火電廠煙氣脫硝高溫煙氣旁路直噴尿素熱解制氨工藝的應用

畢浩生+叢日強+潘洋

摘 要：介紹了高溫煙氣旁路直噴尿素制氨工藝技術，并針對某1025 t/h鍋爐煙氣脫硝改造項目，具體分析高溫煙氣旁路直噴尿素熱解制氨工藝流程、設備特點、運行情況及經濟性。

關鍵詞：旁路直噴；尿素熱解；高溫煙氣；脫硝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.023

0 引言

現有尿素熱解技術包括傳統爐外尿素熱解技術及爐內尿素直噴技術。傳統爐外尿素熱解技術，在鍋爐外先將尿素熱解形成氨氣后再噴入脫硝入口煙道合適的位置，尿素熱解需消耗大量的電能，且設備費用投資大，提高了煙氣脫硝的成本。爐內尿素直噴技術是將還原劑尿素溶液直接噴入鍋爐（鍋爐尾部煙道或鍋爐轉向室），由于此種技術尿素溶液將過多的水帶入了鍋爐，會影響鍋爐效率。且對于尾部空間不足的鍋爐，若尿素溶液未分解前噴到鍋爐受熱面上，會對受熱面造成腐蝕。且由于多數鍋爐的結構和煙溫情況存在很大差異，在鍋爐內沒有合適的空間或沒有合適的溫度區間使用爐內直噴尿素制氨技術（如尾部雙煙道鍋爐、塔式爐等）。為克服以上技術缺陷，提出一種多負荷工況條件下使用的鍋爐高溫煙氣旁路直噴尿素熱解制氨技術。

1 高溫煙氣旁路直噴工藝技術

1.1 基本原理

一定濃度的尿素溶液，以熱煙氣作為熱源，尿素溶液在400～600℃快速分解生成的氨氣作為脫硝還原劑[1]。尿素熱解的化學反應式為：

1.2 工藝流程

高溫煙氣旁路煙道入口設置在溫度合適的鍋爐尾部煙道上，旁路煙道的出口與省煤器后方的脫硝入口煙道相連通。在尿素溶液制備系統中制備一定濃度的尿素溶液，尿素溶液計量后通過管道輸送至旁路煙道上的尿素溶液噴射器組中，尿素溶液噴射器噴出的尿素液滴與煙氣混合，利用高溫煙氣熱量（400～600℃）將尿素溶液迅速分解為氨氣。通過設置于旁路煙道出口的特殊噴氨裝置使還原劑與煙氣更加均勻地在脫硝入口煙道前混合，之后進入裝有催化劑的SCR反應器。在催化劑作用下，氨氣與煙氣中的氮氧化物發生反應，生成無害的氮氣和水。高溫煙氣旁路煙道入口處設置有飛灰擋板用以阻擋進入旁路煙道的大顆粒灰塵，旁路煙道靠近其出口的位置還設置有膨脹節，吸收旁路煙道在溫度變化下的形變。

1.3 工藝特點

（1）鍋爐高溫煙氣旁路直噴尿素熱解制氨技術將尿素溶液噴入由鍋爐尾部煙道引出的旁路煙道中，借用高溫煙氣熱量將尿素溶液分解為氨氣，即避免了爐內尿素直噴技術中尿素液滴對受熱面造成腐蝕、尿素溶液過多的水帶入鍋爐影響鍋爐效率，又利用高溫煙氣進行尿素熱解，節省傳統熱解電能的消耗，降低了煙氣脫硝的運行成本。

（2）此脫硝系統沿旁路煙道內煙氣的流動方向，在旁路煙道內設置有旁路煙道調節閥，用以調節進入旁路煙道內的煙氣量，從而可以根據鍋爐運行負荷的影響，調節進入旁路煙道內的煙氣量，確保尿素的熱解過程，從而保證了進入煙道的氨氣量，確保工藝的穩定運行。旁路煙氣能對脫硝入口煙道內的煙氣加熱升溫，避免了當鍋爐低負荷運行時，SCR脫硝入口煙氣溫度低于脫硝催化劑允許的最低噴氨溫度，煙氣脫硝系統在鍋爐低負荷時將被迫停運的現象發生。

2 技術應用

（1）項目介紹。某1025 t/h鍋爐為亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環汽包爐，采用平衡通風、四角切圓燃燒方式，設計燃料為煙煤。工程采用在現有一套傳統爐外尿素熱解裝置的基礎上，增設一套“并行”的節能高溫煙氣旁路直噴尿素熱解制氨裝置。該裝置的性能指標按照NOx排放濃度<50mg/Nm3設計，入口氮氧化物濃度約400mg/m3。

（2）優化設計。對該項目脫硝系統低負荷工況進行數值模擬計算，分別通過計算煙道內壓力場和速度場、煙道內溫度場以及煙道內氨濃度場分析主煙道內阻力、溫升及主煙道內氨濃度分布情況[2]。針對該項目煙氣流速分布、溫度分布、NOx/NH3分布、煙氣入射角等參數優化設計旁路支管的位置、直徑變化及導流裝置，使以上參數達到性能保證要求。

（3）運行情況。 本脫硝工程于2016年12月完成旁路煙道尿素直噴熱解系統連續試運。整套試運過程中，旁路直噴全部系統投入自動運行，試運穩定、可靠，脫硝效率大于87.5%，對鍋爐效率的影響<0.1%，SCR煙氣入口溫度310-350℃，試運期間各項指標滿足環保達標的要求，并達到超凈排放。

（4）經濟效益分析。某1025 t/h鍋爐脫硝系統如采用傳統的爐外尿素熱解技術，尿素需利用電能加熱熱風并在熱解爐中完成熱解，單臺機組采用電加熱消耗電能500kW。采用高溫旁路煙道直噴尿素熱解SCR系統后，取消了電加熱器，并減少尿素熱解熱風消耗量5000Nm3/h，尿素消耗量基本保持不變。

3 結語

采用高溫煙氣旁路直噴尿素熱解制氨脫硝工藝，借用高溫煙氣熱量將尿素溶液分解為氨氣，即避免了爐內尿素直噴技術中尿素液滴對受熱面造成腐蝕及對鍋爐效率的影響，又利用高溫煙氣進行尿素熱解，節約了電加熱器的電耗，降低了煙氣脫硝的成本，達到良好的經濟效益和社會效益。且項目運行穩定，投用率高，各項指標均滿足排放標準。

參考文獻：

[1]張洪偉.尿素熱解SCR技術在電站鍋爐中的應用[J].鍋爐改造，2014（07）.

[2]王敦敦，劉峰，陳珣，呂當振，楊益.電站鍋爐SCR脫硝旁路煙道改造數值模擬及應用[J].湖南電力，2016（10）.