火電廠煙氣脫硝煙道直噴尿素熱解制氨工藝的應用

畢浩生　孟德鑫　叢日強　潘洋

摘 要：介紹煙道直噴尿素制氨工藝技術(shù)，并針對某2×100t/h鍋爐煙氣脫硝改造項目，具體分析煙道直噴尿素熱解制氨工藝流程、設備特點及運行情況，并對經(jīng)濟性進行分析。

關鍵詞：煙道直噴；尿素熱解；單噴嘴噴射器；脫硝

引言

隨著近年來超低排放要求、脫硝補貼電價上調(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)的尿素熱解制氨脫硝技術(shù)由于所需電耗大、運行費用高，熱解室尾部易造成尿素結(jié)晶等因素，已成為尿素熱解工藝廣泛推廣應用的主要障礙。針對以上問題成功開發(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煙氣中利用煙氣熱量分解尿素制備氨氣，可大大節(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)的機理研究、實驗室研究、工業(yè)試驗研究（600MW機組鍋爐示范裝置）、全尺寸流場模擬研究等技術(shù)研發(fā)和試驗工作，得到多項國家授權(quán)專利，并成功用于多臺機組的脫硝工程。

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上的計量裝置，經(jīng)計量裝置精確測量所需尿素溶液量，再由分配裝置通過設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、煙氣導流板和整流格柵，進入裝有催化劑的SCR反應器。在催化劑作用下，氨氣與煙氣中的氮氧化物發(fā)生反應，生成無害的氮氣和水，同時脫除氮氧化物。

1.3 工藝特點

（1）與傳統(tǒng)尿素熱解工藝相比，煙道直噴技術(shù)簡化了工藝系統(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、一次風等）消耗[2]，降低運行成本；取消了熱解載體絕熱分解室及熱風管道，降低大部分設備投資。根據(jù)鍋爐與反應器之間的煙道實際布置情況，采用合適的流場混合技術(shù)，設計能夠滿足催化劑入口對煙氣/氮氧化物/氨氣等主要氣體濃度均勻性的要求的混合裝置。（2）噴射器布置在反應器入口煙道，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，對煙氣與氨氣混合提供了進一步改善的機會，保證混合均勻性。消除尿素分解不完全或低溫結(jié)晶而導致AIG結(jié)晶堵塞的風險。

2 技術(shù)應用

2.1 項目介紹

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施建設，原設計沒有設計煙氣脫硝。根據(jù)環(huán)評批復要求，決定建設SCR法脫硝裝置，采用煙道直噴尿素熱解技術(shù)。入口氮氧化物濃度約500mg/m3，出口排放濃度小于200mg/m3。鑒于排放標準已向更高標準要求發(fā)展，按出口排放濃度小于100mg/m3設計，按出口排放濃度小于100mg/m3施工驗收。

2.2 運行情況

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存罐，尿素溶液從溶液儲存設備，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反應器布置在鍋爐爐后和除塵器之間，室外布置。SCR區(qū)每臺鍋爐設置一套反應器，催化劑裝填采用2層，在鍋爐燃料用設計燃料煤種100%負荷時脫硝裝置的效率80%（入口NOx濃度≤500mg/Nm3）。脫硝裝置不設煙氣旁路，本工程設置聲波吹灰裝置。

針對該項目催化劑上方速度分布、濃度分布、矢量分布、溫度分布、整個系統(tǒng)壓損以及還原劑揮發(fā)特性進行流暢模擬計算，經(jīng)優(yōu)化調(diào)整，給出優(yōu)化后的導流板布置。鍋爐負荷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)設計噴射位置，設計噴槍參數(shù)，及導流片布置的情況下，可以很好的滿足催化劑上游速度分布指標要求，還原劑濃度分布指標和溫度分布指標要求。具參數(shù)如表1。

經(jīng)過煙道直噴SCR脫硝系統(tǒng)改造，鍋爐運行情況良好，各項指標均滿足設計要求。鍋爐出口NOx值大大降低，完全符合環(huán)保要求。

2.3 經(jīng)濟效益分析

本工程如采用傳統(tǒng)的尿素熱解系統(tǒng)，尿素需要在熱解爐中完成熱解，單臺機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，減少尿素熱解熱風消耗量1200m3/h，尿素消耗量基本保持不變。

3 結(jié)束語

采用煙道尿素熱解制氨工藝，減少熱源加熱器和絕熱分解室，降低前期設備投資，同時減少電耗/天然氣消耗以及一次風消耗，可有效降低脫硝運行費用，達到良好的經(jīng)濟效益和社會效益。且項目運行穩(wěn)定，投用率高，各項指標均滿足排放標準。

參考文獻

[1]姚海明，周萍，高月容.SCR脫硝尿素熱解制氨熱解風制備工藝[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2016，08.

[2]齊玄，孟勝利.小議脫硝系統(tǒng)尿素熱解熱源加熱改造方案[J].江西建材，2016，01.