尿素熱解制氨SCR脫硝技術在電廠的應用與優化初探

郭超民

摘 要：隨著社會經濟的持續發展，我國對環境保護方面的重視程度逐漸提升，環保局對電站鍋爐的氮氧化物排放量又提出了新的要求，促進熱電廠對氮氧化物的排放實施有效控制，采用科學有效的催化還原技術來符合環保局的新要求。通過相關實驗研究表明，尿素熱解制氨系統具有較強的安全性與穩定性，各項指標均符合SCR技術要求，但由于在氨量的輸出與調節方面存在缺陷，因此需要對其進行進一步的優化與研究。

關鍵詞：尿素熱解制氨；SCR脫銷技術；電廠

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.170

0 引言

在整個脫銷系統中，還原劑的選擇屬于十分關鍵的環節，由于還原劑屬于消耗品，其成本與脫銷系統的經濟性產生較大關聯，目前主要使用的還原劑類型為氨水、液氨與尿素。但是，將三者相比較來看，尿素在性能、安全性等方面存在較為明顯的優勢，因此成為優先選擇的還原劑，得到眾多熱電廠的廣泛應用。

1 尿素熱解技術的應用現狀

（1）尿素系統概述。尿素的供應由運輸卡車運送至尿素儲存間存放，把干尿素通過氣力輸送設備送入至尿素溶解罐。尿素在溶解罐中與除鹽水或蒸汽疏水混合、加熱、均勻攪拌，確保尿素的完全溶解（40～50%的尿素溶液）；經攪拌溶解合格的尿素溶液， 溫度約60℃， 利用尿素溶液輸送泵打入尿素溶液儲罐儲存， 用尿素溶液循環泵加壓送至水解換熱器， 經飽和蒸汽通過盤管間接加熱，在一定溫度、壓力下分解成氨氣和二氧化碳，從水解反應器出來的產品氣輸送到SCR反應區后被熱一次風稀釋成小于5%的氨氣，由氨噴射裝置噴入脫硝裝置與煙氣中的NOx 反應。

（2）運行穩定性較差。氨蒸汽管道、水解器的泄放管道、各尿素溶液管道均設置有伴熱系統，防止其內溫度降低帶來結晶危險。其中，各尿素溶液管道，水解器尿素回流至尿素溶解罐管道，水解器排污至尿素區地溝管道采用疏水伴熱，產品氣采用蒸汽伴熱。水解器出來的氨蒸汽管道，水解器安全閥排氣管道采用蒸汽伴熱。

（3）供氨管道容易腐蝕。某電廠在使用液氨改尿素設備后，爐前供氨管道由于未替換為不銹鋼質管道，還用之前的鑄鐵管道，造成系統投運兩周后出現管道局部銹蝕穿孔現象，是由于水解尿素是由尿素與水混合加熱生成氨氣與二氧化碳，其中有不完全反應的氨水造成。

尿素水解化學反應方程式：

CO（NH2）2 + H2O = CO2↑ + 2NH3↑

系統內閥門應采用不銹鋼材質，尿素溶液管道采用304不銹鋼材質，水解器至氨混合器間管道采用316L材質。

2 尿素熱解制氨SCR脫硝技術的優化

（1）氨/空氣混合系統的優化。在尿素脫銷系統中，將干尿素通過氣力輸送設備輸送到尿素溶解罐當中，在與除鹽水混合、加熱、攪拌以后，保障尿素完全溶解，得到溶液的溫度在60℃左右。尿素溶液將通過循環泵加壓放入到水解換熱器當中，當其飽和以后放入到尿素溶液中進行儲存，在一定溫度、壓力作用下形成二氧化碳與氨氣，再將產品送入到SCR反應器當中，稀釋成小于5%的氨氣，發揮氨噴射裝置的作用完成脫銷工作。熱解室中的稀釋風風壓均應超過10kPa。對于1000MW火力發電機組來說，其送風機壓頭通常在4.5-5kPa范圍內，而一次風機的壓頭通常超過11kPa。由于空氣預熱器自身存在一定的阻力，因此一次風壓頭在10kPa以上，二次風壓頭在2-3kPa范圍內。對此，需要對一次風風壓進行優化，如若采用一次風作為風源，則其風壓能夠超過10kPa，既滿足了一次風風壓的需求，又無需額外增加其他風機，使脫銷設施的運行費用得到顯著降低，并且使熱電廠獲得良好的經濟性與社會效益。

（2）水解系統的優化。水解反應器中產生出來的含氨氣流首先進入計量模塊，然后被熱一次風混合，最后進入氨氣、煙氣混合系統，保證氨氣和煙氣混合均勻。氨在空氣中的體積濃度達到16～25%時，會形成II類可燃爆炸性混合物。為保證注入煙道的氨與空氣混合物絕對安全，除控制混合器內氨的濃度遠低于其爆炸下限外，還應保證氨在混合器內均勻分布。每臺SCR反應器設置AIG噴氨格柵，由氨/空氣混合系統來的混合氣體噴入位于煙道內的AIG噴氨格柵處，在注入AIG噴氨格柵前設手動調節閥，在系統投運時可根據煙道進出口檢測出的NOx濃度來調節氨的分配量，以達到最佳配比。

（3）尿素溶液循環泵的優化。由于廠用壓縮空氣中通常具有油污、灰塵、沙子等物質，在長時間的運行中很容易對其霧化效果產生不良影響，因此盡量對壓縮空氣的來源進行轉變，采用儀用壓縮空氣，以此來提升霧化效果，使熱解室尿素堆積問題得到有效解決。經過相關調查研究發現，熱解室尾管出現尿素沉積問題，主要是由于尿素沒有得到完全的熱解而成。由于尿素自身的結構較為穩定，要想使其得到完全熱解需要保障兩種因素，一種為熱解溫度，另一種為尿素溶液霧化程度。如若熱解室中的溫度變化幅度較大，則會對尿素的溶解效率產生不良反應，進而使其在尾部管道內部堆積。

根據某熱電廠的相關實踐表明，只有保障尾部出口溫度得到良好的控制，使其保持在320℃時，才能夠達到最為良好的效果。因此，對熱解技術進行優化時，需要借助溫度測量裝置的力量，對該處的溫度進行實時檢測，使其符合溫度條件，達到最佳熱解效果[2]。在尿素霧化方面，其品質主要受到霧化壓縮空氣壓力所決定，采用適當的壓縮空氣能夠使霧化方案變得更加方便可行。與相關脫銷廠家各項參數相結合后，確定最為合理的空氣壓力值為0.6MPa。

3 結論

綜上所述，我國目前大部分熱電廠在熱解方面存在運行費用、尿素堆積等方面問題，本文在此基礎上展開研究，指出尿素屬于脫銷系統中十分有效的還原劑，在性能、安全、穩定性方面具有較大優勢。同時，在對熱解SCR技術進行優化時，應盡量選擇熱一次風作為稀釋風風源，使用電加熱器來提升溫度，采用儀用壓縮空氣，以此來提升霧化效果，使脫銷設施的運行費用得到顯著降低，并且使熱電廠獲得良好的經濟性與社會效益。

參考文獻：

[1]李海英.燃煤鍋爐尿素熱解制氨SCR脫硝技術的優化[J].節能， 2016，35（01）：41-43.

[2]張喜波.燃煤電站SCR脫硝技術中尿素熱解和水解制氨技術對比[J].化工中間體，2015（09）：166-167.