尿素?zé)峤庵瓢惫に噯?wèn)題分析及策略

趙瑞敏

摘 要：本文對(duì)火電廠尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析，針對(duì)不同的問(wèn)題提出控制策略或建議，并針對(duì)常規(guī)的尿素?zé)峤庵瓢惫に嚹芎母叩膯?wèn)題，提出了優(yōu)化的方案。

關(guān)鍵詞：SCR煙氣脫硝；尿素?zé)峤猓粨Q熱器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.023

0 前言

國(guó)內(nèi)火電廠煙氣脫硝一般采用選擇性催化還原技術(shù)（SCR），采用的脫硝還原劑主要有液氨、氨水、尿素3種，因液氨、氨水在運(yùn)輸、使用過(guò)程中采用的措施不當(dāng)或設(shè)備損壞等意外因素，會(huì)引起安全事故，因此近年來(lái)選用尿素作為還原劑的電廠較多。尿素?zé)峤庵瓢惫に囈蛐矢摺⑾到y(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠性高而應(yīng)用較廣泛。

1 尿素?zé)峤庵瓢惫に?/p>

常規(guī)的尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)包括尿素儲(chǔ)存間、尿素溶解箱、尿素溶液混合泵、尿素溶液儲(chǔ)罐、尿素溶液循環(huán)泵、計(jì)量和分配模塊、背壓控制閥、熱解爐（內(nèi)含噴射器）、電加熱器等。

袋裝尿素儲(chǔ)存于尿素儲(chǔ)存間內(nèi)，由電動(dòng)起吊裝置吊裝至尿素溶解箱入料口，破袋后通過(guò)重力落入箱內(nèi)。尿素顆粒與除鹽水充分?jǐn)嚢杌旌虾笕芙獬?0～50%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過(guò)尿素溶液混合泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存。尿素溶液經(jīng)由尿素溶液循環(huán)泵、計(jì)量與分配模塊、霧化噴槍等進(jìn)入熱解爐內(nèi)分解，生成NH3、H2O和CO2，尿素分解的同時(shí)與高溫稀釋空氣混合均勻生成5%濃度以下的氨氣并噴入SCR煙氣脫硝反應(yīng)器內(nèi)，完成脫硝反應(yīng)。

尿素?zé)峤鈱儆谥苯涌焖俚募訜犰F化后的尿素溶液進(jìn)行分解，尿素反應(yīng)較為徹底，基本沒(méi)有殘留的中間產(chǎn)物，響應(yīng)時(shí)間僅為5～10s，跟蹤機(jī)組負(fù)荷變化的反應(yīng)速度很快。從熱解爐出來(lái)的氨氣濃度已經(jīng)降低到5%以下，不存在氨氣爆炸問(wèn)題，安全性更高。

2 尿素儲(chǔ)存及溶液制備系統(tǒng)分析

早期的尿素上料通常采用皮帶輸送機(jī)、破包機(jī)、斗式提升機(jī)組成的尿素上料系統(tǒng)。袋裝尿素由皮帶輸送機(jī)輸送至破包機(jī)內(nèi)，在破包機(jī)刀片的作用下實(shí)現(xiàn)尿素顆粒和編織袋的分離，破袋后的編織袋通過(guò)破包機(jī)尾端排出，尿素顆粒進(jìn)入斗式提升機(jī)，進(jìn)而被輸送至尿素溶解箱內(nèi)溶解。此方案實(shí)際運(yùn)行中問(wèn)題較多，破包機(jī)故障率較高，大約200～300袋就會(huì)堵，清理起來(lái)至少半小時(shí)。破碎的編織袋絲會(huì)進(jìn)入尿素溶解箱內(nèi)纏繞在攪拌器或堵塞濾網(wǎng)及管路系統(tǒng)。皮帶輸送機(jī)+破包機(jī)占地面積較大，而且并不能有效節(jié)約人工。目前國(guó)內(nèi)采用此方案運(yùn)行的電廠大多已將皮帶輸送機(jī)和破包機(jī)拆除。

部分電廠采用尿素顆粒儲(chǔ)倉(cāng)方案，該方案尿素溶解箱上方設(shè)置尿素顆粒儲(chǔ)倉(cāng)和卸料機(jī)，儲(chǔ)倉(cāng)錐斗設(shè)置有帶加熱的流化風(fēng)系統(tǒng)。通過(guò)自卸式密封罐車將尿素顆粒卸入尿素顆粒儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)，由卸料機(jī)送入尿素溶解箱與除鹽水混合，溶解成尿素溶液。該方案由于尿素顆粒較容易吸潮板結(jié)，尿素顆粒儲(chǔ)倉(cāng)即使已設(shè)置了流化風(fēng)系統(tǒng)仍會(huì)出現(xiàn)尿素顆粒板結(jié)搭橋的情況，造成卸料困難。

