480 t/h供熱鍋爐脫硝還原劑改造稀釋風熱源選擇及控制技術探討

0 前言

目前熱電廠普遍使用液氨作為脫硝系統還原劑。根據《危險化學品重大危險源辨識》（GB/18218-2009）的相關規定，液氨屬于危險品，在生產、加工、使用或存儲量超過10 t時構成重大危險源，納入國家安全監察機構重點監控范圍。

根據《中共中央國務院關于推進安全生產領域改革發展的意見》（中發［2016］32號）、中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發的《關于全面加強危險化學品安全生產工作的意見》、國家能源局綜合司發布《切實加強電力行業危險化學品安全綜合治理工作的緊急通知》（國能綜函安全［2019］132號）等文件要求，熱電廠積極開展液氨罐區重大危險源治理，加快推進尿素升級改造進度。

目前尿素作為SCR煙氣脫硝還原劑，主要有尿素熱解制氨和水解制氨2種工藝。相比較而言，尿素熱解制氨工藝由于系統簡單、運行穩定、響應速度快、維護量小，被越來越多電廠采用

。

本文基于某熱電廠480 t/h供熱鍋爐采用尿素熱解替代液氨工藝的改造設計，對其熱源選擇和稀釋風控制技術特點進行探討。

由于進化的觀念所強調的時代性和進步性，“國故”終究只是過去式，無法真正從“古”來到“今”。胡適說文言文是“死文字”，決不能做出有生命有價值的現代文學。他主張“歷史的真理論”，認為真理的價值只是“擺過渡，做過媒”，可以隨時換掉、趕走。這樣的“國故”即使被“整理”出來龍去脈，其價值最終也極易被“評判”為陳設在博物館的、沒有生命的展品。時間之流終究被“評判”之利刀斬斷為古今的堅硬對峙，已“死”的過去走不進現在和將來的生命。所以，“評判的態度”不僅要求人們認清古今變易的大勢所趨，更要做“反對調和”的“革新家”，將目光聚焦于現在與未來。在胡適看來，生乎今之世而反古之道，是有違進化之跡的背時逆流。

1 鍋爐設備概況

某熱電廠鍋爐配套額定蒸發量為480 t/h的高壓自然循環汽包爐，采用四角切圓燃燒方式，主要技術參數見表1。

窗外明媚的秋光從窗簾縫隙里鉆進來，空中懸浮著灰塵。這世界滿是塵埃，漂浮在空氣中或停留在某一處，看似不存在，其實隨處可見。

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2 SCR煙氣脫硝尿素熱解的工藝原理

尿素溶液在熱解器內水分不斷蒸發，尿素溶液不斷濃縮結晶達到飽和時，開始發生熱解，生成含氨氣的混合氣體，作為鍋爐脫硝的還原劑。為了使尿素充分分解，需要足夠的傳熱速率，同時保證分解后的產物不發生可逆反應，需要控制熱解器出口溫度在350℃以上

。

串級PID控制回路中，一旦控制回路的自動功能投入后，內回路的設定值SP2由外回路給定，SP2隨著PV1的變化而變化。

前兩天我自行車胎炸了，我推著車去三里屯的天橋下修輪胎，我問多少錢，老板眼皮子都不抬一下，低著頭告訴我：60。然后我就規規矩矩地坐在路邊的小凳子上，等老板修了二十分鐘，最后推車走人的時候，也沒人認出來我是誰。

3 尿素熱解熱源選擇

常用的尿素熱解稀釋風加熱技術主要有電加熱技術和氣-氣管式換熱器技術。電加熱技術雖然系統簡單，但由于其存在能耗過大、運行成本高的缺點，限制了尿素熱解技術的應用。目前，利用鍋爐內熱煙氣加熱冷風的氣-氣管式換熱器技術，作為尿素分解的熱源，是一種節能低碳的尿素熱解熱源選擇，已經被普遍采用

。氣-氣管式換熱器技術主要包括爐外氣-氣管式換熱器技術和爐內氣-氣管式換熱器技術。其中爐外氣-氣管式換熱器技術由于其系統復雜，煙氣引出爐外對鍋爐流場與效率的影響大于爐內直接放置換熱器，從而間接增加鍋爐能耗，因此，目前較多采用爐內氣-氣管式換熱器技術

。

(3)菌株CEH-ST79發酵液提取物的制備。將活化好的菌株CEH-ST79接種至液體ATCC213 改良培養基中，在37 ℃， 200 r/min條件下培養5～7 d制備發酵液；然后將發酵液在4 000 r/min的條件下離心15 min去除菌體，并分別用乙酸乙酯、氯仿和正丁醇在分液漏斗中依次萃取，萃取液經減壓旋轉蒸發得浸膏；再用無菌水將浸膏配成20 mg/mL的原液，原液經低溫離心、抽濾滅菌后用無菌水依次稀釋為10，5，1 mg/mL備用。

