尿素熱解脫硝技術的問題探討

摘 要：現今環境壓力越來越大，為響應國家號召，履行社會責任，推動環境與社會的可持續發展，火力發電機組除了對煙氣進行脫硫處理，還需進一步對煙氣進行脫硝以降低煙氣中NOx的含量。文章就某廠2×660MW超超臨界機組采用尿素熱解脫硝技術為原型，并對其應用及可能出現的問題進行了探討。

關鍵詞：尿素熱解；火力發電；前景

煤在我國能源消耗中占據著巨大的比例，煤燃燒后所產生的廢氣若不經過處理達標而直接排放，會因NOx含量過而多對環境造成嚴重的污染，再加上人們對環保問題變得格外關注，國家對生產的排放指標要求越來越高，火力發電機組的煙氣脫硝成為了當前的必然趨勢。

1 尿素熱解脫硝技術的應用

為了有效去除煙氣中的NOx，降低對環境的污染，目前大型火力發電機組都采用煙氣脫硝技術，其中尿素熱解脫硝技術便是這里最典型的一種。其工藝流程為：先將尿素放入溶解罐內，用除鹽水混合溶解，并制成50%濃度的尿素溶液，然后通過計量分配裝置和壓縮空氣霧化系統噴入熱解爐內，其中熱解爐內的稀釋風來自空預器出口熱一次風管，稀釋風經過電加熱器加熱后送入熱解爐內，熱解爐內的尿素溶液在高溫下進行分解產生NH3和CO2，最后經過噴氨格柵進入鍋爐尾部煙道與煙氣中的NOx進行充分的混合，在催化劑的作用下反應生成N2和H2O并排入大氣。

2 尿素熱解脫硝技術在應用中出現的問題

（1）溫度控制問題

為保證尿素溶液在熱解爐內能完全分解成NH3和CO2，需要將進入熱解爐內的稀釋風加熱到650℃左右，并控制熱解爐出口溫度在320～420℃的范圍，以保障SCR系統中催化劑的使用壽命。熱解爐出口溫度過低，會導致尿素溶液不能完全分解而凝結成塊，長時間后會使熱解爐出口通流量減少，影響脫硝系統的正常運行；熱解爐出口溫度過高，則會損壞SCR系統中的催化劑，使催化劑的使用周期縮短。

（2）尿素溶液的霧化問題

尿素溶液通過計量分配裝置，在壓縮空氣的作用下經過尿素噴槍霧化后進入熱解爐，因此尿素溶液的霧化效果好壞，會直接影響到脫硝系統的運行和熱解爐的安全，霧化效果不好會使熱解爐內出現固化，而且一旦固化則很難再溶解，造成熱解爐通流面積減少，減低脫硝系統的效率。為解決這個問題，則需要保障參與霧化的壓縮空氣質量和壓力的穩定，用儀用氣替代雜用氣，定期對尿素噴槍進行沖洗。

（3）噴氨格柵的堵塞問題

由于稀釋風取自空預器出口熱一次風，不可避免的會使其帶有一定的粉塵，噴氨格柵在經過長時間的運行后會出現堵塞現象，為此，則需要在噴氨格柵處加裝吹掃裝置以保證噴氨管路的暢通，在機組啟動初期，風煙系統啟動后噴氨格柵也應盡快保持通風狀態，防止飛灰堵塞。

（4）尿素溶液輸送管路內結晶問題

尿素在溶解罐內加熱溶解后變成50%濃度的尿素溶液，溫度在50℃左右。在某些原因需要將脫硝系統退出時，尿素溶液輸送管路溫度下降，會造成附著在管壁內的尿素溶液結晶成塊，長時間不維護則會使管路堵塞。為此，從設計上需要增加管路的蒸汽伴熱系統，使管道保持溫度穩定，待管道內的尿素溶液吹掃完成后，若需要退出蒸汽伴熱系統，則可以選擇退出。

（5）低負荷階段適用性差

尿素脫硝系統的運行受到機組負荷的限制，在負荷300MW以下，脫硝入口煙溫低于320℃時，由于催化劑效率低，NH3的逃逸率升高，并會產生硫酸氫氨而造成空預器積灰堵塞。因此，為保證脫硝效率和空預器的安全，脫硝系統在低負荷階段會退出運行，對環境也會造成一定的影響。為了有效解決這個問題，保證脫硝系統的全負荷投入，投資較少的主要有兩種技改方案：一是在省煤器入口開煙氣旁路至脫硝入口；二是在省煤器入口的水側增加旁路來控制脫硝入口煙溫。兩種方案各有優缺點，需根據具體情況確定。

3 尿素熱解脫硝技術的應用前景

從某廠采用的尿素熱解脫硝技術的應用情況來看，雖然會出現上述問題，但其環保效果非常可觀。用于脫硝的尿素原料便于生產、運輸和存儲，不會對周圍環境構成威脅，在整個制氨的過程中，也比較容易操作，在鍋爐最大工況下，脫硝效率可達85%以上，能夠很好的滿足國家環保和電廠安全生產的要求，在整個脫硝市場具有較大的優勢。因此，從其應用前景來看是比較樂觀的。

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作者簡介：李兵（1986，2-），男，湖南郴州人，武漢大學經管學院企業管理專業2015級在讀碩士，助理工程師，研究方向：發電運行與企業管理。