尿素?zé)峤庵瓢惫に噯栴}分析及策略

趙瑞敏

摘 要：本文對火電廠尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)的幾個問題進(jìn)行總結(jié)分析，針對不同的問題提出控制策略或建議，并針對常規(guī)的尿素?zé)峤庵瓢惫に嚹芎母叩膯栴}，提出了優(yōu)化的方案。

關(guān)鍵詞：SCR煙氣脫硝；尿素?zé)峤?；換熱器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.023

0 前言

國內(nèi)火電廠煙氣脫硝一般采用選擇性催化還原技術(shù)（SCR），采用的脫硝還原劑主要有液氨、氨水、尿素3種，因液氨、氨水在運(yùn)輸、使用過程中采用的措施不當(dāng)或設(shè)備損壞等意外因素，會引起安全事故，因此近年來選用尿素作為還原劑的電廠較多。尿素?zé)峤庵瓢惫に囈蛐矢?、系統(tǒng)簡單、可靠性高而應(yīng)用較廣泛。

1 尿素?zé)峤庵瓢惫に?/p>

常規(guī)的尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)包括尿素儲存間、尿素溶解箱、尿素溶液混合泵、尿素溶液儲罐、尿素溶液循環(huán)泵、計量和分配模塊、背壓控制閥、熱解爐（內(nèi)含噴射器）、電加熱器等。

袋裝尿素儲存于尿素儲存間內(nèi)，由電動起吊裝置吊裝至尿素溶解箱入料口，破袋后通過重力落入箱內(nèi)。尿素顆粒與除鹽水充分?jǐn)嚢杌旌虾笕芙獬?0～50%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液混合泵輸送到尿素溶液儲罐內(nèi)儲存。尿素溶液經(jīng)由尿素溶液循環(huán)泵、計量與分配模塊、霧化噴槍等進(jìn)入熱解爐內(nèi)分解，生成NH3、H2O和CO2，尿素分解的同時與高溫稀釋空氣混合均勻生成5%濃度以下的氨氣并噴入SCR煙氣脫硝反應(yīng)器內(nèi)，完成脫硝反應(yīng)。

尿素?zé)峤鈱儆谥苯涌焖俚募訜犰F化后的尿素溶液進(jìn)行分解，尿素反應(yīng)較為徹底，基本沒有殘留的中間產(chǎn)物，響應(yīng)時間僅為5～10s，跟蹤機(jī)組負(fù)荷變化的反應(yīng)速度很快。從熱解爐出來的氨氣濃度已經(jīng)降低到5%以下，不存在氨氣爆炸問題，安全性更高。

2 尿素儲存及溶液制備系統(tǒng)分析

早期的尿素上料通常采用皮帶輸送機(jī)、破包機(jī)、斗式提升機(jī)組成的尿素上料系統(tǒng)。袋裝尿素由皮帶輸送機(jī)輸送至破包機(jī)內(nèi)，在破包機(jī)刀片的作用下實(shí)現(xiàn)尿素顆粒和編織袋的分離，破袋后的編織袋通過破包機(jī)尾端排出，尿素顆粒進(jìn)入斗式提升機(jī)，進(jìn)而被輸送至尿素溶解箱內(nèi)溶解。此方案實(shí)際運(yùn)行中問題較多，破包機(jī)故障率較高，大約200～300袋就會堵，清理起來至少半小時。破碎的編織袋絲會進(jìn)入尿素溶解箱內(nèi)纏繞在攪拌器或堵塞濾網(wǎng)及管路系統(tǒng)。皮帶輸送機(jī)+破包機(jī)占地面積較大，而且并不能有效節(jié)約人工。目前國內(nèi)采用此方案運(yùn)行的電廠大多已將皮帶輸送機(jī)和破包機(jī)拆除。

