段傳和，谷小兵

(中國大唐集團科技工程有限公司，北京 100097)

燃煤電站SCR煙氣脫硝還原劑尿素熱解熱源的選擇

段傳和，谷小兵

(中國大唐集團科技工程有限公司，北京 100097)

介紹了燃煤電站SCR尿素熱解工藝，結合當前燃料價格，通過工程案例計算，對比了各種尿素熱解熱源的運行費用。計算結果表明，高溫蒸汽加熱方案的運行費用最省，但在實際應用中受到相關條件的限制;在一定條件下，燃氣加熱與電加熱方案是工程的優(yōu)選技術方案。

SCR;尿素;熱解;熱源

1 SCR煙氣脫硝技術基本原理

選擇性催化還原煙氣脫硝技術［1－2］是目前應用于燃煤電站中的主流技術之一，其基本原理:在催化劑和氧氣存在的條件下，在一定的溫度范圍(300～420℃)內，還原劑(如氨)有選擇的將煙氣中的NOx還原生成為N2和水，減少NOx的排放，因為整個反應具有選擇性和需要催化劑存在，故稱之為選擇性催化還原(SCR)。

由于以氨作為還原劑的時候能夠得到的NO的脫除效率最高，典型SCR化學反應式為:

2 SCR煙氣脫硝技術還原劑及尿素熱解

燃煤電站SCR脫硝工藝中直接參加化學反應的是還原劑氨氣，常用氨氣有兩種制備方法:直接法和間接法。直接法通過液氨或氨水氣化制取氨氣;間接法即水解或熱解干尿素法制取氨氣。

采用尿素熱解制取燃煤電站SCR系統(tǒng)的還原劑是常用的技術［3－8］。首先，在溶解系統(tǒng)中將尿素配制成質量濃度為40%～60%的尿素溶液，將其輸送到儲罐，尿素溶液經過輸送泵、計量和分配裝置，由噴射器噴入絕熱分解爐，霧化的尿素溶液在溫度300～650℃熱環(huán)境條件下，液滴蒸發(fā)，得到固態(tài)或者熔化態(tài)的尿素。純尿素分解產生NH3并與稀釋空氣混合后進入SCR噴氨系統(tǒng)，在SCR反應器中在催化劑作用下將NOx還原成N2和H2O。熱解爐可利用的熱源可以是高溫蒸汽、燃料油燃燒高溫煙氣、天然氣燃燒高溫煙氣及電加熱器等。

為了更好的闡述尿素熱解系統(tǒng)熱源的選擇，本文將以某工程1臺600MW SCR脫硝裝置的實際數據進行相關計算對比說明。

3 尿素熱解系統(tǒng)的工藝計算

對于案例工程，在鍋爐最大工況(BMCR)、燃用設計煤種、處理100%煙氣量的條件下，脫硝效率不小于80%，煙氣中NOx濃度440mg/m3(干基，6%氧)，保證系統(tǒng)尿素耗量不大于480kg/h，用去離子水將干尿素溶解成55%質量濃度的尿素溶液。

3.1 熱解室工藝設計

為了提高熱解效率和降低低溫能耗，案例工程正常運行時稀釋風擬采用鍋爐空預器后一次熱風(壓力～10kPa，溫度300℃)，經過再加熱到350～650℃，熱解爐出口的混合氣體溫度設計為340℃左右，設計流量為6700m3/h，其他相關數據見表1。

表1 案例工程及熱解爐的工藝設計數據

3.2 熱解爐的熱量需求

熱解爐工藝流程為a、b兩個，其中a為采用電加熱器或高溫蒸汽為加熱介質，b為采用天然氣或柴油為加熱介質。根據熱解爐的工藝設計和AIG安全性運行需要，在采用鍋爐熱一次風的基礎上，熱解爐的能量需求計算結果見表2。

表2 熱一次風熱解爐尿素熱解能量需求

從表2各能耗占總能耗比例來看，尿素溶液中水的蒸發(fā)、升溫需要熱量的能耗比例在45%左右，其次是稀釋風能耗約為15%;尿素熱解需要吸收的熱量為25%左右;45%尿素溶液熱解需要的熱量是55%濃度尿素溶液熱解需要熱量的1.23倍，因此從節(jié)約能量的角度來講，應該盡量提高尿素溶液的質量濃度和氨空混合比。

3.3 各種熱解介質的能耗及運行費用

3.3.1 高溫蒸汽加熱技術數據

由計算可知，進入熱解爐的稀釋空氣溫度應為626℃左右，顯然對于目前燃煤電站無法通過高溫再熱蒸汽將300℃的熱一次風加熱到600℃以上。但如果熱解爐設計溫度為500℃，此時需要稀釋風量約為12000m3/h，利用高溫再熱蒸汽將熱一次風從300℃加熱到500℃，高溫蒸汽本身冷卻到320℃后返回主機高壓廠用汽系統(tǒng)，該方案的相關計算結果見表3。表中鍋爐效率為93%。從表3可以看出，采用熱一次風+高溫蒸汽方案較直接采用高溫蒸汽加熱年節(jié)約運行費用4萬元(已考慮熱一次風加熱的煤耗費用32.12萬元，下同)。

