火电厂烟气脱硝烟道直喷尿素热解制氨工艺的应用

毕浩生　孟德鑫　丛日强　潘洋

摘 要：介绍烟道直喷尿素制氨工艺技术，并针对某2×100t/h锅炉烟气脱硝改造项目，具体分析烟道直喷尿素热解制氨工艺流程、设备特点及运行情况，并对经济性进行分析。

关键词：烟道直喷；尿素热解；单喷嘴喷射器；脱硝

引言

随着近年来超低排放要求、脱硝补贴电价上调、火电行业效益改善以及环境治理等多重因素，传统的尿素热解制氨脱硝技术由于所需电耗大、运行费用高，热解室尾部易造成尿素结晶等因素，已成为尿素热解工艺广泛推广应用的主要障碍。针对以上问题成功开发一种高效、节能环保的脱硝技术，将尿素溶液直接喷射到高温烟气中利用烟气热量分解尿素制备氨气，可大大节省大量的电能等能源[1]。

目前该技术已完成尿素直接喷射制氨工艺技术的机理研究、实验室研究、工业试验研究（600MW机组锅炉示范装置）、全尺寸流场模拟研究等技术研发和试验工作，得到多项国家授权专利，并成功用于多台机组的脱硝工程。

1 尿素直喷工艺技术

1.1 基本原理

1.2 工艺流程

将制备的一定浓度的尿素溶液经循环供液泵输送至锅炉平台上的计量装置，经计量装置精确测量所需尿素溶液量，再由分配装置通过设置在锅炉烟道的单喷嘴喷射器将尿素溶液喷入烟道内，尿素溶液喷射器组喷出的尿素液滴与烟气混合，在烟道中被加热并分解成氨气。氨气与烟气的混合物依次穿过锅炉省煤器、静态混合器、烟气导流板和整流格栅，进入装有催化剂的SCR反应器。在催化剂作用下，氨气与烟气中的氮氧化物发生反应，生成无害的氮气和水，同时脱除氮氧化物。

1.3 工艺特点

（1）与传统尿素热解工艺相比，烟道直喷技术简化了工艺系统，取消了电加热/天然气加热等热源，大大降低高品质能源（电能、天然气、一次风等）消耗[2]，降低运行成本；取消了热解载体绝热分解室及热风管道，降低大部分设备投资。根据锅炉与反应器之间的烟道实际布置情况，采用合适的流场混合技术，设计能够满足催化剂入口对烟气/氮氧化物/氨气等主要气体浓度均匀性的要求的混合装置。（2）喷射器布置在反应器入口烟道，寻找到最适宜尿素喷射位置，提高尿素的利用率和脱硝效率根据。尿素直喷氨与烟气混合程度比原热解系统差，需在SCR入口均流装置需要改造，需要增加涡流混合器，对烟气与氨气混合提供了进一步改善的机会，保证混合均匀性。消除尿素分解不完全或低温结晶而导致AIG结晶堵塞的风险。

2 技术应用

2.1 项目介绍

某2×100t/h 链条锅炉为双锅筒自然循环低压锅炉，已同步配套除尘及脱硫设施建设，原设计没有设计烟气脱硝。根据环评批复要求，决定建设SCR法脱硝装置，采用烟道直喷尿素热解技术。入口氮氧化物浓度约500mg/m3，出口排放浓度小于200mg/m3。鉴于排放标准已向更高标准要求发展，按出口排放浓度小于100mg/m3设计，按出口排放浓度小于100mg/m3施工验收。

2.2 运行情况

某2×100t/h链条锅炉脱硝效率80%。该脱硝工程所用的还原剂为颗粒状尿素，经尿素溶解罐溶解后配置成50% wt.的尿素溶液，经尿素输送泵送至尿素储存罐，尿素溶液从溶液储存设备，经由输送装置输送到各锅炉烟气脱硝系统，其回流通过背压控制阀调节，以保证提供稳定的流量和压力。SCR反应器布置在锅炉炉后和除尘器之间，室外布置。SCR区每台锅炉设置一套反应器，催化剂装填采用2层，在锅炉燃料用设计燃料煤种100%负荷时脱硝装置的效率80%（入口NOx浓度≤500mg/Nm3）。脱硝装置不设烟气旁路，本工程设置声波吹灰装置。

针对该项目催化剂上方速度分布、浓度分布、矢量分布、温度分布、整个系统压损以及还原剂挥发特性进行流畅模拟计算，经优化调整，给出优化后的导流板布置。锅炉负荷55%-60%；入口温度293-310℃；出口温度287-303℃；入口NOx250-280mg/m3；出口NOx 30-70mg/m3；氨逃逸0-2ppm；尿素喷量16-20L/h；稀释尿素流量212-220L/h。

目前结果显示，根据设计喷射位置，设计喷枪参数，及导流片布置的情况下，可以很好的满足催化剂上游速度分布指标要求，还原剂浓度分布指标和温度分布指标要求。具参数如表1。

经过烟道直喷SCR脱硝系统改造，锅炉运行情况良好，各项指标均满足设计要求。锅炉出口NOx值大大降低，完全符合环保要求。

2.3 经济效益分析

本工程如采用传统的尿素热解系统，尿素需要在热解炉中完成热解，单台机组采用电加热消耗电能280kW。采用烟道直喷SCR系统后，取消了电加热器，减少尿素热解热风消耗量1200m3/h，尿素消耗量基本保持不变。

3 结束语

采用烟道尿素热解制氨工艺，减少热源加热器和绝热分解室，降低前期设备投资，同时减少电耗/天然气消耗以及一次风消耗，可有效降低脱硝运行费用，达到良好的经济效益和社会效益。且项目运行稳定，投用率高，各項指标均满足排放标准。

参考文献

[1]姚海明，周萍，高月容.SCR脱硝尿素热解制氨热解风制备工艺[J].中国环保产业，2016，08.

[2]齐玄，孟胜利.小议脱硝系统尿素热解热源加热改造方案[J].江西建材，2016，01.