部分電廠采用尿素顆粒儲倉方案，該方案尿素溶解箱上方設(shè)置尿素顆粒儲倉和卸料機(jī)，儲倉錐斗設(shè)置有帶加熱的流化風(fēng)系統(tǒng)。通過自卸式密封罐車將尿素顆粒卸入尿素顆粒儲倉內(nèi)，由卸料機(jī)送入尿素溶解箱與除鹽水混合，溶解成尿素溶液。該方案由于尿素顆粒較容易吸潮板結(jié)，尿素顆粒儲倉即使已設(shè)置了流化風(fēng)系統(tǒng)仍會出現(xiàn)尿素顆粒板結(jié)搭橋的情況，造成卸料困難。

較簡捷的尿素卸料方案為電廠設(shè)置一個單軌吊，直接將袋裝尿素吊至尿素溶解箱上方的卸料平臺上，在卸料平臺上人工破袋后，尿素落入尿素溶解箱內(nèi)溶解。該方案雖系統(tǒng)較為簡單，但人工工作量較大，以百萬機(jī)組為例，兩臺機(jī)組尿素耗量約為24噸/天，以每袋尿素50kg計，大約一天溶解480袋，工人須反復(fù)上下至尿素溶解箱上方。

通過上述分析，建議尿素儲存采用采購袋裝尿素室內(nèi)堆積的儲存方案，電廠可根據(jù)需要采購定制較大重量的袋裝尿素，采用電動吊軌+斗式提升機(jī)的方式輸送尿素顆粒，必要時斗式提升機(jī)入料口可加裝延伸較長的溜槽，以便可以多袋同時卸料。

3 尿素溶液廠區(qū)輸送問題

尿素溶液儲罐輸送至SCR區(qū)域的尿素溶液管道通常較長，僅依靠尿素溶液儲罐提供的熱量通常無法避免尿素溶液在管道內(nèi)結(jié)晶析出。尿素溶液循環(huán)管道的熱源來自尿素溶液儲罐內(nèi)的蒸汽加熱盤管，為防止尿素溶液儲罐內(nèi)溶液在最高溫度下仍不能有效避免結(jié)晶，通常在尿素溶液循環(huán)泵出口設(shè)置電加熱器，用以補(bǔ)充管線的熱量損失。但電加熱器故障率較高，尤其在嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)用效果并不理想，因此建議對管道進(jìn)行蒸汽伴熱或充分利用尿素溶解過程中的疏水對管道進(jìn)行疏水伴熱。

4 尿素?zé)峤夤に嚨臒嵩?/p>

為降低能耗，尿素?zé)峤庥孟♂岋L(fēng)通常采用經(jīng)過空預(yù)器加熱的一次風(fēng)或二次風(fēng)作為尿素?zé)峤庥孟♂岋L(fēng)，其中大多數(shù)電廠采用熱一次風(fēng)，少數(shù)個別電廠選用熱二次風(fēng)。此外為達(dá)到尿素?zé)峤馑璧臏囟?，稀釋風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置有電加熱器。

經(jīng)近幾年的電廠運(yùn)行反饋，尿素?zé)峤庀到y(tǒng)中熱一次風(fēng)或熱二次風(fēng)中均含有空預(yù)器泄露過來的煙塵，其中熱二次風(fēng)的含塵量較高，有些電廠能夠達(dá)到1.1g/Nm3。這些煙塵沉積在U型電熱器內(nèi)，除增加電加熱器的能耗，有時還會造成電加熱器過載。在設(shè)有稀釋風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)中，這些煙塵會造成稀釋風(fēng)機(jī)較快的磨損。系統(tǒng)故障率較高。常規(guī)百萬級機(jī)組的尿素?zé)峤夤に噷㈠仩t熱一次風(fēng)（溫度300℃左右）加熱至600℃以上時，電加熱器功率通常在900～1200kW，兩臺機(jī)組年運(yùn)行費(fèi)用大約為400～500萬元左右，能耗較高。

