改進型天然氣加熱尿素熱解制氨在SCR脫硝中的應用

王永波張永強叢日強(．北京洛卡環保技術有限公司， 北京 000；．沈陽洛卡環保工程有限公司， 遼寧 沈陽 003)

改進型天然氣加熱尿素熱解制氨在SCR脫硝中的應用

王永波1張永強2叢日強1(1．北京洛卡環保技術有限公司， 北京 100012；2．沈陽洛卡環保工程有限公司， 遼寧 沈陽 110013)

由于尿素便于運輸、儲存及安全等特點已廣泛用作脫硝還原劑，而目前的很多項目中使用天然氣為熱源進行尿素熱解制氨用于SCR脫硝。傳統天然氣加熱器受結構限制存在很多問題，本文分析了傳統天熱氣加熱器存在的問題和介紹一種改進型的加熱器。

天然氣加熱器;電加熱器;尿素熱解制氨;SCR脫硝

SCR(選擇性催化還原法)脫硝工藝需要還原劑為氨氣，氨氣可直接來源于液氨，也可通過氨水或者尿素間接制備。尿素熱解制氨技術使用無危險的尿素作為還原劑，尿素具有與液氨一樣的脫硝性能，且沒有法規限制并便于運輸、儲存和使用，所以有了越來越多的應用。

1 尿素熱解制氨技術

尿素熱解制氨技術其流程是：首先在溶解系統中將尿素配制成質量濃度為40%～50%的尿素溶液，然后將其輸送到尿素溶液儲罐，尿素溶液經過高流量循環裝置后，一部分輸送到計量和分配裝置，最后由噴射器噴入絕熱分解室。熱解室利用經電加熱器加熱后的空氣或熱一次風進行加熱，使霧化的尿素溶液在熱解室里進行完全分解，分解產物NH3與稀釋空氣混合后進入SCR噴氨系統。

傳統的尿素熱解熱源為電加熱器，將熱風經過電加熱器加熱到600℃左右，進入熱解爐將尿素分解為氨氣，但是電加熱器耗電量高，運行費用大，經研究，由于天然氣價格低廉，因此為降低脫硝運行費用，天然氣加熱器替代電加熱器用于尿素熱解被廣泛接受。

2 天然氣加熱器簡述

(1)傳統天然氣加熱器 傳統利用天然氣作為熱源的熱解室結構見圖1，燃燒器位于熱解室的頂部，與熱解室為一體式結構。流場模擬及實驗表明，當采用天然氣或燃油加熱空氣時，如果熱解室與燃燒器一體化設計，會對熱解室內頂部的流場造成很大的影響。通過觀察流場可以發現，在熱解室上部邊壁部分存在強烈的回流現象，尿素溶液通過噴嘴噴出后會產生向上部流動的可能，見圖2。

在該回流區形成了一個封閉的區域，阻止了尿素分解產生的氣體組分的擴散，導致氨氣在這里聚集不能擴散出來，熱解室內上部氨氣濃度較高，出口濃度較小。回流雖然增加了尿素溶液在熱解室內的分解停留時間，但是也阻止了氨氣的擴散，使濃度分布不均。當鍋爐負荷變化時，氨需量隨之變化，噴入的尿素溶液量和需求的熱量也相應調整，助燃風和稀釋風的風量也需要作出相應的變化。當助燃風增大的時候，會抵消回流的負面效應，使熱解室出口氨氣濃度增大；當助燃風進一步增大的時候，回流作用繼續變小，但是尿素溶液在熱解室內的分解停留時間變小，出口氨氣濃度又開始變小。

圖 1

圖2

(2)改進型天然氣加熱器 改進型天然氣加熱器是將熱解室和燃燒器完全獨立，用熱風管道進行連接，進入熱解室的熱風流場不受燃氣負荷的變化影響，無論助燃風和稀釋風量的大小如何變化，不會在熱解室內產生任何回流現象，能保證熱解室內有穩定的分解反應條件，使尿素熱解反應充分，避免了在熱解室出口位置有異氰酸的大量生成而發生堵塞。燃燒器布置在熱解室上游的熱風管道上，可充分考慮天然氣設備設計環境要求(比如：防爆條件等)選擇合適的位置安裝，不受熱解室布置位置的限制。

3 改進型天然氣加熱器配置

天然氣管路包括手動閥、過濾器、流量計、壓力表、減壓閥、壓力表、壓力變送器、電磁閥、點火手動閥、點火電磁閥、天然氣主路電磁閥、電動調節閥。天燃氣燃燒器本體上包括探火針、點火針、燃燒器、爐體、熱電偶等裝置。此裝置以出口溫度為目標，PLC可自動完成大小火調整(根據需要燃氣閥自動調節開度大小，根據燃氣閥開度助燃風即無塵冷風的調節閥也會自動調節開度，保證燃燒穩定，使熱解爐出口溫度始終保持在設定值左右，調節平穩、定位準確。另外，此裝置會根據檢測自動切斷保護。例如，如果設備滅火則探火針探火失敗，全部閥門就會自動切斷，防止天然氣的泄漏等問題。總之，此裝置運行安全穩定，自動化程度較高。

4 結語

(1)實際工程項目的應用結果表明，改進型天然氣加熱器較好的解決了傳統天然氣加熱器存在的布置困難、熱解爐內流程分別不均勻等問題。(2)改進型天然氣加熱器采用明火加熱，升溫快，比電加熱器具有更好的調節性，更能適應機組變化負荷運行的要求，也更適應煤質變化引起的NOx原始濃度的大幅度變化。(3)根據實際工程運行指標，改進后的天然氣加熱器在尿素熱解制氨中運行穩定、可靠。經過核算表明，實例工程的綜合運行費用較電加熱器節省。

綜上，改進型天然氣加熱器用于尿素熱解制氨具有運行費用較低、安全可靠等特點，實例工程運行數據更加表明天然氣加熱器用于尿素熱解制氨技術是具有較好發展前景的實用技術。

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