王 瑩

（北京洛卡環(huán)保技術有限公司，中國 北京 100000）

0 背景

選擇性催化還原煙氣脫硝技術最早在美國獲得專利，于20世紀70年代末首先在日本應用于燃氣和燃油鍋爐，于80年代初用于燃煤鍋爐低塵與高塵環(huán)境，于80年代中后期在歐洲經(jīng)過示范試驗后開始商業(yè)推廣，于90年代初進入美國市場。繼日本和歐洲之后，美國于上世紀末期開始大范圍安裝煙氣脫硝裝置，代表了當前世界范圍內煙氣脫硝技術水平，其脫硝還原劑制備工藝的選型、設計與應用等方面的經(jīng)驗值得國內借鑒。

液氨、氨水及尿素均可作為煙氣脫硝還原劑，隨著脫硝還原劑儲存、制備及供應技術的日漸成熟，脫硝還原劑的選擇主要從安全與經(jīng)濟角度考慮。盡管國外以液氨為還原劑的電站鍋爐煙氣脫硝工程至今未出現(xiàn)嚴重的氨泄漏事故，但由于從地方管理部門獲得液氨的使用與運輸許可證越來越困難，安全防范要求越來越嚴，相應的安全成本越來越大，因此，氨水和尿素證越來越多地作為脫硝還原劑使用。

目前，國內已經(jīng)有多家電廠在脫硝工程中采用尿素熱解技術，并且取得了成功的應用經(jīng)驗。

1 尿素熱解技術

目前通用的尿素熱解技術基于美國Fule Tech公司設計的尿素熱解制氨技術。

1.1 尿素熱解原理

尿素熱解反應過程是將高濃度的尿素溶液噴入熱解爐，在溫度為350-650℃的熱煙氣條件下，液滴蒸發(fā)，得到固態(tài)或者熔化態(tài)的尿素，純尿素在加熱條件下分解和水解，最終生成NH3和CO2，NH3作為脫硝還原劑送入反應器內，在催化劑作用下有選擇性地將NOx還原成N2和H2O。熱解主要反應總式可表示為：

目前普遍認為尿素熱解制氨的生成分三步實現(xiàn)：（1）尿素水溶液蒸發(fā)析出尿素顆粒；（2）尿素熱解生成等物質的量的氨氣和異氰酸（HNCO）；（3）異氰酸進一步水解生成等物質量的氨氣和二氧化碳。主要反應式可表示為：

1.2 主要工藝流程

圖1 尿素熱解制氨工藝流程圖

尿素熱解工藝的常用流程為：尿素顆粒儲存于儲倉，由稱重給料機輸送至尿素溶解罐，用除鹽水將固體尿素溶液成50%的尿素溶液（需外部加熱，保證尿素溶液的溫度在30℃以上），尿素溶液經(jīng)由給料泵、循環(huán)系統(tǒng)、計量分配裝置、霧化噴嘴等進入絕熱分解室（熱解爐），稀釋空氣經(jīng)加熱也進入到分解室。霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內分解，生產的分解產物為氨氣和二氧化碳，分解產物經(jīng)由氨噴射系統(tǒng)進入脫硝煙道。圖1為目前國內應用較多的尿素熱解制氨工藝流程。

熱解室可利用燃油、燃氣、電源、高溫蒸汽/煙氣等作為熱源來完全分解尿素。在所要求的溫度（如350-650℃）下，熱解爐需要提供足夠的停留時間，以確保尿素到氨的100%轉化率。

熱解爐的容積是依據(jù)尿素分解所需要的體積來確定。熱空氣將通過加熱器控制裝置以維持適當?shù)哪蛩胤纸鉁囟取Ｄ蛩亟?jīng)過噴射器注入到熱解爐，尿素的添加量由SCR反應器氨需量來決定。系統(tǒng)在熱解爐出口處提供氨氣/空氣混合物。氨氣/空氣混合物中的氨體積含量小于5%。

2 應用舉例

某電廠2×300MW機組鍋爐由哈爾濱鍋爐廠設計制造，為HG-1060/17.5-HM型亞臨界壓力一次中間再熱自然循環(huán)、單爐膛、П型布置、平衡通風、固態(tài)排渣煤粉爐。鍋爐以最大連續(xù)負荷(即BMCR工況)為設計參數(shù)，鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為1060t/h；機組電負荷為300MW(TRL工況)時，鍋爐的額定蒸發(fā)量為1008.8t/h。由于出口煙氣中NOx值超出國家排放標準，委托國內某公司對其進行脫硝改造。脫硝系統(tǒng)入口參數(shù)見表1。

