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

毕浩生+丛日强+潘洋

摘 要：介绍了高温烟气旁路直喷尿素制氨工艺技术，并针對某1025 t/h锅炉烟气脱硝改造项目，具体分析高温烟气旁路直喷尿素热解制氨工艺流程、设备特点、运行情况及经济性。

关键词：旁路直喷；尿素热解；高温烟气；脱硝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.023

0 引言

现有尿素热解技术包括传统炉外尿素热解技术及炉内尿素直喷技术。传统炉外尿素热解技术，在锅炉外先将尿素热解形成氨气后再喷入脱硝入口烟道合适的位置，尿素热解需消耗大量的电能，且设备费用投资大，提高了烟气脱硝的成本。炉内尿素直喷技术是将还原剂尿素溶液直接喷入锅炉（锅炉尾部烟道或锅炉转向室），由于此种技术尿素溶液将过多的水带入了锅炉，会影响锅炉效率。且对于尾部空间不足的锅炉，若尿素溶液未分解前喷到锅炉受热面上，会对受热面造成腐蚀。且由于多数锅炉的结构和烟温情况存在很大差异，在锅炉内没有合适的空间或没有合适的温度区间使用炉内直喷尿素制氨技术（如尾部双烟道锅炉、塔式炉等）。为克服以上技术缺陷，提出一种多负荷工况条件下使用的锅炉高温烟气旁路直喷尿素热解制氨技术。

1 高温烟气旁路直喷工艺技术

1.1 基本原理

一定浓度的尿素溶液，以热烟气作为热源，尿素溶液在400～600℃快速分解生成的氨气作为脱硝还原剂[1]。尿素热解的化学反应式为：

1.2 工艺流程

高温烟气旁路烟道入口设置在温度合适的锅炉尾部烟道上，旁路烟道的出口与省煤器后方的脱硝入口烟道相连通。在尿素溶液制备系统中制备一定浓度的尿素溶液，尿素溶液计量后通过管道输送至旁路烟道上的尿素溶液喷射器组中，尿素溶液喷射器喷出的尿素液滴与烟气混合，利用高温烟气热量（400～600℃）将尿素溶液迅速分解为氨气。通过设置于旁路烟道出口的特殊喷氨装置使还原剂与烟气更加均匀地在脱硝入口烟道前混合，之后进入装有催化剂的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。高温烟气旁路烟道入口处设置有飞灰挡板用以阻挡进入旁路烟道的大颗粒灰尘，旁路烟道靠近其出口的位置还设置有膨胀节，吸收旁路烟道在温度变化下的形变。

1.3 工艺特点

（1）锅炉高温烟气旁路直喷尿素热解制氨技术将尿素溶液喷入由锅炉尾部烟道引出的旁路烟道中，借用高温烟气热量将尿素溶液分解为氨气，即避免了炉内尿素直喷技术中尿素液滴对受热面造成腐蚀、尿素溶液过多的水带入锅炉影响锅炉效率，又利用高温烟气进行尿素热解，节省传统热解电能的消耗，降低了烟气脱硝的运行成本。

（2）此脱硝系统沿旁路烟道内烟气的流动方向，在旁路烟道内设置有旁路烟道调节阀，用以调节进入旁路烟道内的烟气量，从而可以根据锅炉运行负荷的影响，调节进入旁路烟道内的烟气量，确保尿素的热解过程，从而保证了进入烟道的氨气量，确保工艺的稳定运行。旁路烟气能对脱硝入口烟道内的烟气加热升温，避免了当锅炉低负荷运行时，SCR脱硝入口烟气温度低于脱硝催化剂允许的最低喷氨温度，烟气脱硝系统在锅炉低负荷时将被迫停运的现象发生。

2 技术应用

（1）项目介绍。某1025 t/h锅炉为亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉，采用平衡通风、四角切圆燃烧方式，设计燃料为烟煤。工程采用在现有一套传统炉外尿素热解装置的基础上，增设一套“并行”的节能高温烟气旁路直喷尿素热解制氨装置。该装置的性能指标按照NOx排放浓度<50mg/Nm3设计，入口氮氧化物浓度约400mg/m3。

（2）优化设计。对该项目脱硝系统低负荷工况进行数值模拟计算，分别通过计算烟道内压力场和速度场、烟道内温度场以及烟道内氨浓度场分析主烟道内阻力、温升及主烟道内氨浓度分布情况[2]。针对该项目烟气流速分布、温度分布、NOx/NH3分布、烟气入射角等参数优化设计旁路支管的位置、直径变化及导流装置，使以上参数达到性能保证要求。

（3）运行情况。 本脱硝工程于2016年12月完成旁路烟道尿素直喷热解系统连续试运。整套试运过程中，旁路直喷全部系统投入自动运行，试运稳定、可靠，脱硝效率大于87.5%，对锅炉效率的影响<0.1%，SCR烟气入口温度310-350℃，试运期间各项指标满足环保达标的要求，并达到超净排放。

（4）经济效益分析。某1025 t/h锅炉脱硝系统如采用传统的炉外尿素热解技术，尿素需利用电能加热热风并在热解炉中完成热解，单台机组采用电加热消耗电能500kW。采用高温旁路烟道直喷尿素热解SCR系统后，取消了电加热器，并减少尿素热解热风消耗量5000Nm3/h，尿素消耗量基本保持不变。

3 结语

采用高温烟气旁路直喷尿素热解制氨脱硝工艺，借用高温烟气热量将尿素溶液分解为氨气，即避免了炉内尿素直喷技术中尿素液滴对受热面造成腐蚀及对锅炉效率的影响，又利用高温烟气进行尿素热解，节约了电加热器的电耗，降低了烟气脱硝的成本，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，各项指标均满足排放标准。

参考文献：

[1]张洪伟.尿素热解SCR技术在电站锅炉中的应用[J].锅炉改造，2014（07）.

[2]王敦敦，刘峰，陈珣，吕当振，杨益.电站锅炉SCR脱硝旁路烟道改造数值模拟及应用[J].湖南电力，2016（10）.