4 爐內氣-氣管式換熱器技術控制策略

為了保證尿素熱解過程所產生中間產物不因低溫而發生逆反應，生成易結晶的副產物，熱解器出口產物氣體溫度需維持在較高設定溫度以上。

氣-氣換熱器尿素熱解系統總的控制策略為：在各種鍋爐負荷條件下，保證尿素熱解器的出口溫度穩定在正常值350℃以上，尿素熱解器的入口溫度一般控制在450～650℃，滿足尿素熱解器反應溫度與熱量的需要，確保尿素充分熱解，并避免生成結晶產物堵塞管道系統。

——稀釋風流量；kg/h

在研究公園綠地對住宅價格的影響時,通常從建筑特征、鄰里特征和區位特征3個主要方面展開分析,從中提取公園綠地對住宅價格的影響因數[16,21,30]．本文以住宅價格為因變量,選取了6個建筑特征、5個區位特征和4個鄰里特征為自變量(表1).在所選取的變量中,有實際數據和需要量化的數據,其中建筑面積、建筑年齡、容積率、樓層、公共交通、至最近公園的距離、至最近商圈的距離、最近公園面積、至CBD距離、物業費、綠化率為實際數據,裝修程度、住宅朝向、教育配套和生活配套則需要量化．

以某480 t/h供熱鍋爐熱解爐溫度控制策略為例：熱解爐的溫度控制采用PID串級調節，外回路PID的設定值SP1由運行人員手動設定，控制對象PV1是熱解爐出口母管溫度，外回路PID的輸出為SP2。

——50%尿素溶液耗量，kg/h；

將一定質量的尿素溶液在熱解器中發生熱解反應，將40℃左右的尿素溶液熱解為350℃以上含氨混合氣體所吸熱的熱量設為q，主要包括加熱水到飽和溫度所需的熱量、水的汽化潛熱和尿素完全熱解吸收的熱量，其大小取決于尿素溶液的濃度和耗量。

5 稀釋風機選型

以氨氣作為SCR法脫硝還原劑，其耗量為：

稀釋風流量為：

式中：

——氨氣耗量，kg/h；

Yang等在文獻[13]中提出了一種抗合謀攻擊的安全多方和積協議SPOS（Secure Product of Summations Protocol），該協議使用同態加密[12]實現安全多方和積的計算，并能夠抵抗合謀攻擊。該協議假設有m個參與方且第i個參與方Ni有數據（xi，r）i，m方合作計算并保證計算過程中任意參與方無法獲得其他參與方的任何有效數據。該協議中參與方是平等的，在計算過程中每個參與方執行相同的操作，不存在中間節點。

其中T2=1.73×σk，σk為鄰域內方差[5]。T2的作用在于將噪聲分類，若判斷為高斯噪聲采用均值濾波，判斷為脈沖噪聲則用中值濾波。閾值T1的選取是針對圖像出現類似只有一個象素寬的細微紋理。T1一般取6～10之間的整數，本文中取8。

F——脫硝入口鍋爐煙氣流量，m

/h；

C

——脫硝入口換算為

的濃度，mg/m

；

M

——

的摩爾質量，kg/kmol；

M

——

的摩爾質量，kg/kmol；

三是落實“三條紅線”，加強流域水資源管理與保護。一要落實水資源開發利用控制紅線。基本完成太湖流域水量分配方案，完成東南諸河取水許可總量控制指標方案、長三角取水許可總量控制和水資源保障方案編制。開展太湖流域用水總量考核評估方案研究和太湖流域省界斷面水量考核方案編制，開展流域水資源監控能力建設。

柬埔寨在分析框架中的定位為L型組合(積極配合)。目前柬埔寨的文化影響力偏弱，不僅對外文化推廣存在難度，其國內的文化事業發展也比較薄弱，對國際文化援助具有較高需求。而柬埔寨的地緣環境又令其十分重視中國對保障國家生存發展的作用，對中國文化的傳播也持有歡迎接納的態度。因此柬埔寨在同中國發展文化外交關系時主要采取了積極配合的行為。

M

——空氣的平均摩爾質量，kg/kmol；

——氨氮摩爾比。

根據SCR脫硝系統設計規范，氨氣與空氣混合濃度不大于5%（體積分數），此時稀釋風機的設計風量由氨氣耗量通過物料平衡計算確定。而在以尿素熱解氨氣為還原劑的脫硝系統中，當采用煙氣換熱器進行稀釋風加熱，稀釋風量的選取不僅需滿足氨氣與空氣混合濃度不大于5%，還需提供足夠的熱量以滿足尿素熱解的需要。此時稀釋風機的設計風量由氨氣耗量、鍋爐煙氣溫度等通過物料平衡和熱量平衡計算綜合確定

。

以尿素熱解作為SCR法脫硝還原劑，稀釋風流量

為：

式中：

——單位尿素溶液熱解熱量，kJ/kg；

尿素熱解系統中氣-氣換熱器的溫度控制，需根據鍋爐運行負荷NO

變化量的情況、尿素溶液流量、尿素熱解需要的溫度，以爐內換熱器入口稀釋風量調節為主要手段，進行綜合控制，以滿足機組正常運行負荷范圍內脫硝性能的要求。

如圖2、圖3所示，外回路PID的輸出SP2是內回路PID的設定值，內回路PID的控制對象PV2是爐內換熱器的出口稀釋風溫度，內回路的調節輸出量是爐內換熱器入口稀釋風流量調節閥的開度指令。溫度測點PV2是爐內煙氣換熱器的出口稀釋風溫度。