較簡(jiǎn)捷的尿素卸料方案為電廠設(shè)置一個(gè)單軌吊，直接將袋裝尿素吊至尿素溶解箱上方的卸料平臺(tái)上，在卸料平臺(tái)上人工破袋后，尿素落入尿素溶解箱內(nèi)溶解。該方案雖系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，但人工工作量較大，以百萬(wàn)機(jī)組為例，兩臺(tái)機(jī)組尿素耗量約為24噸/天，以每袋尿素50kg計(jì)，大約一天溶解480袋，工人須反復(fù)上下至尿素溶解箱上方。

通過(guò)上述分析，建議尿素儲(chǔ)存采用采購(gòu)袋裝尿素室內(nèi)堆積的儲(chǔ)存方案，電廠可根據(jù)需要采購(gòu)定制較大重量的袋裝尿素，采用電動(dòng)吊軌+斗式提升機(jī)的方式輸送尿素顆粒，必要時(shí)斗式提升機(jī)入料口可加裝延伸較長(zhǎng)的溜槽，以便可以多袋同時(shí)卸料。

3 尿素溶液廠區(qū)輸送問(wèn)題

尿素溶液儲(chǔ)罐輸送至SCR區(qū)域的尿素溶液管道通常較長(zhǎng)，僅依靠尿素溶液儲(chǔ)罐提供的熱量通常無(wú)法避免尿素溶液在管道內(nèi)結(jié)晶析出。尿素溶液循環(huán)管道的熱源來(lái)自尿素溶液儲(chǔ)罐內(nèi)的蒸汽加熱盤管，為防止尿素溶液儲(chǔ)罐內(nèi)溶液在最高溫度下仍不能有效避免結(jié)晶，通常在尿素溶液循環(huán)泵出口設(shè)置電加熱器，用以補(bǔ)充管線的熱量損失。但電加熱器故障率較高，尤其在嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)用效果并不理想，因此建議對(duì)管道進(jìn)行蒸汽伴熱或充分利用尿素溶解過(guò)程中的疏水對(duì)管道進(jìn)行疏水伴熱。

4 尿素?zé)峤夤に嚨臒嵩?/p>

為降低能耗，尿素?zé)峤庥孟♂岋L(fēng)通常采用經(jīng)過(guò)空預(yù)器加熱的一次風(fēng)或二次風(fēng)作為尿素?zé)峤庥孟♂岋L(fēng)，其中大多數(shù)電廠采用熱一次風(fēng)，少數(shù)個(gè)別電廠選用熱二次風(fēng)。此外為達(dá)到尿素?zé)峤馑璧臏囟龋♂岋L(fēng)系統(tǒng)設(shè)置有電加熱器。

經(jīng)近幾年的電廠運(yùn)行反饋，尿素?zé)峤庀到y(tǒng)中熱一次風(fēng)或熱二次風(fēng)中均含有空預(yù)器泄露過(guò)來(lái)的煙塵，其中熱二次風(fēng)的含塵量較高，有些電廠能夠達(dá)到1.1g/Nm3。這些煙塵沉積在U型電熱器內(nèi)，除增加電加熱器的能耗，有時(shí)還會(huì)造成電加熱器過(guò)載。在設(shè)有稀釋風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)中，這些煙塵會(huì)造成稀釋風(fēng)機(jī)較快的磨損。系統(tǒng)故障率較高。常規(guī)百萬(wàn)級(jí)機(jī)組的尿素?zé)峤夤に噷㈠仩t熱一次風(fēng)（溫度300℃左右）加熱至600℃以上時(shí)，電加熱器功率通常在900～1200kW，兩臺(tái)機(jī)組年運(yùn)行費(fèi)用大約為400～500萬(wàn)元左右，能耗較高。

為改善上述能耗高，故障率高的問(wèn)題，目前的解決方案主要有以下三種。

（1）尿素溶液直噴技術(shù)。尿素溶液直噴技術(shù)包括爐內(nèi)尿素直噴技術(shù)和鍋爐高溫?zé)煔馀月分眹娂夹g(shù)兩種。

爐內(nèi)尿素直噴技術(shù)為在鍋爐轉(zhuǎn)向室處設(shè)置多個(gè)尿素溶液噴槍，尿素溶液通過(guò)尿素溶液噴槍噴入鍋爐轉(zhuǎn)向室，利用鍋爐高溫?zé)煔鈱⒛蛩刂苯訜峤獬砂睔夂虲O2，氨氣與煙氣的混合氣體經(jīng)鍋爐尾部設(shè)備后進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器，完成脫硝反應(yīng)。

