燃煤电站SCR烟气脱硝还原剂尿素热解热源的选择

段传和，谷小兵

(中国大唐集团科技工程有限公司，北京 100097)

燃煤电站SCR烟气脱硝还原剂尿素热解热源的选择

段传和，谷小兵

(中国大唐集团科技工程有限公司，北京 100097)

介绍了燃煤电站SCR尿素热解工艺，结合当前燃料价格，通过工程案例计算，对比了各种尿素热解热源的运行费用。计算结果表明，高温蒸汽加热方案的运行费用最省，但在实际应用中受到相关条件的限制;在一定条件下，燃气加热与电加热方案是工程的优选技术方案。

SCR;尿素;热解;热源

1 SCR烟气脱硝技术基本原理

选择性催化还原烟气脱硝技术［1－2］是目前应用于燃煤电站中的主流技术之一，其基本原理:在催化剂和氧气存在的条件下，在一定的温度范围(300～420℃)内，还原剂(如氨)有选择的将烟气中的NOx还原生成为N2和水，减少NOx的排放，因为整个反应具有选择性和需要催化剂存在，故称之为选择性催化还原(SCR)。

由于以氨作为还原剂的时候能够得到的NO的脱除效率最高，典型SCR化学反应式为:

2 SCR烟气脱硝技术还原剂及尿素热解

燃煤电站SCR脱硝工艺中直接参加化学反应的是还原剂氨气，常用氨气有两种制备方法:直接法和间接法。直接法通过液氨或氨水气化制取氨气;间接法即水解或热解干尿素法制取氨气。

采用尿素热解制取燃煤电站SCR系统的还原剂是常用的技术［3－8］。首先，在溶解系统中将尿素配制成质量浓度为40%～60%的尿素溶液，将其输送到储罐，尿素溶液经过输送泵、计量和分配装置，由喷射器喷入绝热分解炉，雾化的尿素溶液在温度300～650℃热环境条件下，液滴蒸发，得到固态或者熔化态的尿素。纯尿素分解产生NH3并与稀释空气混合后进入SCR喷氨系统，在SCR反应器中在催化剂作用下将NOx还原成N2和H2O。热解炉可利用的热源可以是高温蒸汽、燃料油燃烧高温烟气、天然气燃烧高温烟气及电加热器等。

为了更好的阐述尿素热解系统热源的选择，本文将以某工程1台600MW SCR脱硝装置的实际数据进行相关计算对比说明。

3 尿素热解系统的工艺计算

对于案例工程，在锅炉最大工况(BMCR)、燃用设计煤种、处理100%烟气量的条件下，脱硝效率不小于80%，烟气中NOx浓度440mg/m3(干基，6%氧)，保证系统尿素耗量不大于480kg/h，用去离子水将干尿素溶解成55%质量浓度的尿素溶液。

3.1 热解室工艺设计

为了提高热解效率和降低低温能耗，案例工程正常运行时稀释风拟采用锅炉空预器后一次热风(压力～10kPa，温度300℃)，经过再加热到350～650℃，热解炉出口的混合气体温度设计为340℃左右，设计流量为6700m3/h，其他相关数据见表1。

表1 案例工程及热解炉的工艺设计数据

3.2 热解炉的热量需求

热解炉工艺流程为a、b两个，其中a为采用电加热器或高温蒸汽为加热介质，b为采用天然气或柴油为加热介质。根据热解炉的工艺设计和AIG安全性运行需要，在采用锅炉热一次风的基础上，热解炉的能量需求计算结果见表2。

表2 热一次风热解炉尿素热解能量需求

从表2各能耗占总能耗比例来看，尿素溶液中水的蒸发、升温需要热量的能耗比例在45%左右，其次是稀释风能耗约为15%;尿素热解需要吸收的热量为25%左右;45%尿素溶液热解需要的热量是55%浓度尿素溶液热解需要热量的1.23倍，因此从节约能量的角度来讲，应该尽量提高尿素溶液的质量浓度和氨空混合比。