表3 高溫蒸汽加熱方案的技術數據

3.3.2 電加熱技術數據

表4 電加熱方案的相關技術數據

對于案例工程，采用熱一次風+電加熱相結合的方案，使稀釋風由300℃升溫到626℃，與只采用電加熱對尿素進行熱稀釋風由常溫直接加熱到626℃左右的技術方案相比較(見表4)。計算結果顯示，采用熱一次風+電加熱方案較只采用電加熱方案，年節(jié)約運行費用約83.64萬元。

3.3.3 燃氣燃燒加熱技術方案

對于案例工程，采用熱一次風與天然氣混合加熱的尿素熱解方案與完全采用天然氣加熱方案的相關技術數據見表5。尿素熱解稀釋風需要的熱量采用混合加熱方案較完全采用天然氣加熱年節(jié)約運行費用約79.9萬元。

表5 燃氣燃燒加熱的相關技術數據

3.3.4 燃油燃燒加熱技術方案

對于案例工程，采用熱一次風+燃油燃燒加熱相結合的方案，與只采用燃油加熱方案相關技術數據見表6。采用燃油混合加熱方案，年可節(jié)約運行費用170萬元左右。

表6 燃油燃燒加熱的相關技術數據

4 結論與建議

尿素熱解稀釋風的加熱熱源采用鍋爐熱一次風+燃油(燃氣、電加熱)的二級加熱方式都是可行的，且較之采用燃油(燃氣、電加熱)直接加熱節(jié)約運行費用和初投資;在目前燃料和電價的價格水平下，燃油加熱介質方案運行費用較高，燃氣與電加熱方案的運行費用基本相當;但電加熱器設備的初投資較燃油(燃氣)燃燒器高。在燃煤電站SCR系統(tǒng)，采用高溫再熱蒸汽對鍋爐熱一次風升溫后作為尿素熱解熱源的方案雖然運行成本是最低的，但對某個工程是否經濟、可行，需要認真的核對。

通過以上的技術比較，電加熱器加熱稀釋風是熱解系統(tǒng)較為簡單和比較可行的技術方案。相關研究表明，提高熱解爐稀釋風的溫度，對尿素的熱解和系統(tǒng)運行是有利的。由于電加熱器由于其內部原件的耐溫限值，稀釋風的溫度升高(如高于650℃)可能受限，因此，如果燃煤電站內已有氣源且有可靠的燃氣保證，可以考慮將燃氣作為加熱稀釋風的熱源。采用燃油加熱系統(tǒng)，根據目前已投運項目經驗，該方式存在較嚴重的結垢現象，且該方案的運行成本也較高，故不推薦使用。

［1］段傳和，夏懷祥，中國大唐科技工程有限公司.燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］HJ 562－2010，火電廠煙氣脫硝工程技術規(guī)范選擇性催化還原法［S］.

［3］中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設計手冊(第四版)［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2009.

［4］王文選，趙繼海，周建鋒，等.600 MW燃煤機組SCR脫硝工程設計特點［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(1):49－52.

［5］李艷清.選擇性非催化還原脫硝技術在燃煤電廠的改造應用［D］.北京:華北電力大學，2007.

［6］柏源，李忠華，薛建明，王小明.尿素為還原劑燃煤煙氣脫硝技術的研究與應用［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(1):19－22.

［7］孫正杰，邵煒.北侖電廠脫硫系統(tǒng)經濟運行優(yōu)化探討［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(4):54－56.

［8］張利勇.選擇性非催化還原脫硝技術的應用及其運行控制策略［D］.北京:華北電力大學，2008.

Selection of heat source on urea pyrolysis of SCR deNOxsystem in coal－fired power plants

The pyrolysis technology of SCR reducing agent urea in coal－fired power plants was introduced.Combined with current fuel prices，the operating costs of a variety of urea pyrolysis heat sources were compared through the calculation of an actual SCR deNOxengineering case.The results indicated that the high temperature steam heating program was economical，but it was restricted to certain conditions，the gas heating and electric heating program were optimal scheme.

SCR;urea;pyrolysis;heat source

X701.7

B

1674－8069(2012)04－034－03

2012-04-03;

2012-06-17

段傳和(1968-)，男，河南羅山人，高級工程師，主要從事燃煤電站環(huán)境保護和能源管理技術的研究與管理工作。E－mail:duanch@cdte.com.cn