典型的爐內氣-氣管式換熱器系統布置見圖1。在鍋爐省煤器進口區域布置高溫煙氣加熱管束，將冷風加熱到尿素熱解所需要的熱源溫度。爐內氣-氣管式換熱器節能效果顯著、方案簡單、對鍋爐的影響非常微小，新建或鍋爐改造項目均易于實施。

C

——稀釋風比熱容，kJ/kg·℃；

、

——稀釋風在熱解爐進口、出口溫度，℃。

根據設計運行經驗，尿素熱解爐出口稀釋風溫度不低于350℃，根據表2中不同鍋爐負荷下省煤器入口煙溫、氨氣耗量等初始條件，計算相應的熱解爐入口稀釋風溫度，據此作為稀釋風量計算初始條件，分別按照物料平衡和熱量平衡關系，計算相應所需的稀釋風量，其與鍋爐負荷的關系曲線見圖4。

根據上述計算結果可知，對于采用煙氣換熱器進行稀釋風加熱的尿素熱解系統，稀釋風量的選取不僅應滿足氨氣與空氣混合濃度不大于5%，還應提供足夠的熱量以滿足尿素熱解的需要。尿素熱解所需熱量q來源于熱風，當尿素溶液耗量一定時，熱風溫度較高時，對熱風流量的需求越少；熱風溫度低時，對熱風流量的需求越多。

實際工程中，在鍋爐低負荷運行時，省煤器入口煙氣溫度較低，相應進入尿素熱解器的稀釋風溫度也較低。根據熱量平衡，相應的稀釋風量設計量隨著鍋爐負荷降低而增加。因此，理論稀釋風機選型風量應以在鍋爐最低負荷運行工況時，滿足尿素熱解熱量平衡的需求量來確定。

堿土和堿化土壤的形成與土壤中碳酸鹽的累積有著密切的關系，植物在土壤鹽堿化嚴重的地區幾乎不能生存。據統計，我國每年因土壤鹽堿化造成的直接經濟損失高達25億元[2]。土壤鹽堿化已成為重要的環境問題之一，是引起土地退化、土地荒漠化的主要誘導因素之一，也是土地資源利用和開發最主要的障礙。

對于本480 t/h脫硝改造工程，稀釋風機最大風量按5 800 kg/h選型，并根據文中控制策略，在不同鍋爐負荷下調節氣-氣換熱器入口稀釋風流量調節閥的開度。根據調試運行階段實測數據，不同鍋爐負荷下尿素耗量、稀釋風量、稀釋風溫度與設計值對比情況見圖5、圖6和圖7。

由上述調試運行數據可知，在不同的鍋爐負荷下，稀釋風量大于設計值，尿素耗量小于設計值，熱解爐出口稀釋風溫度始終大于350℃的設計要求，保證了熱解爐的工作性能，脫硝系統運行穩定，本項目稀釋風熱源選型及控制工藝是合理的。

6 結論及建議

1）尿素熱解吸收熱量大小取決于尿素溶液的濃度和耗量。尿素熱解所需熱量來源于熱風，當尿素溶液濃度和耗量一定時，熱風溫度較高時，對熱風流量的需求越少；熱風溫度低時，對熱風流量的需求越多。

2）對于采用氣-氣換熱器進行稀釋風加熱的尿素熱解系統，稀釋風量的選取應以在鍋爐低負荷運行工況時，滿足尿素熱解所需熱量平衡的最小風量來計算。

3）采用PID串級調節，通過調節氣-氣換熱器入口稀釋風流量調節閥的開度，對尿素熱解器出口溫度進行綜合控制，可以滿足機組不同運行負荷范圍內脫硝性能的要求。

［1］崔強，劉永峰.煙氣加熱器在某600 MW機組脫硝系統尿素熱解中的應用.電力科技與環保，2017，33（5）.

［2］徐威.SCR煙氣脫硝尿素熱解爐前煙氣加熱器技術研究.中國電力，2017，50（1）.

［3］侯明勝，郝建宏.脫硝尿素制氨氣氣管式換熱器熱解方案的應用.上海節能，2015（3）.

［4］彭代軍.鍋爐煙氣脫硝尿素熱解與水解制氨技術對比.能源與節能，2014（1）.

［5］賈海娟.SCR煙氣脫硝技術及其在燃煤電廠的應用.電力科技與環保，2012，28（6）.

［6］郭偉，崔寧.尿素熱解制氨SCR脫硝技術在電廠的應用與優化.鍋爐技術，2012（43）.

［7］鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術及工程實例.北京:化學工業出版社，2004.

［8］GB/T 21509-2008，燃煤煙氣脫硝技術裝備［S］.