為改善上述能耗高，故障率高的問題，目前的解決方案主要有以下三種。

（1）尿素溶液直噴技術(shù)。尿素溶液直噴技術(shù)包括爐內(nèi)尿素直噴技術(shù)和鍋爐高溫?zé)煔馀月分眹娂夹g(shù)兩種。

爐內(nèi)尿素直噴技術(shù)為在鍋爐轉(zhuǎn)向室處設(shè)置多個尿素溶液噴槍，尿素溶液通過尿素溶液噴槍噴入鍋爐轉(zhuǎn)向室，利用鍋爐高溫?zé)煔鈱⒛蛩刂苯訜峤獬砂睔夂虲O2，氨氣與煙氣的混合氣體經(jīng)鍋爐尾部設(shè)備后進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器，完成脫硝反應(yīng)。

鍋爐高溫?zé)煔馀月分眹娂夹g(shù)是將尿素溶液噴入由鍋爐尾部煙道引出的旁路煙道中，借用高溫?zé)煔鉄崃繉⒛蛩厝芤悍纸鉃榘睔狻?/p>

該技術(shù)簡化了尿素?zé)峤庀到y(tǒng)，取消了原系統(tǒng)內(nèi)的電加熱器、熱解爐、一（二）次熱風(fēng)管道系統(tǒng)、AIG設(shè)備等。

（2）爐外煙氣換熱器技術(shù)。爐外煙氣換熱器技術(shù)是將鍋爐的高溫?zé)煔庖鰻t外，爐外設(shè)置管式煙氣換熱器，管外通鍋爐熱一次風(fēng)，管內(nèi)通鍋爐高溫?zé)煔?，通過高溫?fù)Q熱將熱一次風(fēng)加熱至所需的溫度，然后進(jìn)入尿素?zé)峤鉅t完成尿素?zé)峤夥磻?yīng)。該技術(shù)通過設(shè)置煙氣擋板來調(diào)節(jié)煙氣流量，從而控制換熱后熱一次風(fēng)的溫度。

爐外煙氣換熱器可以取代傳統(tǒng)熱解工藝中的電加熱器，節(jié)電效果明顯，目前已有電廠實(shí)施。

（3）爐內(nèi)氣氣換熱器方案。爐內(nèi)氣氣換熱器方案是采用管式換熱器對冷一次風(fēng)進(jìn)行加熱，其原理是利用冷一次風(fēng)自身的壓力，將冷一次風(fēng)送達(dá)到鍋爐低過區(qū)域，在鍋爐低過區(qū)域布置若干的蛇形管道，將冷一次風(fēng)加熱到尿素?zé)峤馑枰臏囟群?，熱一次風(fēng)再離開鍋爐區(qū)域，到達(dá)尿素?zé)峤庋b置。同時設(shè)置旁路管道，部分空氣不經(jīng)過氣氣管式換熱器直接由旁路管道進(jìn)入尿素?zé)峤夥磻?yīng)器入口管道，與經(jīng)過氣氣換熱器加熱后的空氣混合調(diào)溫后進(jìn)入尿素?zé)峤夥磻?yīng)器，為尿素?zé)峤馓峁嵩础?/p>

這種方案最大的優(yōu)勢為采用冷一次風(fēng)解決稀釋風(fēng)含塵問題，同時替代了傳統(tǒng)的電加熱器，節(jié)約能源。以下是對氣氣換熱器方案與采用傳統(tǒng)電加熱器方案在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的比較。

5 尿素?zé)峤鉅t結(jié)垢

尿素?zé)峤鉅t在使用過程中有時會出現(xiàn)底部尾管處尿素結(jié)晶物或中間產(chǎn)物堆積的情況，嚴(yán)重時會造成風(fēng)量減少，系統(tǒng)供氨量不足，需及時清理。尿素?zé)峤鉅t的設(shè)計須充分考慮尿素溶液的霧化和加熱分解所需的停留時間和流場條件，提高尿素?zé)峤庑剩瑴p少副產(chǎn)物的生成。同時應(yīng)控制好尿素反應(yīng)的溫度，溫度較低時，尿素中間產(chǎn)物聚合，不易分解。

6 結(jié)束語

綜上所述，尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)在火電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，技術(shù)方案較為成熟，隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和系統(tǒng)的不斷改善，尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)的可靠性將不斷的提高，系統(tǒng)將更為節(jié)能、高效。

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