3.3 各种热解介质的能耗及运行费用

3.3.1 高温蒸汽加热技术数据

由计算可知，进入热解炉的稀释空气温度应为626℃左右，显然对于目前燃煤电站无法通过高温再热蒸汽将300℃的热一次风加热到600℃以上。但如果热解炉设计温度为500℃，此时需要稀释风量约为12000m3/h，利用高温再热蒸汽将热一次风从300℃加热到500℃，高温蒸汽本身冷却到320℃后返回主机高压厂用汽系统，该方案的相关计算结果见表3。表中锅炉效率为93%。从表3可以看出，采用热一次风+高温蒸汽方案较直接采用高温蒸汽加热年节约运行费用4万元(已考虑热一次风加热的煤耗费用32.12万元，下同)。

表3 高温蒸汽加热方案的技术数据

3.3.2 电加热技术数据

表4 电加热方案的相关技术数据

对于案例工程，采用热一次风+电加热相结合的方案，使稀释风由300℃升温到626℃，与只采用电加热对尿素进行热稀释风由常温直接加热到626℃左右的技术方案相比较(见表4)。计算结果显示，采用热一次风+电加热方案较只采用电加热方案，年节约运行费用约83.64万元。

3.3.3 燃气燃烧加热技术方案

对于案例工程，采用热一次风与天然气混合加热的尿素热解方案与完全采用天然气加热方案的相关技术数据见表5。尿素热解稀释风需要的热量采用混合加热方案较完全采用天然气加热年节约运行费用约79.9万元。

表5 燃气燃烧加热的相关技术数据

3.3.4 燃油燃烧加热技术方案

对于案例工程，采用热一次风+燃油燃烧加热相结合的方案，与只采用燃油加热方案相关技术数据见表6。采用燃油混合加热方案，年可节约运行费用170万元左右。

表6 燃油燃烧加热的相关技术数据

4 结论与建议

尿素热解稀释风的加热热源采用锅炉热一次风+燃油(燃气、电加热)的二级加热方式都是可行的，且较之采用燃油(燃气、电加热)直接加热节约运行费用和初投资;在目前燃料和电价的价格水平下，燃油加热介质方案运行费用较高，燃气与电加热方案的运行费用基本相当;但电加热器设备的初投资较燃油(燃气)燃烧器高。在燃煤电站SCR系统，采用高温再热蒸汽对锅炉热一次风升温后作为尿素热解热源的方案虽然运行成本是最低的，但对某个工程是否经济、可行，需要认真的核对。

通过以上的技术比较，电加热器加热稀释风是热解系统较为简单和比较可行的技术方案。相关研究表明，提高热解炉稀释风的温度，对尿素的热解和系统运行是有利的。由于电加热器由于其内部原件的耐温限值，稀释风的温度升高(如高于650℃)可能受限，因此，如果燃煤电站内已有气源且有可靠的燃气保证，可以考虑将燃气作为加热稀释风的热源。采用燃油加热系统，根据目前已投运项目经验，该方式存在较严重的结垢现象，且该方案的运行成本也较高，故不推荐使用。

［1］段传和，夏怀祥，中国大唐科技工程有限公司.燃煤电站SCR烟气脱硝工程技术［M］.北京:中国电力出版社，2009.

［2］HJ 562－2010，火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催化还原法［S］.

［3］中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册(第四版)［M］.北京:化学工业出版社，2009.

［4］王文选，赵继海，周建锋，等.600 MW燃煤机组SCR脱硝工程设计特点［J］.电力科技与环保，2010，26(1):49－52.

［5］李艳清.选择性非催化还原脱硝技术在燃煤电厂的改造应用［D］.北京:华北电力大学，2007.

［6］柏源，李忠华，薛建明，王小明.尿素为还原剂燃煤烟气脱硝技术的研究与应用［J］.电力科技与环保，2011，27(1):19－22.

［7］孙正杰，邵炜.北仑电厂脱硫系统经济运行优化探讨［J］.电力科技与环保，2010，26(4):54－56.

［8］张利勇.选择性非催化还原脱硝技术的应用及其运行控制策略［D］.北京:华北电力大学，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

段传和(1968-)，男，河南罗山人，高级工程师，主要从事燃煤电站环境保护和能源管理技术的研究与管理工作。E－mail:duanch@cdte.com.cn