尿素直噴法SCR脫硝系統在火電機組的應用

邵媛

摘 要：介紹了火電機組脫硝尿素熱解噴氨改尿素直噴技術，從工藝原理、具體改造方案、改造經濟性進行了分析，可作為其他電廠脫硝改造的參考。

關鍵詞：尿素直噴；尿素熱解；脫硝改造；SCR

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.173

0 引言

SCR煙氣脫硝工藝使用氨氣作為脫硝還原劑，氨氣主要由液氨或尿素制備，考慮到液氨的安全性，越來越多的脫硝項目采用尿素熱解替代液氨蒸發工藝，但尿素熱解系統由于采用電加熱加熱一次風，提供給熱解室作為尿素溶液分解的熱源，運行費用較高。針對當前尿素熱解制氨技術電耗消耗過大的弊端，某電廠將尿素熱解工藝改造為尿素直噴工藝，可作為其他電廠液氨蒸發工藝或尿素熱解工藝改造的參考。

1 原脫硝系統介紹

原脫硝系統采用“低氮燃燒器+SCR”技術，每臺機組設置1臺絕熱熱解爐、2臺電加熱器和6只噴槍；原尿素熱解制氨系統采用一次風（260-290℃，11.7KPa，6940 Nm3/h），用電加熱器將一次風加 熱到約600℃，提供給熱解室作為尿素溶液分解的熱源。

自脫硝系統投運后，尿素熱解系統主要存在以下幾個問題：（1）尿素熱解系統由于采用電加熱加熱一次風，提供給熱解室作為尿素溶液分解的熱源，電加熱器功率840kw，電耗費用較高；（2）熱解爐內噴槍容易堵塞，經常發生由于噴槍堵塞造成脫硝退出的情況，對機組安全運行影響較大，為消除此類隱患，對噴槍定期維護工作量較大。

2 尿素直噴制氨工藝原理

尿素溶液通過安裝在鍋爐轉向室內的特殊的噴射器，直接在鍋爐高溫煙氣中進行加熱分解制氨。工藝流程圖如下：

尿素直噴法根本上還是在爐膛內對尿素進行熱解，通過在爐膛內尋找到合適的溫度點位進行噴射。

尿素在高溫（350～650℃）下，C-N鍵斷裂，分解為NH3和CO2，反應方程式為：

3 系統改造

原尿素熱解制氨系統包括：尿素溶液計量分配裝置、尿素熱解爐、電加熱器等，每臺機組對應設置一套尿素熱解制氨系統。尿素溶液經由供液泵、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進入絕熱分解室內分解，生成NH3、H2O和CO2，分解產物與稀釋空氣混合均勻并通過AIG噴入脫硝系統。

本次改造取消電加熱器，減少尿素熱解制氨系統的電耗；取消用于尿素熱解的鍋爐一次熱風的消耗；簡化熱解系統，取消原有熱解制氨系統的爐區設備（電加熱器、熱解爐、熱風管道系統、AIG設備）；具體改造方案如下：（1）保留原尿素熱解系統不變作為過渡方案，待新系統運行可靠以后，再擇機拆除；（2）增設計量分配控制裝置2套，分別布置在鍋爐轉向室兩側附近的平臺上；（3）在鍋爐轉向室兩側適當的位置進行開孔，各增設3套組合式多噴嘴噴射器，共計6套，2套作為備用，4套運行；（4）在省煤器出口至SCR反應器入口，根據流場模擬的結果，增設若干煙氣導流、混合裝置；（5）配套尿素溶液、壓縮空氣管道系統，配套相應的電氣控制系統。

改造后的尿素直噴系統包括組合式噴射器、計量分配控制裝置、氨氣/煙氣混合裝置、管道系統、電氣系統、控制系統。

改造后預期達到的效果：

（1）單臺鍋爐減少尿素熱解系統電耗840kwh/h；

（2）單臺鍋爐減少尿素熱解系統熱風耗量6940 Nm3/h；

（3）尿素消耗量基本保持不變；

4 改造經濟性

單臺鍋爐改造的費用約為295萬元，從經濟性考慮，單臺機組每小時可降低電耗840kwh，按照年運行5000小時計，累計年節省420萬kwh，按照0.35元/KWH計算，年節省費用147萬元，2.1年即可回收成本。

5 結論

尿素直噴法SCR脫硝工藝是一種較新的尿素脫硝工藝，投資及運行費用較低，脫硝各項指標運行均滿足要求，可作為液氨蒸發工藝或尿素熱解工藝的升級改造方案。

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