尿素直喷法SCR脱硝系统在火电机组的应用

邵媛

摘 要：介绍了火电机组脱硝尿素热解喷氨改尿素直喷技术，从工艺原理、具体改造方案、改造经济性进行了分析，可作为其他电厂脱硝改造的参考。

关键词：尿素直喷；尿素热解；脱硝改造；SCR

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.173

0 引言

SCR煙气脱硝工艺使用氨气作为脱硝还原剂，氨气主要由液氨或尿素制备，考虑到液氨的安全性，越来越多的脱硝项目采用尿素热解替代液氨蒸发工艺，但尿素热解系统由于采用电加热加热一次风，提供给热解室作为尿素溶液分解的热源，运行费用较高。针对当前尿素热解制氨技术电耗消耗过大的弊端，某电厂将尿素热解工艺改造为尿素直喷工艺，可作为其他电厂液氨蒸发工艺或尿素热解工艺改造的参考。

1 原脱硝系统介绍

原脱硝系统采用“低氮燃烧器+SCR”技术，每台机组设置1台绝热热解炉、2台电加热器和6只喷枪；原尿素热解制氨系统采用一次风（260-290℃，11.7KPa，6940 Nm3/h），用电加热器将一次风加 热到约600℃，提供给热解室作为尿素溶液分解的热源。

自脱硝系统投运后，尿素热解系统主要存在以下几个问题：（1）尿素热解系统由于采用电加热加热一次风，提供给热解室作为尿素溶液分解的热源，电加热器功率840kw，电耗费用较高；（2）热解炉内喷枪容易堵塞，经常发生由于喷枪堵塞造成脱硝退出的情况，对机组安全运行影响较大，为消除此类隐患，对喷枪定期维护工作量较大。

2 尿素直喷制氨工艺原理

尿素溶液通过安装在锅炉转向室内的特殊的喷射器，直接在锅炉高温烟气中进行加热分解制氨。工艺流程图如下：

尿素直喷法根本上还是在炉膛内对尿素进行热解，通过在炉膛内寻找到合适的温度点位进行喷射。

尿素在高温（350～650℃）下，C-N键断裂，分解为NH3和CO2，反应方程式为：

3 系统改造

原尿素热解制氨系统包括：尿素溶液计量分配装置、尿素热解炉、电加热器等，每台机组对应设置一套尿素热解制氨系统。尿素溶液经由供液泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室内分解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释空气混合均匀并通过AIG喷入脱硝系统。

本次改造取消电加热器，减少尿素热解制氨系统的电耗；取消用于尿素热解的锅炉一次热风的消耗；简化热解系统，取消原有热解制氨系统的炉区设备（电加热器、热解炉、热风管道系统、AIG设备）；具体改造方案如下：（1）保留原尿素热解系统不变作为过渡方案，待新系统运行可靠以后，再择机拆除；（2）增设计量分配控制装置2套，分别布置在锅炉转向室两侧附近的平台上；（3）在锅炉转向室两侧适当的位置进行开孔，各增设3套组合式多喷嘴喷射器，共计6套，2套作为备用，4套运行；（4）在省煤器出口至SCR反应器入口，根据流场模拟的结果，增设若干烟气导流、混合装置；（5）配套尿素溶液、压缩空气管道系统，配套相应的电气控制系统。

改造后的尿素直喷系统包括组合式喷射器、计量分配控制装置、氨气/烟气混合装置、管道系统、电气系统、控制系统。

改造后预期达到的效果：

（1）单台锅炉减少尿素热解系统电耗840kwh/h；

（2）单台锅炉减少尿素热解系统热风耗量6940 Nm3/h；

（3）尿素消耗量基本保持不变；

4 改造经济性

单台锅炉改造的费用约为295万元，从经济性考虑，单台机组每小时可降低电耗840kwh，按照年运行5000小时计，累计年节省420万kwh，按照0.35元/KWH计算，年节省费用147万元，2.1年即可回收成本。

5 结论

尿素直喷法SCR脱硝工艺是一种较新的尿素脱硝工艺，投资及运行费用较低，脱硝各项指标运行均满足要求，可作为液氨蒸发工艺或尿素热解工艺的升级改造方案。

参考文献：

[1]Q/DG 1-J004-2010，火力发电厂脱硝系统设计技术导则[S].北京：中国电力工程顾问集团公司，2010.

[2]喻小伟，李宇春，蒋娅等.尿素热解研究及其在脱硝中的应用[J]. 热力发电，2012，41（01）：1-5.

[3]毕浩生，丛日强， 潘洋.火电厂烟气脱硝高温烟气旁路直喷尿素热解制氨工艺的应用[J].山东工业技术，2017（05）：27.endprint