论脱硝旁路烟道尿素直喷热解方案的优劣性

董建刚

摘 要：随着中国对环境保护的高度重视，要求各火电企业进行脱销等超低排放方面的改造。本文重点介绍了某厂SCR入口尿素直喷热解方案和脱硝旁路烟道尿素直喷热解方案，并且重点对比了两者的优劣性，对燃煤电厂脱销改造提供一些成功的改进方法和经验。

关键词：脱销；烟道；尿素直喷

一、SCR入口尿素直喷热解方案存在的问题

（1）烟气温度太低尿素热解率太低。参考某300MW电厂锅炉可知，SCR入口即省煤器出口烟气温度一般为319～382 ℃，在此温度范围内，尿素热解率只有50%～70%。造成大量尿素浪费，更为严重的问题，没有完全分解的尿素，会以尿素结晶、异氰酸、缩二脲、聚氨酯等多种中间产物混合物的形式随烟气流至SCR催化剂表面，如吹灰效果较差，就会堵塞催化剂，时间长了回造成催化剂活性下降，脱硝效率降低。

（2）NH3分配不均匀。尿素溶液是通过A侧和B侧分别设置的9只喷枪喷入烟气中，喷射点太少，势必造成每只喷枪液体量上升，在2.4X10米的SCR入口烟道截面上，9个喷射点远远不能有效覆盖整个截面。喷点区域氨浓度高，烟道边缘和四角区域氨浓度非常低，又由于喷射点距离SCR反应器的催化剂层距离太近，造成混合距离不足，氨浓度偏差情况远不能达到催化剂层对NH3/NOx浓度偏差5%之内的要求。势必造成大量的氨逃逸，逃逸氨与烟气中的SO3结合生成硫酸氢铵，烟气通过回转式空预器时，在230～190℃温度范围区域会析出粘稠状的硫酸氢铵粘附在蓄热片上造成腐蚀，大量烟尘被硫酸氢铵粘附就会造成部分回转式空预器蓄热片的堵塞，整体表现是阻力上升（某厂三号机组的烟气侧阻力达到了1800Pa），换热效率下降。

（3）喷枪堵塞严重、烟道磨损。由于烟温太低，喷枪喷出的尿素液滴不能及时、完全地被分解。有很多喷枪的喷嘴处直接粘附大量烟尘，尿素溶液根本无法形成雾滴喷出，反而尿素与烟尘粘附在一起在喷嘴处形成了“蜂窝状”的结晶物，严重的情况甚至将喷枪坠弯。

（4）效果不理想。尿素直喷投运以后，脱硝A/B侧出口在烟道内NOX浓度分布极不均匀。通过实测检验，出口烟道只有烟道内侧能够测到NOx，而且还显示偏高（脱硝A/B侧出口烟道内侧能够测到100mg/m3左右），其余实测孔均为零。说明进入催化剂层的烟气中氨浓度极不均匀。没有检测到NOx的大面积区域，氨逃逸肯定很大，这就能够解释为什么，空预器阻力上升的原因。

二、机组脱硝旁路烟道尿素直喷热解的技术方案

（一）旁路烟道尿素直喷热解方案中需运用到的主要设备和使用方法

（1）尿素溶液循环装置。设置一套尿素溶液供应、循环装置及循环管路，为脱硝装置供应尿素溶液。尿素溶液循环装置包含2台全流量的多级SS离心泵（带变频器）、1只背压阀及用于远程控制和监测循环系统的压力、温度、流量以及浓度等仪表等。泵入口管接至尿素溶液储罐预留管接口，回流管接至尿素溶液储罐预留管接口，必要的地方要设置关断阀。

（2）计量分配装置。尿素溶液的计量分配装置应能精确地测量和控制输送到每只喷枪组所需的尿素溶液流量。每台炉设置2套计量分配装置，用于控制由A、B側SCR反应器对应氨气的需求所需的尿素溶液流量，同时调节每只喷枪雾化空气的压力和流量，保证每支喷枪的雾化效果。

（3）尿素直喷系统。来自计量分配装置的浓度50%的尿素溶液和雾化空气经管路输送至每支喷枪，因A、B两侧反应器单独运行和控制，所以在对称布置的两个低过及省煤器旁路烟道上分别设置4只单喷嘴尿素热解专用喷枪。雾化风将尿素溶液雾化为粒径40～60μm的细雾，在烟温488.3～663.2℃的环境中0.3～0.5s即可被热解成氨和二氧化碳。为了减少因为引出部分高温热烟气造成的锅炉热效率的下降，50%浓度的尿素溶液不能被稀释。为了增大每只喷枪尿素溶液雾滴扩散范围并尽量在最短的距离和时间内将尿素雾滴气化并分解，需要将液相压力和雾化风的压力及流量调整到恰当的范围。既要尽可能地覆盖整个烟道截面又要避免尿素液滴喷到烟道壁板上，需要借助计算机流场模拟（CFD）的手段。同样需要考虑不同烟气流速下对喷嘴扩散角及液滴轨迹的影响，选择喷嘴合适的喷射角度。

（二）旁路烟道尿素直喷热解具体优点如下

（1）尿素热解充分：理论和实践证明尿素的熔点为132.5℃，在152 ℃开始分解。320℃时尿素热解率只有50%，到380℃时尿素热解率也只有65%左右，在450℃，尿素有效分解率约73.5%，在温度600℃～ 880℃ 范围尿素分解率几乎达到100%。但温度超过900 ℃尿素有效分解率明显下降，达到1127 ℃时，尿素热分解率几乎为零.旁路烟道方式所引出的烟气温度488～663℃在各种工况下都适应热解温度。

（2）运行可靠性：采用常规固定式单喷嘴尿素热解喷枪，不会发生堵塞、磨损情况，运行可靠。

（3）能耗低：采用50%的尿素溶液和少量的雾化风热解需要的热量少，所引出的烟气只占总烟气量的0.7%，对锅炉热效率影响在0.1%之内.

（4）对A侧B侧反应器脱硝的控制影响：A侧、B侧分别引出旁路烟道实施尿素直喷热解，两套热解独立控制与A/B侧反应器脱硝控制相对应，控制精准。节省了尿素用量，避免了过多的氨逃逸。

（5）施工周期短：只需在停炉期间在炉后转向室开两个2340mm长900mm宽的长孔，在省煤器出口烟道做26个支管接口工作。其余均可在锅炉运行期间施工。

（6）氨分配均匀：对于A侧或B侧热解旁路烟道，热解后的含氨烟气是通过13只分配管均匀分配至SCR入口烟道中。特殊设计的分配管都设有三层环管，即单侧热解烟道的含氨烟气通过39个分配点喷射到烟道中。另外氨气与烟气混合距离更长，所以氨与烟气混合更加均匀，为脱硝系统达到较高的脱硝效率和超低的氨逃逸创造了必要的条件。

三、结论

通过对旁路烟道直喷尿素热解方案和SCR入口烟道直喷尿素热解方案对比可知，旁路烟道直喷尿素热解方案的热解率接近100%，可靠性大大提高，能耗性极低，方案的简单易行，方便改造且运行稳定，大大提高了机组超低排放的能力和机组安全可靠性。