孫劍

摘要：國(guó)內(nèi)外火電廠煙氣的主要脫硝技術(shù)為尿素?zé)峤夥⊿CR（選擇性催化還原法）技術(shù)。由于其技術(shù)要點(diǎn)為利用熱空氣作為熱源，并且需要電加熱器等大功率設(shè)備，本文重點(diǎn)分析尿素?zé)峤夥ü?jié)能改造的技術(shù)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：SCR；熱源；節(jié)能

引言

2015年三部委發(fā)布關(guān)于印發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》的通知。到2020年，全國(guó)所有具備改造條件的燃煤電廠力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)超低排放（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米）。全國(guó)新建燃煤發(fā)電項(xiàng)目原則上要采用60萬(wàn)千瓦及以上超超臨界機(jī)組，平均供電煤耗低于300克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)（以下簡(jiǎn)稱克/千瓦時(shí)），到2020年，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時(shí)。隨著國(guó)家環(huán)保法規(guī)的不斷完善，NOX作為燃煤鍋爐主要的污染物之一正逐漸引起社會(huì)和企業(yè)的高度重視。因此分析煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用情況，對(duì)我國(guó)相關(guān)節(jié)能改造項(xiàng)目技術(shù)選擇具有一定的指導(dǎo)意義。

1.關(guān)于脫硝還原劑的選擇

目前最常用的還原劑制備方法一般有3？種：液氨法、氨水法、尿素法。出于安全性和實(shí)用性的考慮，尿素法得到更為廣泛的應(yīng)用。

尿素制氨一般分為水解法和熱解法。水解法是將尿素以水溶液的形式進(jìn)行分解，熱解法是直接快速加熱霧化后的尿素溶液。

1.1水解法

尿素有水解作用，在一定的溫度條件下能水解成氨氣和二氧化碳。通過(guò)控制反應(yīng)溫度的升降來(lái)控制產(chǎn)生氨氣混合氣體的數(shù)量，從而適應(yīng)不同鍋爐負(fù)荷的變化。尿素水解技術(shù)主要有AOD法、U2A法及SafeDeNOx？法三種。

其不足主要表現(xiàn)為：尿素水解過(guò)程中會(huì)生成一些酸性中間體（如氨基甲酸銨等），氨基甲酸銨會(huì)嚴(yán)重破壞不銹鋼表面的氧化膜，使系統(tǒng)的腐蝕速度加快，超過(guò)190℃時(shí)，一般的不銹鋼材料（如304SS）會(huì)遭受嚴(yán)重腐蝕，當(dāng)超過(guò)220℃時(shí)，即使采用鈦等耐腐蝕材料，系統(tǒng)也會(huì)遭受腐蝕。管道堵塞高濃度的尿素水溶液受熱容易生成難溶于水的縮二脲及其他縮合物，這是造成尿素水解系統(tǒng)易產(chǎn)生堵塞的原因。

1.2熱解法

尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)利用高溫空氣或煙氣作為熱源，將霧化的尿素水溶液迅速的分解為氨氣，低濃度的氨氣作為還原劑進(jìn)入煙道與煙氣混合后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在催化劑的作用下將氮氧化物還原成無(wú)害的氮?dú)夂退?/p>

其缺點(diǎn)和容易出現(xiàn)的故障現(xiàn)象有：

1）電加熱器耗量大、運(yùn)行費(fèi)用高。尿素?zé)峤庋b置在運(yùn)行過(guò)程中，由于稀釋風(fēng)溫度低、流量大，同時(shí)系統(tǒng)需氨量大，尿素?zé)峤馕蛰^大的熱量，需要電加熱器提供的熱量就越多；

2）熱解爐尾部積物較快。熱解爐工作溫度過(guò)高（450-600℃），在使用過(guò)程中發(fā)生由于底部尾管處尿素存積過(guò)多，導(dǎo)致出口風(fēng)量減少，系統(tǒng)供氨量不夠，直接造成熱解爐停運(yùn)清理，影響脫硝裝置的可靠性。如果熱解爐內(nèi)熱空氣的流量低或溫度低，都會(huì)造成尿素溶液得不到完全熱解而在尾部形成沉積。

全面對(duì)比尿素水解和熱解技術(shù)后發(fā)現(xiàn)，熱解技術(shù)比水解技術(shù)具有一定的優(yōu)越性，尤其在運(yùn)行響應(yīng)時(shí)間和腐蝕方面。但是也存在比如耗熱，耗電，熱解爐尾部易堵塞等現(xiàn)象，因此，下面著重對(duì)爐膛內(nèi)尿素直噴技術(shù)進(jìn)行介紹，這項(xiàng)技術(shù)很好的解決了尿素?zé)峤庵瓢惫に囅到y(tǒng)的這些缺點(diǎn)。

