論脫硝旁路煙道尿素直噴熱解方案的優(yōu)劣性

董建剛

摘 要：隨著中國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的高度重視，要求各火電企業(yè)進(jìn)行脫銷(xiāo)等超低排放方面的改造。本文重點(diǎn)介紹了某廠SCR入口尿素直噴熱解方案和脫硝旁路煙道尿素直噴熱解方案，并且重點(diǎn)對(duì)比了兩者的優(yōu)劣性，對(duì)燃煤電廠脫銷(xiāo)改造提供一些成功的改進(jìn)方法和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：脫銷(xiāo)；煙道；尿素直噴

一、SCR入口尿素直噴熱解方案存在的問(wèn)題

（1）煙氣溫度太低尿素?zé)峤饴侍?。參考?00MW電廠鍋爐可知，SCR入口即省煤器出口煙氣溫度一般為319～382 ℃，在此溫度范圍內(nèi)，尿素?zé)峤饴手挥?0%～70%。造成大量尿素浪費(fèi)，更為嚴(yán)重的問(wèn)題，沒(méi)有完全分解的尿素，會(huì)以尿素結(jié)晶、異氰酸、縮二脲、聚氨酯等多種中間產(chǎn)物混合物的形式隨煙氣流至SCR催化劑表面，如吹灰效果較差，就會(huì)堵塞催化劑，時(shí)間長(zhǎng)了回造成催化劑活性下降，脫硝效率降低。

（2）NH3分配不均勻。尿素溶液是通過(guò)A側(cè)和B側(cè)分別設(shè)置的9只噴槍噴入煙氣中，噴射點(diǎn)太少，勢(shì)必造成每只噴槍液體量上升，在2.4X10米的SCR入口煙道截面上，9個(gè)噴射點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能有效覆蓋整個(gè)截面。噴點(diǎn)區(qū)域氨濃度高，煙道邊緣和四角區(qū)域氨濃度非常低，又由于噴射點(diǎn)距離SCR反應(yīng)器的催化劑層距離太近，造成混合距離不足，氨濃度偏差情況遠(yuǎn)不能達(dá)到催化劑層對(duì)NH3/NOx濃度偏差5%之內(nèi)的要求。勢(shì)必造成大量的氨逃逸，逃逸氨與煙氣中的SO3結(jié)合生成硫酸氫銨，煙氣通過(guò)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器時(shí)，在230～190℃溫度范圍區(qū)域會(huì)析出粘稠狀的硫酸氫銨粘附在蓄熱片上造成腐蝕，大量煙塵被硫酸氫銨粘附就會(huì)造成部分回轉(zhuǎn)式空預(yù)器蓄熱片的堵塞，整體表現(xiàn)是阻力上升（某廠三號(hào)機(jī)組的煙氣側(cè)阻力達(dá)到了1800Pa），換熱效率下降。

（3）噴槍堵塞嚴(yán)重、煙道磨損。由于煙溫太低，噴槍噴出的尿素液滴不能及時(shí)、完全地被分解。有很多噴槍的噴嘴處直接粘附大量煙塵，尿素溶液根本無(wú)法形成霧滴噴出，反而尿素與煙塵粘附在一起在噴嘴處形成了“蜂窩狀”的結(jié)晶物，嚴(yán)重的情況甚至將噴槍墜彎。

（4）效果不理想。尿素直噴投運(yùn)以后，脫硝A/B側(cè)出口在煙道內(nèi)NOX濃度分布極不均勻。通過(guò)實(shí)測(cè)檢驗(yàn)，出口煙道只有煙道內(nèi)側(cè)能夠測(cè)到NOx，而且還顯示偏高（脫硝A/B側(cè)出口煙道內(nèi)側(cè)能夠測(cè)到100mg/m3左右），其余實(shí)測(cè)孔均為零。說(shuō)明進(jìn)入催化劑層的煙氣中氨濃度極不均勻。沒(méi)有檢測(cè)到NOx的大面積區(qū)域，氨逃逸肯定很大，這就能夠解釋為什么，空預(yù)器阻力上升的原因。

二、機(jī)組脫硝旁路煙道尿素直噴熱解的技術(shù)方案

（一）旁路煙道尿素直噴熱解方案中需運(yùn)用到的主要設(shè)備和使用方法

（1）尿素溶液循環(huán)裝置。設(shè)置一套尿素溶液供應(yīng)、循環(huán)裝置及循環(huán)管路，為脫硝裝置供應(yīng)尿素溶液。尿素溶液循環(huán)裝置包含2臺(tái)全流量的多級(jí)SS離心泵（帶變頻器）、1只背壓閥及用于遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)循環(huán)系統(tǒng)的壓力、溫度、流量以及濃度等儀表等。泵入口管接至尿素溶液儲(chǔ)罐預(yù)留管接口，回流管接至尿素溶液儲(chǔ)罐預(yù)留管接口，必要的地方要設(shè)置關(guān)斷閥。

