电厂脱硝还原液氨改尿素技术探讨_戴志毕.pdf

技术70电厂脱硝还原液氨改尿素技术探讨文_戴志毕 福建龙净环保股份有限公司摘要：可持续发展及安全生产的理念越来越深入人心，电厂在传统技术条件下的安全风险较高，因此需要针对其生产技术进行改良优化。脱硝还原液氨是当前电厂制备 SCR 的主要技术，但其存在的安全问题管控难度较高。文章阐述了电厂脱硝还原液氨改尿素技术的原理、应用特征，探讨了尿素替代升级改造的思路、方法及应用效果，希望能为相关电厂单位提供参考。关键词：电厂；脱硝还原液氨；尿素Discussion on the Technology of Replacing Liquid Ammonia with Urea for Denitration Reduction in Power PlantDAI Zhi-bi Abstract The concept of sustainable development and safe production has become more and more popular.The safety risk of power plants under the traditional technical conditions is high,so it is necessary to improve and optimize their production technology.Denitration and reduction of liquid ammonia is the main technology for SCR preparation in power plants at present,but its existing safety problems are difficult to control.This paper describes the principle and application characteristics of the technology of replacing liquid ammonia with urea in denitration reduction in power plants,and discusses the ideas,methods and application effects of replacing and upgrading urea,hoping to provide reference for relevant power plant units.Key words power plant;denitration reduction liquid ammonia;urea在传统燃煤电厂的生产活动中，针对烟气的脱硝处理，主要采用选择性催化还原（SCR）脱硝工艺，该工艺在目前的技术条件下所用到的还原剂主要是液氨。液氨虽然是一种成本较低的还原剂，但是其属于有毒化学品，会给电厂的安全管理带来巨大挑战。尤其当生产场所储存量超过10t 时，生产单位将面临重大危险源的管理。2022 年1月国家能源局关于印发 电力行业危险化学品安全风险集中治理实施方案的通知，明确全国公用燃煤电厂的液氨重大危险源进行尿素替代改造，而液氨改尿素技术的应用价值备受关注。1 尿素制氨技术概述尿素是一种安全的工业材料，便于日常运输和储存。在工业生产中，通过热分解工艺，可以将尿素分解成氨气，因此尿素制氨是一种公认的安全生产工艺。在当前的技术条件下，尿素制氨主要有两种技术类型，即水解法和热解法。其中，水解法是尿素溶液在中温（120 160）、高压（0.55 0.65MPa）环境下分解产氨包括普通水解和催化水解两种；而热解法是尿素溶液在高温（350 650）、常压（0.1MPa）环境下分解产氨，主要包括电加热和气换热两种。下面针对这几种主要的尿素制氨技术的原理和特征进行具体分析。1.1 水解法1.1.1 普通水解尿素普 通 水 解制 氨 法 的 基 本 流 程 是，将 浓 度 为40%50%的尿素溶液输送至水解反应器，蒸汽通过盘管对水解反应器进行加热。水解产生的含氨气体通过管道输送到硝区与空气稀释之后通过喷射系统进入脱硝反应器中处理。尿素普通水解制氨系统主要包含尿素溶液制备系统、尿素溶液存储系统、输送装置、水解反应器、蒸汽及辅助系统。1.1.2 催化水解催化水解与普通水解工艺原理相似，区别在于催化水解有一套催化剂加药装置。催化剂添加在水解器定排排污后进行补充，催化剂是含磷的无机盐，排污后进行处理。在催化剂的作用下改变尿素反应路径，加快反应速率，降低响应时间，熔融状态的尿素溶液在温度 135 150、压力约0.4 0.55MPa下进行的快速水解反应。反应速度较普通尿素水解法约提高 10 倍以上，响应时间可达到 1min 以内，能耗约为热解技术的一半。相较于传统的水解系统，该系统仅需配置一套催化剂泵和催化剂溶解装置，同时含磷的无机盐类催化剂价格便宜，因此整个催化系统的后期运维成本也很低，却能以满足尿素催化器的快速启停，同时降低操作管理难度。1.2 热解法热解装置主要由尿素颗粒/溶液储存装置、输送装置、计量装置、控制器、加热器及热解炉等构成，在热解反应过程中，通常是将经过计量的尿素溶液通过喷射器注入温度为350 650的热解炉中，当溶液和热解炉中的高温稀释空气混合之后，分解生成水、二氧化碳及氨气。