2.爐膛內(nèi)尿素直噴技術(shù)的介紹

鍋爐內(nèi)尿素直接噴射制氨工藝，包括鍋爐外的尿素溶液制備系統(tǒng)、尿素溶液供給及控制裝置、以及位于鍋爐轉(zhuǎn)向室內(nèi)的尿素溶液噴射器組，噴射器組與尿素供給及控制裝置以輸送管道連接，噴射器組布置在鍋爐轉(zhuǎn)向室內(nèi)。

在尿素溶液制備系統(tǒng)中制備尿素溶液，尿素溶液通過(guò)供給及控制裝置通過(guò)尿素溶液輸送管道將其輸送到設(shè)置與鍋爐轉(zhuǎn)向室內(nèi)的尿素溶液噴射器組，尿素溶液噴射器組噴出的尿素液滴與煙氣混合，在轉(zhuǎn)向室中被加熱并分解成氨氣。氨氣與煙氣的混合物依次穿過(guò)鍋爐省煤器、靜態(tài)混合器、煙氣導(dǎo)流板和整流格柵，進(jìn)入裝有催化劑的SCR反應(yīng)器。在催化劑作用下，氨氣與煙氣中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成無(wú)害的氮?dú)夂退?/p>

尿素直噴技術(shù)特點(diǎn)

1）對(duì)鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)特性進(jìn)行深入研究，通過(guò)鍋爐轉(zhuǎn)向室的流場(chǎng)模擬，對(duì)鍋爐變工況、變煤種、變?nèi)紵绞竭M(jìn)行綜合分析，尋找適合尿素溶液分解的區(qū)域。同時(shí)滿足溫度、流動(dòng)方向、流動(dòng)時(shí)間等各項(xiàng)尿素溶液分解的環(huán)境因素。利用鍋爐尾部轉(zhuǎn)向室內(nèi)高溫?zé)煔鈱⒛蛩責(zé)峤獬蒒H₃、H₂O和CO₂，取代原有熱解爐系統(tǒng)。

2）獨(dú)特的多噴嘴噴射器結(jié)構(gòu)。

3）噴射器用伸縮機(jī)構(gòu)：伸縮機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)噴槍自動(dòng)退出和進(jìn)入。另外噴槍噴嘴噴射長(zhǎng)度一般為4-5m，當(dāng)鍋爐內(nèi)部空間較大，噴射長(zhǎng)度要求較大時(shí)，自動(dòng)伸縮機(jī)構(gòu)可以滿足其要求。

4）SCR入口均流裝置改造

由于尿素直噴氨與煙氣混合程度比原熱解系統(tǒng)差，原SCR入口均流裝置需要改造，需要增加渦流混合器，對(duì)煙氣與氨氣混合提供了進(jìn)一步改善的機(jī)會(huì)，保證混合均勻性。

5）在鍋爐內(nèi)直接進(jìn)行尿素溶液的噴射，可以利用鍋爐煙氣熱量對(duì)尿素溶液進(jìn)行加熱分解，減少了傳統(tǒng)技術(shù)消耗大量高品質(zhì)能源的弊端；

6）取消了傳統(tǒng)技術(shù)采用電加熱器、絕熱分解室設(shè)備，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)備，可以使尿素制氨技術(shù)在保持原有的技術(shù)性能情況下，工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用大幅下降。

7）取消用于尿素?zé)峤獾腻仩t一次熱風(fēng)的消耗；

8）簡(jiǎn)化熱解系統(tǒng)，取消原有熱解制氨系統(tǒng)的爐區(qū)設(shè)備（電加熱器、熱解爐、熱風(fēng)管道系統(tǒng)、AIG設(shè)備；

9）消除尿素分解不完全或低溫結(jié)晶而導(dǎo)致AIG結(jié)晶堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

3.結(jié)語(yǔ)

該技術(shù)的最大特點(diǎn)是節(jié)能降耗，降低能耗、消除由于尿素?zé)峤鉄嵩窗l(fā)生故障后的巨大損失，可以大大降低脫硝運(yùn)行成本，加強(qiáng)火電企業(yè)脫硝的積極性。該技術(shù)具有脫硝效率高、工藝技術(shù)成熟、裝置運(yùn)行穩(wěn)定、對(duì)各種煙氣適應(yīng)性好等特點(diǎn)，且尾氣排放濃度低于50mg/m³，可以適應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策的日益嚴(yán)格和節(jié)能減排工作的需要，廣泛地應(yīng)用在電力、化工、建材、造紙、印染、冶金等工業(yè)行業(yè)鍋爐煙氣、廢棄物焚燒廢氣和工業(yè)用氣等脫硝設(shè)施中，在大氣環(huán)境污染NOx的治理中發(fā)揮重要的作用。