（2）計(jì)量分配裝置。尿素溶液的計(jì)量分配裝置應(yīng)能精確地測(cè)量和控制輸送到每只噴槍組所需的尿素溶液流量。每臺(tái)爐設(shè)置2套計(jì)量分配裝置，用于控制由A、B側(cè)SCR反應(yīng)器對(duì)應(yīng)氨氣的需求所需的尿素溶液流量，同時(shí)調(diào)節(jié)每只噴槍霧化空氣的壓力和流量，保證每支噴槍的霧化效果。

（3）尿素直噴系統(tǒng)。來(lái)自計(jì)量分配裝置的濃度50%的尿素溶液和霧化空氣經(jīng)管路輸送至每支噴槍?zhuān)駻、B兩側(cè)反應(yīng)器單獨(dú)運(yùn)行和控制，所以在對(duì)稱(chēng)布置的兩個(gè)低過(guò)及省煤器旁路煙道上分別設(shè)置4只單噴嘴尿素?zé)峤鈱?zhuān)用噴槍。霧化風(fēng)將尿素溶液霧化為粒徑40～60μm的細(xì)霧，在煙溫488.3～663.2℃的環(huán)境中0.3～0.5s即可被熱解成氨和二氧化碳。為了減少因?yàn)橐霾糠指邷責(zé)釤煔庠斐傻腻仩t熱效率的下降，50%濃度的尿素溶液不能被稀釋。為了增大每只噴槍尿素溶液霧滴擴(kuò)散范圍并盡量在最短的距離和時(shí)間內(nèi)將尿素霧滴氣化并分解，需要將液相壓力和霧化風(fēng)的壓力及流量調(diào)整到恰當(dāng)?shù)姆秶＜纫M可能地覆蓋整個(gè)煙道截面又要避免尿素液滴噴到煙道壁板上，需要借助計(jì)算機(jī)流場(chǎng)模擬（CFD）的手段。同樣需要考慮不同煙氣流速下對(duì)噴嘴擴(kuò)散角及液滴軌跡的影響，選擇噴嘴合適的噴射角度。

（二）旁路煙道尿素直噴熱解具體優(yōu)點(diǎn)如下

（1）尿素?zé)峤獬浞郑豪碚摵蛯?shí)踐證明尿素的熔點(diǎn)為132.5℃，在152 ℃開(kāi)始分解。320℃時(shí)尿素?zé)峤饴手挥?0%，到380℃時(shí)尿素?zé)峤饴室仓挥?5%左右，在450℃，尿素有效分解率約73.5%，在溫度600℃～ 880℃ 范圍尿素分解率幾乎達(dá)到100%。但溫度超過(guò)900 ℃尿素有效分解率明顯下降，達(dá)到1127 ℃時(shí)，尿素?zé)岱纸饴蕩缀鯙榱?旁路煙道方式所引出的煙氣溫度488～663℃在各種工況下都適應(yīng)熱解溫度。

（2）運(yùn)行可靠性：采用常規(guī)固定式單噴嘴尿素?zé)峤鈬姌專(zhuān)粫?huì)發(fā)生堵塞、磨損情況，運(yùn)行可靠。

（3）能耗低：采用50%的尿素溶液和少量的霧化風(fēng)熱解需要的熱量少，所引出的煙氣只占總煙氣量的0.7%，對(duì)鍋爐熱效率影響在0.1%之內(nèi).

（4）對(duì)A側(cè)B側(cè)反應(yīng)器脫硝的控制影響：A側(cè)、B側(cè)分別引出旁路煙道實(shí)施尿素直噴熱解，兩套熱解獨(dú)立控制與A/B側(cè)反應(yīng)器脫硝控制相對(duì)應(yīng)，控制精準(zhǔn)。節(jié)省了尿素用量，避免了過(guò)多的氨逃逸。

（5）施工周期短：只需在停爐期間在爐后轉(zhuǎn)向室開(kāi)兩個(gè)2340mm長(zhǎng)900mm寬的長(zhǎng)孔，在省煤器出口煙道做26個(gè)支管接口工作。其余均可在鍋爐運(yùn)行期間施工。

（6）氨分配均勻：對(duì)于A側(cè)或B側(cè)熱解旁路煙道，熱解后的含氨煙氣是通過(guò)13只分配管均勻分配至SCR入口煙道中。特殊設(shè)計(jì)的分配管都設(shè)有三層環(huán)管，即單側(cè)熱解煙道的含氨煙氣通過(guò)39個(gè)分配點(diǎn)噴射到煙道中。另外氨氣與煙氣混合距離更長(zhǎng)，所以氨與煙氣混合更加均勻，為脫硝系統(tǒng)達(dá)到較高的脫硝效率和超低的氨逃逸創(chuàng)造了必要的條件。

三、結(jié)論

通過(guò)對(duì)旁路煙道直噴尿素?zé)峤夥桨负蚐CR入口煙道直噴尿素?zé)峤夥桨笇?duì)比可知，旁路煙道直噴尿素?zé)峤夥桨傅臒峤饴式咏?00%，可靠性大大提高，能耗性極低，方案的簡(jiǎn)單易行，方便改造且運(yùn)行穩(wěn)定，大大提高了機(jī)組超低排放的能力和機(jī)組安全可靠性。