表1 脫硝系統(tǒng)入口煙氣參數(shù)表

將分析比較，最終采用尿素熱解發(fā)進行此次脫硝改造，在設計工況下，單臺爐氨需量按170kg/h進行設計，經(jīng)計算得到尿素耗量為306kg/h，尿素熱解采用鍋爐熱一次風（壓力：8kPa，溫度：300℃），風量設計值為6500Nm3/h，用電加熱器將一次風加熱到約600℃，電加熱器功率750kW。該電廠脫硝系統(tǒng)投運后的監(jiān)測數(shù)據(jù)（表2）表明，脫硝系統(tǒng)投運后達到了理想的脫硝效率。

表2 脫硝系統(tǒng)運行記錄

采用尿素熱解法，煙氣中Nox含量均達到了國家排放標準，設備運行良好，達到了預期的脫硝效率。

3 應用中容易出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和應對策略

3.1 熱源耗能大、運行費用高

尿素熱解裝置在運行過程中，依托熱源加熱空氣，無論采用燃油、燃氣還是電源，消耗量始終較大，分析其原因主要是稀釋風溫度低、流量大。并且由于系統(tǒng)氨需量大，尿素熱解吸收較大的熱量，需要提供的熱量就越多。

相對于燃油，燃氣和電源，采用高溫蒸汽/煙氣作為熱源是電廠最容易接納的。但由于采用蒸汽/煙氣需要加裝可靠的換熱設備，目前還處于研究階段。

3.2 熱解爐尾部積物較快

熱解的兩個重要因素是足夠的熱量和較好的尿素溶液霧化效果。

熱解爐在使用過程中發(fā)生因為底部尾管處尿素積存過多，導致出口風量減少，系統(tǒng)氨需量不夠，直接造成熱解爐停運清理，影響脫硝裝置的可靠性。

熱解爐及其出口管道保溫設計或施工不到位，致使混合氣管道溫度低于尿素分解產物的逆反應溫度，管壁產生尿素結晶，致使管道堵塞。運行實踐表明，將熱解爐出口管道的保溫厚度限定在200mm以上，能有效的保證熱解系統(tǒng)的運行。

如果熱解爐內熱空氣的流量低或溫度低,都會造成尿素溶液得不到完全熱解而在尾部形成沉積。通過控制熱解爐尾部出口混合氣體的溫度大于320℃可以很好地解決此問題。

3.3 霧化空氣的品質影響熱解爐的運行

如果尿素霧化空氣品質差,霧化空氣中含有油、水和塵,運行時間長后容易堵塞浮子流量計，浮子流量計不報警,尿素溶液得不到霧化,直接噴入尿素熱解爐,影響其熱解效果,尿素直接沉積到熱解爐尾管,造成堵塞?？梢愿鼡Q霧化空氣的供氣來源,將原有雜用空氣更換為儀用空氣,并定期檢查壓縮空氣系統(tǒng)的運行狀況,及時維護,保證系統(tǒng)的清潔和暢通。經(jīng)過實際使用情況表明,此辦法可以有效地解決熱解爐尾部管道沉積物堵塞的問題。

3.4 加熱介質影響脫硝效率

由于空氣預熱器后的一次風仍含有一定的粉塵，脫硝噴氨格柵長期運行后，可能會造成局部的噴嘴堵塞，影響脫硝系統(tǒng)效率，建議在噴氨格柵的調節(jié)門后增加壓縮空氣吹掃裝置，定期對管道進行吹掃。

4 結論

尿素熱解技術目前在國內已經(jīng)非常成熟，已經(jīng)在多家電廠投運并運轉良好，達到了預期的脫硝效率。雖然存在上述問題，但只要在運行中加以注意即可避免。隨著國家環(huán)保新政的頒布，尿素熱解技術將成為火力發(fā)電廠煙氣脫硝技術的主流，得到更大的推廣和應用。

［1］郭錦濤.SCR法煙氣脫硝系統(tǒng)工程應用[J].能源與環(huán)境,2009,05:53-57.

［2］蔡玲.SCR法煙氣脫硝技術在燃煤電廠的應用[J].電力職業(yè)技術學刊,2011,NO.1:22-25.

［3］莊建華.SCR煙氣脫硝技術的應用[J].發(fā)電設備,2010,02:142-145.