也不會像燃油或者天然氣一樣，在加熱過程中有額外氣體物質。電加熱器主要有I型和U型，I型一般為側進下出或者側進上出，一段加熱，壓降比U型小，但是長度比U型長，布置時候需要增加高度；U型為側進測出，分兩段加熱，加熱方面比I型優秀，在電加熱器下部設置排灰口，定期排灰，由于此處溫度較高，電加熱器材質一般選用不銹鋼材質。電加熱器本體設置熱電偶，用來控制加熱電路投用組數，U型電熱器因為分兩段加熱，所以每段都配置熱電偶。在電加熱器出口配置熱電偶，監測和控制進入熱解爐的稀釋風溫度。熱解爐一般為圓柱形，上進下出，熱解爐本體有噴槍安裝孔，根據不同的需氨量不同，熱解爐大小及噴槍數量不同，熱解爐材質必須為不銹鋼材質。熱解爐本體及出口管路設置熱電偶及壓力變送器，通過溫度監測控制電加熱器加熱功率投入，壓差監測能體現熱解爐系統是否順暢。噴氨格柵（AIG），將煙道截面劃分為若干控制區域，每個控制區域有若干的噴射孔，噴氨格柵包括噴氨管道、支撐、配件和氨氣分部裝置。噴氨格柵位置的選取一般根據流暢模擬結果而定，需要保證噴入的含氨氣稀釋風能與煙氣充分混合，混合程度的好壞也決定這脫硝的效率。

熱解工藝在施工設計時候一般要注意以下一些方面：

（1）補償器的設置，電加熱器進出口、熱解爐進出口必須設置滿足熱膨脹量的補償器，不能讓設備因熱膨脹不能釋放而受力，現在些熱解項目因為未設置補償器，出現電加熱器變形，甚至是設備撕裂的情況出現，熱解系統其他設備進出口及管路系統根據施工圖，都應該設置合適的補償器，防止管道熱膨脹對閥門等造成損壞。

（2）熱解爐噴槍布置必須考慮安裝檢修方便，保證噴槍能夠在線檢修。

（3）計量分配模塊在北方低溫地區，放置在有采暖的室內，電加熱器控制柜必須放置在有空調的封閉房間內。

（4）系統布置方面，一般電加熱器布置在熱解爐上方，電加熱器至熱解爐的管道必須保證有足夠長度的直段，這樣有利于熱風均勻進入熱解爐。

（5）熱解系統管路較大，所以布置設備時，盡量保證管道少走彎路，降低稀釋風壓降損失。

（6）計量分配模塊一般布置在熱解爐安裝噴槍處的平臺上，盡量減少模塊至熱解爐的管道長度，因為此段管徑較細，如果保溫伴熱不好，容易造成尿素結晶堵塞管路及噴槍入口，脫硝系統停運或者緊急停車，必須及時進行計量分配模塊至噴槍管路沖洗，否則容易造成管路及噴槍堵塞。

（7）系統設備及管路，特別是電加熱器及熱解爐，一定要有足夠的保溫厚度，減少系統熱量的損失。

尿素熱解系統一般自動化操作，通過操作員站DCS系統能夠實現遠程操作，通過電動（或氣動）開關閥門、電動（或氣動）調節閥，控制尿素溶液循環裝置、計量分配模塊、電加熱器、熱解爐的壓力和溫度控制、噴氨格柵等設備啟停，通過溫度變送器、壓力變送器、流量變送器等自動儀表反饋數據，控制系統的溫度、壓力及流量等，保證系統在設定的范圍內正常制氨脫硝。

由于熱解技術成熟可靠，操作方便等優點，所以尿素熱解制氨工藝在SCR脫硝工藝中占主流，應用十分廣泛。