分解之后的混合产物将通过喷射系统进入到 SCR系统中，满足脱硝处理需求。1.2.1 电加热热解法电加热热解装置主要是在基础热解系统中加入了电加热71元件，通过电加热的方式让系统更快、更精准地达到理想温度。在实际应用中，一般可以通过电加热的方式将热解炉出口的温度控制在 350以上。采用电加热技术进行热解的技术方案具有投资低、系统启停响应快、装置运维难度低的特点。但是，由于在运行时需要长期大量消耗电能，电热解法的运行成本比较高，同时也不符合当下节能降耗的需求。1.2.2 气换热热解法由于电加热热解法在环保性和经济性方面存在着不足，在进一步技术研究和实践之后，业界出现了利用锅炉高温烟气热量进行气气交换的尿素热解工艺。该技术主要是在锅炉上安装高温再热器和低温再热器，对水平烟道内可以达到700的高温烟气进行利用。该温度环境能够支持尿素热解，同时能够将热解装置出口的温度控制在 350以上。目前业界比较常用的尿素气气热解法主要有两种形式，即炉内气气管式和炉外气气管式。其中，炉外气气管式主要是使用锅炉高温烟气对空预器出口进行加热，以此来满足尿素热解需要。而炉内气气换热装置主要采取垂直悬挂的布局方式将换热器安装于锅炉尾部低温过热器的上方，然后将热风出口集箱和冷风进口集箱通过侧包墙布置。在这种布局下，炉内烟气和空气换热器通常仅需对风进行一次加热，就可以达到尿素热解的需求。该种布局的优势在于运行中的热功率大，并且运行逻辑简单，装置运维难度低。2 电厂脱硝还原液氨改尿素技术设计分析某燃煤电厂机组 SCR 脱硝还原剂采用的是液氮，而液氮的日常运输、储存、维护难度较高，加上庞大的生产规模，该厂液氨储站作为重大危险源的管理难度和风险都比较高。为了响应党中央关于加强安全生产、促进生态保护的相关政策，该电厂着手对脱硝还原工艺进行改良，经过大量调研分析，决定采用液氨改尿素技术方案。结合该电厂当前的常用媒质条件，技术团队对烟气量的历史数据和现场实测数据进行综合分析，充分考虑整个电力生产系统脱硝运行的可靠性，确保改造之后的脱硝系统烟气量达到电厂生产需求。该厂 一期机组脱硝系统的入口浓度为 750mg/m3，出口的 NOx浓度为 40mg/m3，烟气的流量为1185000m3/h。二期机组的脱硝系统入口浓度为700mg/m3，出口的 NOx浓度是 40mg/m3，烟气流量是2165600m3/h。技术团队结合该电厂的实际情况，对目前业界比较成熟的脱硝还原液氨改尿素技术工艺类型进行了对比分析。结合其他实际案例发现，电加热热解装置的运行费用比较高，同时在目前技术条件下的故障率也较难控制。并且很多电厂因电加热器操作管理不当而出现了尿素热解过程中出现了管道堵塞的问题，因此首先排除了电加热热解方案。关于尿素气气换热热解工艺，在多数情况下炉内或炉外式热解技术都可以达到相关要求。若采取这种工艺，热解系统可以采用单元制布局，各类新添加的装置可以安装于靠近 SCR 反应器的锅炉钢架结构上，并且让锅炉和热解装置一一对应。该工艺主要的投入在于对锅炉、SCR 钢架结构的改造，尤其要对钢架进行加固。若采用的是尿素水解工艺，为了保证系统运行安全，可以采用共用制，使用多套母管为系统供氨。同时，微系统装配水解反应器，当水解反应器制成氨气之后，将其输送至锅炉侧，通过不低于180的热风进行稀释，再进入喷氨系统。该工艺关键要做好整个系统的管道保温隔热处理。相较于普通水解法，尿素催化水解的效果较为理想，同时改造投资及后续的运维成本也比较低，具有很好的可行性。3 结语综上所述，在我国社会经济快速发展的大背景下，关于各类生产设施的技术改造备受重视。针对电厂比较重要的烟气脱硝工艺，脱硝还原液氨改尿素技术具有很强的研究和实践应用价值。在本文电厂的案例脱硝还原液氨系统改造案例中，技术团队分析了目前电厂脱硝还原液氨改尿素技术中常用的热解法、水解法，基于成本及安全性等方面的要求，决定采用尿素水解工艺。经过系统化改造以及超 6 个月的运行分析，发现该次基于尿素水解工艺的电厂脱硝还原液氨改尿素方案不仅达到了烟气脱硝的专业要求及行业标准，同时其在改造难度、成本及后期运维管理便捷性方面也更有优势，值得更多有相关需求的电力生产单位借鉴推广。值得一提的是，通过改造之后，该电厂在危险源管理方面的压力更小，为国家的电力生产安全做出了突出贡献。参考文献1 亢辰辰.山西焦化焦炉烟气脱硫脱硝超低排放改造方案选择及应用 J.煤化工,2022,50(2):52-55,63.2 段浩然,高佳佳,张文鹏,等.脱硝改造锅炉尾部烟气有机可燃物成分检测与分析 J.山东电力技术,2021,48(9):69-74.3 曾虎 熔铝炉烟气脱硝改造技术探讨 J.环境科学导刊,2021,40(5):83-87.4 赵光耀,黄权浩,等.燃煤机组超低排放改造后 SCR 烟气脱硝中硫酸氢铵的控制技术 J.湖南电力,2022,42(5):101-106.5 杨海波.燃煤电厂脱硝系统液氨改尿素技术研究 J.电子质量,2021,(4):87-90.6 龚文,杨智,潘剑锋.余热锅炉烟气脱硝装置技术改造后存在问题及对策 J.石油化工设备,2019,48(6):73-76.作者简介戴志毕（1989-）,男,福建龙岩人,工程师,本科,研究方向为火电厂脱硝液氨改尿素。