摘要：尿素作为SNCR脱硝工艺的还原剂是最安全的一种，其穿透力强，在最佳的反应温度区间内脱硝效率略高于氨水等其他还原剂，尿素工艺最大缺点就是容易结晶，必须在设计、工程施工、投运操作中充分考虑这一特点，采取相应措施避免出现结晶堵管的问题发生，保证尿素脱硝工艺正常运行。
关键词：SNCR尿素工艺、结晶问题、解决措施
本文结合我以前在山东烟台一个SNCR尿素脱硝工程案例，从尿素工艺原理、系统组成、遇到的问题及解决措施，尿素消耗及排放指标情况进行详细介绍。
1、SNCR尿素工艺原理
向温度约870℃～1030℃的烟气中喷入尿素溶液，在无催化剂的条件下，氨气与烟气充分混合，选择性的将烟气中的N0还原成N2和H2O，从而去除烟气中的NOx。锅炉烟气中NOx组成中，约95%为NO，5%为NO2。
（1）脱硝化学反应方程式
当使用尿素溶液时时：
CO（NH2）2→NH3+HNCO
HNCO+H2O→NH3+CO2
4NH3+6NO→5N2+6H2O
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NO+4HNCO+O2→4N2+4CO2+2H2O（可能反应）
（2）脱硝反应的温度窗：
SNCR的最佳反应温度区间为870～1093℃。
（3）当温度超过1090℃时，发生以下反应：
4NH3+5O2→4NO+6H2O
生成新的NOx，脱硝效率下降。
（4）脱硝效率的影响因素
①温度对反应的影响
烟气脱硝SNCR法，温度适应范围较小。如果反应温度太低，反应速度急剧下降，氨逃逸增加，脱硝效率随之下降，达不到脱硝的效果。如果反应温度太高，NH3分解，生成新的NOx的生成量，系统效率下降。
②摩尔比对NOx转换的影响
SNCR脱硝，NSR（NH3/NOx摩尔比值）一般控制在1-2的范围内比较合适，并且应随机组负荷的变化而变化。
2、系统组成及功能（以2*75T/h锅炉SNCR脱硝案列介绍）
烟气脱硝工艺系统主要由以下两部分系统组成：氨区、硝区。脱硝工程主要包括：尿素储存供应系统、输送、计量分配及喷射。
2.1尿素储存供应及输送系统
尿素储存于尿素储间，人工输送到溶解罐里，用除盐水将固体尿素溶解成约35%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；设置一只尿素溶解罐，容积2m3，满足锅炉24h用量。在溶解罐中，用除盐水或冷凝水制成35%的尿素溶液。设置加热盘管，当尿素溶液温度过低时，开启加热系统使溶液的温度保持在合理的温度，防止特定浓度下的尿素结晶。溶解罐除设有温度控制系统外，还有搅拌器，使尿素充分溶解，防止结垢。溶解罐由304不锈钢制造。尿素溶解设备布置在室内或者棚区。尿素溶液泵为离心泵，两台一用一备，并列布置。尿素溶液经由尿素溶液给料泵打入尿素溶液储罐。
设置1台尿素溶液储罐，容积为4m3，满足锅炉2天耗量。储罐由304型不锈钢制造。储罐为立式平底结构。当尿素溶液温度过低时，投运加热系统使溶液的温度高于40℃（确保不结晶）。
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尿素溶液储罐的开口有人孔、尿素溶液进出口、通风孔、液位表、温度表、再循环接口和排污口。
尿素溶液储存设备布置在室内。设备间距满足施工、操作和维护的要求，各设备间的连接管道保温。
尿素溶液输送泵配置2台多级离心泵，一用一备。出口母管压力控制采用自力调节阀控制，经自力调节阀再循环至储罐，保证出口母管压力稳定。
2.2尿素稀释系统
尿素溶液应当与稀释水混合稀释后才允许喷射入锅炉内，在任何工况下，喷入炉内尿素溶液浓度不得大于10%（质量比）。设置1台稀释水储罐，容积为4m3，满足锅炉2天耗量。储罐由304型不锈钢制造。储罐为立式平底结构。配置2台多级离心泵，一用一备。出口母管压力控制采用自力调节阀控制，经自力调节阀再循环至储罐，保证出口母管压力稳定。
2.3计量分配系统的设计和布置
