尿素熱解制氨工藝的安全運行與節(jié)能優(yōu)化

尿素熱解制氨工藝的安全運行與節(jié)能優(yōu)化目前在眾多的火力發(fā)電廠脫硝技術中，選擇性催化還原工藝（SCR）和選擇性非催化還原工藝（SNCR）是應用最為廣泛的兩種技術。脫硝 還原劑主要來源有氨水、液氨和尿素三種，又以液氨和尿素應用最 為廣泛。由于尿素在運輸、儲存及電廠操作方面具有的安全性優(yōu)勢， 越來越多的火力發(fā)電廠選用尿素作為脫硝還原劑。尿素熱解制氨工 藝成為了煙氣脫硝裝置的核心技術之一。但是，尿素在熱解過程中， 往往伴隨著尿素熱解不充分，導致熱解系統(tǒng)出現(xiàn)結晶、堵塞等問題， 并成為影響煙氣脫硝裝置長周期安全穩(wěn)定運行的隱患。石景山熱電廠 2008年完成了全廠 4臺 670噸燃煤鍋爐煙氣脫硝環(huán)保 改造工程。鍋爐煙氣脫硝工程采用爐內(nèi)低 NOX然燒器與SCF相結合的 技術措施。其中，脫硝還原劑采用尿素熱解制氨工藝，將50%尿素溶液使用專用的霧化噴射裝置噴入到熱解爐中，尿素溶液霧滴在熱解 爐內(nèi)350600C的環(huán)境下迅速完成分解制 NH3過程，而尿素熱解所需 要的熱量是通過燃用 0#輕柴油得到。脫銷改造工程竣工投產(chǎn)后在尿素熱解裝置系統(tǒng)中相繼出現(xiàn)以下主要 問題：1、脫硝尿素熱解爐在實際運行中，尿素熱解爐及噴射系統(tǒng)內(nèi)均不同 程度的出現(xiàn)結晶、堵塞問題，嚴重時，曾發(fā)生過熱解爐因大面積結 晶堵塞被迫停運的情況。經(jīng)調研，在北京、上海、深圳、河北、山 西等地，很多電廠使用的尿素熱解裝置同樣存在尿素熱解反應不充 分、熱解爐大量產(chǎn)生沉積物的問題。部分電廠采用提高熱解室出口 溫度的方法消除熱解爐中的沉積物，由此增加了尿素熱解的能耗與 運行費用。尿素熱解反應不充分、熱解裝置產(chǎn)生大量沉積物已是國 內(nèi)較為常見的問題。2、尿素熱解裝置運行費用高。單臺熱解爐每年的0#輕柴油消耗量432噸，費用達到 350余萬元，石熱電廠 4 臺脫硝熱解爐每年消耗柴 油的成本支出高達約 1500 萬元。為減少燃油消耗，降低運行成本， 石熱電廠根據(jù)現(xiàn)有熱源條件，于 2009 年自主完成了尿素熱解爐稀釋 風源的改造：利用鍋爐高溫熱一次風 （280320C）替代原稀釋風系 統(tǒng)。但是，由于鍋爐使用回轉式預熱器，鍋爐熱一次風中含塵量較 高，在熱解爐改用鍋爐熱一次風后，熱解爐及噴氨管線出現(xiàn)了粉塵 沉積、堵塞的問題。使用鍋爐熱風做為熱解爐稀釋風，可以降低運 行成本，但由于尿素熱解不充分以及熱風攜帶的粉塵均會堵塞噴氨 管線。特別是噴氨格柵的噴氨支管堵塞后，會導致 SCR賁氨格柵氨 氣/煙氣配比失衡，SCF反應器局部氨逃逸率增大，進而引起脫硝效 率降低、脫硝物料消耗增加等負面影響。氨逃逸量增加還會使鍋爐煙氣系統(tǒng)硫酸氫銨生成量上升，甚至會造成預熱器堵塞、除塵器電場極板大量粘灰造成電場封閉等后果。因此，尿素熱解不充分以及高含塵量的熱風，均會對煙氣脫硝裝置以及鍋爐主要設備的安全穩(wěn) 定運行構成威脅。針對石熱電廠煙氣脫銷系統(tǒng)運行中發(fā)生的問題，我們組織專業(yè)技術人員與北京科技大學化學與生物工程學院化學系對對尿素熱解系統(tǒng) 沉積物的成因及處理對策開展分析和研究。通過尿素熱解過程的研究及尿素熱解系統(tǒng)沉積物分析結果得出以下 結論：（1）尿素熱解裝置的沉積物主要成份為三聚氰酸；（2）尿素熱解裝置產(chǎn)生沉積物的原因是局部反應環(huán)境溫度過低。脫硝熱解及噴氨系統(tǒng)產(chǎn)生結晶的根本原因在于尿素溶液噴射至熱解 爐內(nèi)部后，初步分解成NH3和HNCC異氰酸）后，出現(xiàn)局部溫度快速 下降，使部分異氰酸進一步分解的反應條件不夠強烈，影響其進一步與水反應生成NH3和C02而是發(fā)生聚合反應形成顆粒并在系統(tǒng)內(nèi)沉降，即形成結晶。結合石熱電廠現(xiàn)場設備運行情況，我們針對 “反應區(qū)域溫度、尿素霧化效果、尿素霧滴在高溫區(qū)的停留時間” 三個影響異氰酸分解的主要原因進行了設備優(yōu)化改造。1 提高保溫質量將熱解爐出口至噴氨格柵的沿程管道及設備保溫厚度由25mmt增加50mm并在加強了局部防風、防雨性能。采取上述措施后，進入噴 氨格柵前的熱解氣體溫度普遍提高了15C，原來露天布置的噴氨格柵應對大風、雨雪等不利環(huán)境的能力得到大幅提升，解決了噴氨格 柵局部反應環(huán)境溫度過低出現(xiàn)結晶堵塞的問題。2 提高尿素溶液霧化質量（1）穩(wěn)定霧化風壓力。我們一是將尿素霧化風源由雜用壓縮空氣系 統(tǒng)（運行壓力 0.35-0.6Mpa ）改為儀用壓縮空氣系統(tǒng)（運行壓力 0.55-0.6Mpa ），改造后霧化風壓力穩(wěn)定性得到大幅提升，解決了因 霧化空氣壓力不穩(wěn)造成霧化效果降低的問題。（2）提高霧化壓縮空氣品質，避免噴嘴堵塞。我們在霧化壓縮空氣 管道上加裝了高精度三重 （除水、油、雜質） 空氣過濾器，用于去除 壓縮空氣中的雜質，提高霧化空氣品質，并將過濾器至尿素噴槍的 管道全部更換為不銹鋼材質，徹底解決了壓縮空氣中攜帶雜質堵塞 噴嘴的問題。（3）自主完成尿素噴槍改造。在改善、提高霧化空氣品質后，雖然 尿素噴槍的霧化效果得到明顯提高，仍難以將尿素溶液完全霧化， 尿素熱解不充分的問題雖得到明顯緩解但仍未得到根治。為了得到 更好的霧化效果，我們自主進行尿素噴槍的改良，并研制出新型的 霧化噴嘴。