鍋爐高溫?zé)煔馀月分眹娂夹g(shù)是將尿素溶液噴入由鍋爐尾部煙道引出的旁路煙道中，借用高溫?zé)煔鉄崃繉⒛蛩厝芤悍纸鉃榘睔狻?/p>

該技術(shù)簡(jiǎn)化了尿素?zé)峤庀到y(tǒng)，取消了原系統(tǒng)內(nèi)的電加熱器、熱解爐、一（二）次熱風(fēng)管道系統(tǒng)、AIG設(shè)備等。

（2）爐外煙氣換熱器技術(shù)。爐外煙氣換熱器技術(shù)是將鍋爐的高溫?zé)煔庖鰻t外，爐外設(shè)置管式煙氣換熱器，管外通鍋爐熱一次風(fēng)，管內(nèi)通鍋爐高溫?zé)煔猓ㄟ^(guò)高溫?fù)Q熱將熱一次風(fēng)加熱至所需的溫度，然后進(jìn)入尿素?zé)峤鉅t完成尿素?zé)峤夥磻?yīng)。該技術(shù)通過(guò)設(shè)置煙氣擋板來(lái)調(diào)節(jié)煙氣流量，從而控制換熱后熱一次風(fēng)的溫度。

爐外煙氣換熱器可以取代傳統(tǒng)熱解工藝中的電加熱器，節(jié)電效果明顯，目前已有電廠實(shí)施。

（3）爐內(nèi)氣氣換熱器方案。爐內(nèi)氣氣換熱器方案是采用管式換熱器對(duì)冷一次風(fēng)進(jìn)行加熱，其原理是利用冷一次風(fēng)自身的壓力，將冷一次風(fēng)送達(dá)到鍋爐低過(guò)區(qū)域，在鍋爐低過(guò)區(qū)域布置若干的蛇形管道，將冷一次風(fēng)加熱到尿素?zé)峤馑枰臏囟群螅瑹嵋淮物L(fēng)再離開(kāi)鍋爐區(qū)域，到達(dá)尿素?zé)峤庋b置。同時(shí)設(shè)置旁路管道，部分空氣不經(jīng)過(guò)氣氣管式換熱器直接由旁路管道進(jìn)入尿素?zé)峤夥磻?yīng)器入口管道，與經(jīng)過(guò)氣氣換熱器加熱后的空氣混合調(diào)溫后進(jìn)入尿素?zé)峤夥磻?yīng)器，為尿素?zé)峤馓峁嵩础?/p>

這種方案最大的優(yōu)勢(shì)為采用冷一次風(fēng)解決稀釋風(fēng)含塵問(wèn)題，同時(shí)替代了傳統(tǒng)的電加熱器，節(jié)約能源。以下是對(duì)氣氣換熱器方案與采用傳統(tǒng)電加熱器方案在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的比較。

5 尿素?zé)峤鉅t結(jié)垢

尿素?zé)峤鉅t在使用過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)底部尾管處尿素結(jié)晶物或中間產(chǎn)物堆積的情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成風(fēng)量減少，系統(tǒng)供氨量不足，需及時(shí)清理。尿素?zé)峤鉅t的設(shè)計(jì)須充分考慮尿素溶液的霧化和加熱分解所需的停留時(shí)間和流場(chǎng)條件，提高尿素?zé)峤庑剩瑴p少副產(chǎn)物的生成。同時(shí)應(yīng)控制好尿素反應(yīng)的溫度，溫度較低時(shí)，尿素中間產(chǎn)物聚合，不易分解。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)在火電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，技術(shù)方案較為成熟，隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和系統(tǒng)的不斷改善，尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)的可靠性將不斷的提高，系統(tǒng)將更為節(jié)能、高效。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫克勤，鐘秦.火電廠煙氣脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社.

[2]楊志忠，葉茂等.一種SCR脫硝還原劑尿素?zé)峤鉄嵩垂┙o裝置[P].實(shí)用新型專利號(hào)：201320179396.1.

[3]俞小偉，李宇春，將婭等.尿素?zé)峤庋芯考捌湓诿撓踔械膽?yīng)用[J].熱力發(fā)電，2012，41（01）.

[4]吳洪坤，楊衛(wèi)娟，周俊虎等.尿素溶液高溫?zé)岱纸馓匦缘膶?shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30（17）.