尿素热解法在SCR脱硝中的应用.doc

尿素热解法在SCR脱硝中的应用

平圩第二发电有限责任公司(以下简称平圩二电)现装机容量1280MW，为2×640MW超临界国产燃煤发电机组。其配套锅炉系哈尔滨锅炉厂设计制造的超临界压力煤粉炉。为满足《火电厂大气污染物排放标准》中要求的100mg/m3的氮氧化物排放标准，平圩二电进行了脱硝改造，脱硝工艺采用选择性催化还原法即SCR法。
平圩电厂2台机组的SCR系统入口NOx浓度为400mg/Nm3，要求保证在锅炉最大工况(BMCR)、燃用设计煤种、处理100%烟气量的条件下，脱硝效率不小于80%。

1SCR法烟气脱硝工艺中还原剂的选择方案
SCR法烟气脱硝工艺中常用的还原剂主要有液氨、氨水和尿素。由于考虑到场地、安全、交通运输等多个方面，平圩二电选择了尿素做为本次烟气脱硝改造的还原剂。以下为三种还原剂的比较。
2尿素热解法的系统原理简介
尿素是白色或浅黄色的结晶体，易溶于水，在高温下(350~650℃)可完全分解为NH3。尿素的密度为1355kg/m3，尿素颗粒容重是780kg/m3，堆积角度为31°(静)。
整个尿素热解法系统包括尿素储仓(如条件不允许可取消)、斗式电动提升机、尿素溶解罐(配有加热和搅拌功能)、尿素溶液泵、尿素溶液储罐、尿素溶液循环泵、计量分配器、背压阀组、热分解炉等。
尿素粉末通过汽车运输，气力输送至储存仓，由储存仓下料经过给料机输送到尿素溶解罐内，用除盐水将尿素溶解成质量浓度为40～60%的尿素溶液。溶解罐内装有蒸汽加热盘管以确保溶解罐内尿素不结晶，达到一定浓度的尿素溶液通过输送泵输送至尿素溶液储罐。
储罐中的尿素溶液通过尿素溶液循环泵、计量分配器、雾化喷嘴等后喷射进入热解炉内进行分解。在热解炉中，采用经过电加热器加热到约350～650℃的锅炉热一次风，将尿素溶液热解生成氨气、水和二氧化碳，之后与稀释空气均匀混合后注入SCR系统。见图1的系统原理图。
3尿素热解法的主要设备简介
3.1尿素储仓
尿素储仓为锥形底立式，有效容积满足全厂机组的一天用量要求，本体为碳钢制造，内衬有304SS不锈钢，下部的锥体倾角不小于60°，筒仓配备风机、除湿装置、电加热等热风流化装置和仓壁振打装置。储仓的顶部配有布袋除尘器，底部配有气化板，气源采用厂区经除油、除湿、除尘的杂用空气进行流化。平常采用尿素槽罐车运输尿素的方式，气力输送至筒仓内，袋状尿素作为备用放置于尿素车间内，通过自动破袋机拆包后，经垂直斗式电动提升机卸入尿素储仓。
3.2尿素溶解罐
设置一座62m3尿素溶解罐，尿素溶解罐为立式平底储罐，螺旋给料机将尿素输送至溶解罐内，尿素溶解罐有效容积能满足全厂机组使用一天的用量。尿素溶解罐设有尿素颗粒入口、除盐水入口、加热蒸汽入口、回流入口、溶液出口、溢流口、排污口、搅拌器和人孔门，同时还设有液位计等仪表接口、罐内蒸汽盘管加热器、罐顶排风机、梯子等。容器材料采用304不锈钢。
3.3尿素溶液给料泵
尿素溶液给料泵为离心泵，本体采用不锈钢，机械密封采用碳化硅。尿素溶液给料泵可利用循环管道将尿素溶液进行循环，使尿素溶液更好溶解混合，配置成40~60%的尿素溶液。
3.4尿素溶液储罐
系统设两座160m3尿素溶液储罐，储罐为立式平底储罐，两个罐体要求能满足全厂机组5～7d的用量，储罐采用S304SS不锈钢制造。罐体包括保温、液位计、温度压力表、排气孔、蒸汽盘管加热系统、液位和温度测定控制系统、电气控制柜、顶部和侧部人孔、吊环、法兰连接管道、出入口管道和排水管道以及手动隔离阀等。储罐露天布置，罐体加热系统将使罐内温度不低于35℃(保证溶液温度高于结晶温度10℃以上)。
3.5尿素溶液循环泵和背压阀
尿素溶液循环泵为全流量的多级离心泵，回流采用背压控制阀调节由于机组负荷变化导致的所需尿素溶液的压力变化。疏水伴热应能补偿尿素溶液在管道输送中热量的损失。装置主要部件为不锈钢。
3.6计量分配器
计量分配器能精确的计量和分配输送到热分解炉的每一个喷射装置的尿素溶液的量以及雾化用的压缩空气的压力和流量。尿素溶液和压缩空气通过计量分配器来进行分配调节，从而得到适当的气/液比以此得到最佳的反应剂。
3.7带喷射器组的热分解炉
热分解炉利用锅炉空预器提供的热风，然后通过电加热加热到约600℃，从而分解喷射到炉内的雾化尿素。热分解炉是一个反应装置，提供了比较充足的时间来保证尿素在高温下的转化。热分解炉由喷射装置、电加热装置和温度、压力等仪表组成。热分解炉设置有冷风吹扫管路系统，通常从二次风冷端取气接到热解炉，作为紧急情况下热解炉吹扫降温用。
4尿素热解法系统运行情况与处理方案
平圩二电在试运行的时候，发现在热分解炉的底部有白色的结晶状产物，因此致使得热分解炉不能正常的运行。另外尿素溶解罐溶液出口管处有白色丝带堵住管口。通过各单位各方面的检查分析后，基本得出几点原因：
(1)在整个试运行期间，一次风的流量一直处于偏低工况，没有能满足设计值的要求。
(2)在第一次试运行投入喷枪时，没有对喷枪进行增减及切换，导致单支喷枪的流量偏大，超过设计值。
(3)热解炉内部运行的流场偏离正常的设计值，导致热解炉内温度分布不均匀。
(4)溶解罐处丝带为袋装尿素外包装袋，为自动拆包机无法完全拆分包装袋，导致部分丝带进入尿素溶解罐。
结合分析的原因得出相应的处理方案：
(1)重新安装热解炉喷枪，长度增加150mm，降低尿素贴炉壁附着的可能。
(2)清除全部堵塞物，尽量确保热解炉内空气动力场分布均匀，在启动热解炉时延长加热时间2h以保证结晶物充分分解。
(3)在运行中密切关注对系统运行参数的控制，确认关键参数是否正常，基本参数为：热解炉温度、一次风量、喷枪雾化空气压力。另外确保声光报警投运正常，确认连锁保护正确投入。
(4)适当调整喷枪流量阀，降低雾化颗粒度，保证尿素溶液的雾化分解效果。
(5)针对自动拆包机，要求增加人工监控操作。
5结论和建议
尿素热解法在烟气脱硝系统中运行稳定、安全，投运效率高，平圩二电采用尿素热解法脱硝，工程实际运行指标为出口NOx含量72mg/m3、脱硝效率82%、氨逃逸率0.8~1ppm，满足技术协议中要求的出口NOx含量80mg/m3、脱硝效率80%、氨逃逸率小于3ppm的性能指标。但对于尿素热解法调节和控制的不方便以及投资和运行费用较高的问题，还需进行研究以便提出优化改进方案。
4