尿素熱解中多管除塵器的技術應用

劉根水 阮燕

摘 要：SCR脫硝尿素熱解系統中，稀釋風機是一個關鍵設備，為了節能需要，目前的SCR脫硝尿素熱解工藝中稀釋風均利用電廠的熱一次風，但由于回轉式空預熱器漏風等原因，熱一次風內含塵量一般較高，對稀釋風機的磨損以及對后續的尿素熱解反應產生不利影響。

關鍵詞：多管除塵器；熱一次風；稀釋風機

1 前言

煙氣脫硝按還原劑性質分為兩種：一種選擇性催化還原法（SCR）脫硝，另一種選擇性非催化還原法（SNCR）脫硝。與SNCRS相比較，SCR最大的優勢在于NOX去除率高，因此電廠煙氣脫硝大部分均采用SCR脫硝。SCR脫硝反應的主要原理：是在一定的溫度和催化劑的作用下，還原劑有選擇地把煙氣中的NOX還原為無毒無污染的N2和H20。在工業應用中SCR脫硝還原劑主要分為3種：液氨、氨水、尿素，還原劑為尿素時在運輸過程中相對安全，這對日趨嚴重的道路運輸安全至關重要。在還原劑采用尿素時，尿素制氨的工藝路線分為兩種：一種為尿素水解法，一種為尿素熱解法，其中又以尿素熱解法為主流。

2 尿素熱解反應原理

尿素熱解法SCR脫硝主要反應原理是把尿素和去離子水進行配比成尿素溶液，再通過泵和噴槍輸送至尿素熱解爐中與稀釋風進行稀釋和尿素熱解反應，產生稀釋后的氨氣，再經過噴氨格柵噴入煙道內與煙氣進行混合，再進入反應器內與催化劑進行反應，以達到脫除煙氣中NOX的目的。這個過程中稀釋風機是一個重要的設備，但在實際運行過程中該設備卻一直有一個比較難解決的磨損問題。

3 方案簡介

一般尿素熱解反應溫度大約需要為450～550℃左右，這么高的溫度就需要一些技術手段來加熱熱解反應入口風量。在尿素熱解這種工藝成型的最初階段，尿素熱解所需的熱風主要采用電廠的輔助蒸汽加熱大氣至150℃左右，再通過燃油燃燒加熱的方式來達到熱解爐所需的反應溫度。這種方式能耗較大，同時燃油燃燒產生的廢氣排放并不環保，為了進一步達到節能、環保降耗的要求。經過實踐摸索，尿素熱解工藝發生了變化，將熱解反應入口風量改為采用空預熱器出口熱一次風。熱一次風出口溫度一般在溫度210℃左右、壓力2kPa左右，再通過稀釋風機增壓及電加熱器加熱的方式來達到尿素熱解反應所需的溫度，從而達到更加節能、環保目的。但由于回轉式空預熱器漏風等原因，熱一次風內含塵量較高，對之后的稀釋風機設備磨損和尿素熱解反應產生許多不利的影響。普通的稀釋風機葉輪、外殼在這種高溫及高含塵情況下，磨損嚴重、使用壽命極短，對整個脫硝系統的運行極為不利。

項目實踐中考慮過將稀釋風機葉輪、外殼及等磨損的部位均更換成合金材質，但這樣一來設備的使用成本及造價太高，同時更換了稀釋風機的材質只解決了稀釋風機設備的磨損問題，而熱一次風含塵量高影響尿素熱解反應的問題并沒有得到解決。基于以上問題，最終方案采用在熱一次風接口位置處加裝一套多管旋風除塵器裝置，降低熱一次風中的含塵量。

4 多管旋風除塵器

多管旋風除塵器原理是利用離心分離的原理進行工作，當含塵氣體經除塵器入口進入按等高排列的旋流子的切口入口，顆粒在旋流子內受離心力的作用被分離出來，經灰斗排出，被凈化的氣體經芯管排出，達到凈化煙氣的目的。

多管除塵器除塵過程可分為3個步驟如下：

4.1 階式分流

由于壓差不同和流動阻力的存在，煙氣經管道進入除塵體內，必須經過分流，保證每個旋流子進氣均衡，才能確保均列分布的每個除塵旋流子達到合理、均衡的除塵效果。多管除塵器采用內部臺階式分布導流板的設計方式，使靠近進氣口的旋流子獲得更大的進氣空間，以此平衡該處煙氣較小的流動能力。

4.2 慣性、重力除塵

旋流子進氣口由4個與軸向成一定角度的螺旋型導流片組成。進入旋流子的煙氣將以螺旋向下方式沿內壁高速旋轉，截面流速控制在3～5m/s之間，作用于煙塵粒子上的離心力是重力的數十倍。煙氣在強烈旋轉過程中所產生的離心力會將密度遠大于氣體的煙塵顆粒甩向旋風子筒壁，塵粒一旦與內壁接觸碰撞，便失去慣性力而靠入口速度的動量和自身的重力沿內壁面下落進入灰斗；同時旋轉下行的氣體在到達旋流子圓錐形底部后，沿軸心線向上折返，形成上升的內旋氣流經由旋流子的上出氣口排出。

4.3 次級除塵

煙氣在經過上述分離除塵后，考慮到高速氣流還將攜有部分細微的顆粒，特別在氣流渦流區設置了三層慣性錐形柵格環，對細微顆粒進行二次捕集，細小粉塵漂動至旋流子管芯附近時，因慣性力作用碰撞在錐形柵格環上，瞬間能量減小，隨氣流反彈至旋風子錐形筒壁周圍，與下降中氣流落入一同灰斗，使除塵效率進一步得以提高。另外，每個旋流子圓錐形底部出口相互隔離，從而保證每個旋流子獨立除塵，氣流不互相竄擾，進而使除塵效率提高。

多管旋風除塵器由支腿、灰斗、本體、旋流子4部分組成。旋流子是該設備的重要組成部件，旋流子由耐酸陶瓷燒制而成。其內壁光滑，除塵效率高；另外耐酸陶瓷具有較高的耐磨、耐腐蝕性能。

5 結論和建議

通過多管除塵器在稀釋風系統中的應用，解決了稀釋風機本體及葉輪的磨損問題，也解決了熱一次風含塵量高對尿素熱解反應的影響，并且多管除塵器的造價成本遠低于改造稀釋風機材質變更為合金材質的費用。同時增加了稀釋風系統中各設備的使用受命，減少了稀釋風系統中關鍵設備備件的更換次數，降低了使用成本達到了經濟、節能的目的。多管除塵器的使用操作簡單，只需設置電動鎖氣的運行開關頻率，即可達到自動排灰、自動運行控制的目的，實現真正的自動化控制。

參考文獻

[1]最新火電廠煙氣脫硫脫硝技術標準應用手冊（第四卷）[M].中國環境科學技術出版社，2007.

[2]張強著.燃煤電站SCR煙氣脫硝技術及工程應用[M].化學工業出版社，2007.

（作者單位：浙江浙大網新機電工程有限公司）