論脫硝旁路煙道尿素直噴熱解方案的優劣性

董建剛

摘 要：隨著中國對環境保護的高度重視，要求各火電企業進行脫銷等超低排放方面的改造。本文重點介紹了某廠SCR入口尿素直噴熱解方案和脫硝旁路煙道尿素直噴熱解方案，并且重點對比了兩者的優劣性，對燃煤電廠脫銷改造提供一些成功的改進方法和經驗。

關鍵詞：脫銷；煙道；尿素直噴

一、SCR入口尿素直噴熱解方案存在的問題

（1）煙氣溫度太低尿素熱解率太低。參考某300MW電廠鍋爐可知，SCR入口即省煤器出口煙氣溫度一般為319～382 ℃，在此溫度范圍內，尿素熱解率只有50%～70%。造成大量尿素浪費，更為嚴重的問題，沒有完全分解的尿素，會以尿素結晶、異氰酸、縮二脲、聚氨酯等多種中間產物混合物的形式隨煙氣流至SCR催化劑表面，如吹灰效果較差，就會堵塞催化劑，時間長了回造成催化劑活性下降，脫硝效率降低。

（2）NH3分配不均勻。尿素溶液是通過A側和B側分別設置的9只噴槍噴入煙氣中，噴射點太少，勢必造成每只噴槍液體量上升，在2.4X10米的SCR入口煙道截面上，9個噴射點遠遠不能有效覆蓋整個截面。噴點區域氨濃度高，煙道邊緣和四角區域氨濃度非常低，又由于噴射點距離SCR反應器的催化劑層距離太近，造成混合距離不足，氨濃度偏差情況遠不能達到催化劑層對NH3/NOx濃度偏差5%之內的要求。勢必造成大量的氨逃逸，逃逸氨與煙氣中的SO3結合生成硫酸氫銨，煙氣通過回轉式空預器時，在230～190℃溫度范圍區域會析出粘稠狀的硫酸氫銨粘附在蓄熱片上造成腐蝕，大量煙塵被硫酸氫銨粘附就會造成部分回轉式空預器蓄熱片的堵塞，整體表現是阻力上升（某廠三號機組的煙氣側阻力達到了1800Pa），換熱效率下降。

（3）噴槍堵塞嚴重、煙道磨損。由于煙溫太低，噴槍噴出的尿素液滴不能及時、完全地被分解。有很多噴槍的噴嘴處直接粘附大量煙塵，尿素溶液根本無法形成霧滴噴出，反而尿素與煙塵粘附在一起在噴嘴處形成了“蜂窩狀”的結晶物，嚴重的情況甚至將噴槍墜彎。

（4）效果不理想。尿素直噴投運以后，脫硝A/B側出口在煙道內NOX濃度分布極不均勻。通過實測檢驗，出口煙道只有煙道內側能夠測到NOx，而且還顯示偏高（脫硝A/B側出口煙道內側能夠測到100mg/m3左右），其余實測孔均為零。說明進入催化劑層的煙氣中氨濃度極不均勻。沒有檢測到NOx的大面積區域，氨逃逸肯定很大，這就能夠解釋為什么，空預器阻力上升的原因。

二、機組脫硝旁路煙道尿素直噴熱解的技術方案

（一）旁路煙道尿素直噴熱解方案中需運用到的主要設備和使用方法

（1）尿素溶液循環裝置。設置一套尿素溶液供應、循環裝置及循環管路，為脫硝裝置供應尿素溶液。尿素溶液循環裝置包含2臺全流量的多級SS離心泵（帶變頻器）、1只背壓閥及用于遠程控制和監測循環系統的壓力、溫度、流量以及濃度等儀表等。泵入口管接至尿素溶液儲罐預留管接口，回流管接至尿素溶液儲罐預留管接口，必要的地方要設置關斷閥。

（2）計量分配裝置。尿素溶液的計量分配裝置應能精確地測量和控制輸送到每只噴槍組所需的尿素溶液流量。每臺爐設置2套計量分配裝置，用于控制由A、B側SCR反應器對應氨氣的需求所需的尿素溶液流量，同時調節每只噴槍霧化空氣的壓力和流量，保證每支噴槍的霧化效果。

（3）尿素直噴系統。來自計量分配裝置的濃度50%的尿素溶液和霧化空氣經管路輸送至每支噴槍，因A、B兩側反應器單獨運行和控制，所以在對稱布置的兩個低過及省煤器旁路煙道上分別設置4只單噴嘴尿素熱解專用噴槍。霧化風將尿素溶液霧化為粒徑40～60μm的細霧，在煙溫488.3～663.2℃的環境中0.3～0.5s即可被熱解成氨和二氧化碳。為了減少因為引出部分高溫熱煙氣造成的鍋爐熱效率的下降，50%濃度的尿素溶液不能被稀釋。為了增大每只噴槍尿素溶液霧滴擴散范圍并盡量在最短的距離和時間內將尿素霧滴氣化并分解，需要將液相壓力和霧化風的壓力及流量調整到恰當的范圍。既要盡可能地覆蓋整個煙道截面又要避免尿素液滴噴到煙道壁板上，需要借助計算機流場模擬（CFD）的手段。同樣需要考慮不同煙氣流速下對噴嘴擴散角及液滴軌跡的影響，選擇噴嘴合適的噴射角度。

（二）旁路煙道尿素直噴熱解具體優點如下

（1）尿素熱解充分：理論和實踐證明尿素的熔點為132.5℃，在152 ℃開始分解。320℃時尿素熱解率只有50%，到380℃時尿素熱解率也只有65%左右，在450℃，尿素有效分解率約73.5%，在溫度600℃～ 880℃ 范圍尿素分解率幾乎達到100%。但溫度超過900 ℃尿素有效分解率明顯下降，達到1127 ℃時，尿素熱分解率幾乎為零.旁路煙道方式所引出的煙氣溫度488～663℃在各種工況下都適應熱解溫度。

（2）運行可靠性：采用常規固定式單噴嘴尿素熱解噴槍，不會發生堵塞、磨損情況，運行可靠。

（3）能耗低：采用50%的尿素溶液和少量的霧化風熱解需要的熱量少，所引出的煙氣只占總煙氣量的0.7%，對鍋爐熱效率影響在0.1%之內.

（4）對A側B側反應器脫硝的控制影響：A側、B側分別引出旁路煙道實施尿素直噴熱解，兩套熱解獨立控制與A/B側反應器脫硝控制相對應，控制精準。節省了尿素用量，避免了過多的氨逃逸。

（5）施工周期短：只需在停爐期間在爐后轉向室開兩個2340mm長900mm寬的長孔，在省煤器出口煙道做26個支管接口工作。其余均可在鍋爐運行期間施工。

（6）氨分配均勻：對于A側或B側熱解旁路煙道，熱解后的含氨煙氣是通過13只分配管均勻分配至SCR入口煙道中。特殊設計的分配管都設有三層環管，即單側熱解煙道的含氨煙氣通過39個分配點噴射到煙道中。另外氨氣與煙氣混合距離更長，所以氨與煙氣混合更加均勻，為脫硝系統達到較高的脫硝效率和超低的氨逃逸創造了必要的條件。

三、結論

通過對旁路煙道直噴尿素熱解方案和SCR入口煙道直噴尿素熱解方案對比可知，旁路煙道直噴尿素熱解方案的熱解率接近100%，可靠性大大提高，能耗性極低，方案的簡單易行，方便改造且運行穩定，大大提高了機組超低排放的能力和機組安全可靠性。