每台锅炉配置一套计量分配系统，布置在脱硝房间内，出口管道直通到各台锅炉。
2.4喷射系统的设计和布置
喷射系统的设计应根据炉膛截面、高度等几何尺寸进行尿素喷射系统的设计，使进入炉膛的尿素溶液能与烟气达到充分均匀混合。喷射系统的设计可充分考虑其处于炉膛高温、高灰的区域，对于流化床锅炉而言最佳喷枪布置点位于炉膛出口烟道上，本工程75T/h锅炉炉膛出口左右分别布置2只喷枪，所选材料为耐磨、抗高温及防腐特性，喷射系统具有清扫冷却功能。喷枪是根据流化床锅炉尿素脱硝工艺专门设计的，该喷枪具有雾化粒径小、兼有穿透力强，雾化角度覆盖整个烟道窗口，保证尿素溶液跟烟气很好的混合，充分反应，提高脱硝效率，降低氨逃逸指标。
2.5 SNCR烟气脱硝控制
利用现有锅炉脱硫系统DCS，进行扩展，采用远程控制调整SNCR系统尿素流量。DCS操作画面在脱硫系统页面内插入脱硝控制画面，简单明了，便于运行人员监控。尿素输送泵采用离心泵，通过电动调节阀调节尿素输送量，不需要人工调整。稀释水泵调节需根据尿素流量运行范围调节电动调节阀的开度（粗调），保证稀释后浓度范围满足运行需要即可，进锅炉的尿素调门，每台炉一只，根据NOx排放值大小及氨逃逸的控制要求手动调整进口调门开度。
3、尿素工艺在该工程中遇到的问题及解决措施总结下来有如下几条：
3．1因尿素工艺一大缺点就是非常容易结晶，一旦结晶就会堵塞管道，使系统不能正常投运。因此设计上把尿素工艺储罐、溶解、计量分配系统均布置在脱硝房间内，尿素溶解及稀释水均利用锅炉疏水箱里面的除盐水，疏水箱正常温度在60~90℃非常适合脱硝系统的需要。溶解罐、稀释水罐进水及加热盘管热水均采用疏水箱里的热水。因地制宜合理利用，代替了储罐电加热实现节能最大化。整个脱硝房间封闭，储罐均有加热盘管加热，冬季房间内温度保持在10~20℃左右。
3.2停炉后关闭尿素阀门后，利用系统稀释水继续冲洗10分钟，然后关闭稀释水阀门。到锅炉上的尿素管道在0米脱硝房间内设置了积液回水管回流至储罐，保证停炉后管道中不存留尿素积液，不会结晶或冰冻堵塞管道。
3.3尿素溶解时溶液浓度配置建议控制在35%左右。理论上尿素溶液浓度在50%时，结晶温度为18℃，40%时，结晶温度为2℃，浓度越高结晶温度越高。浓度配置在40%以下，相对不易结晶。
3.4即使脱硝房间内温度较高10~20℃，尿素阀门或管道积液不流动的地方也会发生尿素结晶的现象，投运初期就碰到结晶堵管的问题。当时尿素溶液储罐液体温度在60~80℃，与储罐相连的液位计汽侧阀结晶堵塞，尿素储罐回水管接口法兰处结晶堵塞，液位计汽侧阀结晶堵塞后液位显示不准确，结晶处手感温度发凉。容易发生结晶的地方主要是死角、可能会聚集不流动的积液的地方，具体部位有尿素储罐的液位计汽侧阀门、回水管、调门、自力调节阀引压管处等。结晶的原因就是尿素溶液水蒸汽聚集凝结且浓度较高，在不流通情况下温度逐渐降低，最终导致结晶。解决措施：在工程设计及施工时，要保证尿素管道有一定倾斜度（10°左右）向储罐方向倾斜，停运后要尽量保证不流通的管道内不存有积液；脱硝房间内容易结晶的尿素管道总长约20米，增加伴热电缆，彻底解决了房间内尿素管道结晶的问题。
经过系统调试投运，消缺完善后，整个工艺系统运行非常稳定可靠，脱硝效率及尿素消耗指标达到预期目标。
4、脱硝系统尿素消耗指标
正常投运情况下，75T/h满负荷运行，烟气量8万NM3/h，NOx原始排放130mg/NM3左右，尿素（纯度98%）消耗量10~12kg/h，NOx排放80mg/NM3左右（当地标准100mg/NM3以下），加大尿素给量NOx排放可以降到50mg/NM3以下，下图照片是调试中尿素平均给量20kg/h情况下NOx排放50.06mg/NM3。
论文作者:梁吉伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
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