摘要：尿素作为安全、环保的脱硝还原剂，在国家政策的支持下，越来越得到广泛的应用。本文论述了尿素热解的几种技术，依托某电厂脱硝工程，阐述了炉内气气管式换热器在SCR烟气脱硝尿素热解系统中的实际工程应用以及经济性。
关键词：SCR烟气脱硝；尿素热解；换热器；经济性
引言
目前电厂烟气脱硝还原剂常用的有三种，主要包括液氨、尿素和氨水。液氨由于工艺系统简单，投资和运行成本较低，前些年在SCR烟气脱硝工艺中应用较广。但是，液氨属于危险化学品，其运输和储存要求非常苛刻。而氨水由于其运输、储存和运行成本较高，应用受到局限。而尿素完全没有危险性法规限制，可以方便地被运输、储存和使用。2019年4月2日国家能源局综合司发布《切实加强电力行业危险化学品综合治理工作的紧急通知》，更是要求积极开展液氨罐区重大危险源治理，加快推进尿素替代升级改造进度。因此，将会有越来越多的电厂选用尿素作为脱硝还原剂。
尿素制氨工艺有尿素热解和水解之分。目前在工程中运用的最多还是前者，毕竟尿素热解制氨的可靠性更高，且不易造成系统腐蚀而引起氨气泄漏，在安全性方面相对于尿素水解制氨而言更胜一筹。
1 尿素热解技术
尿素热解制氨是将尿素水溶液喷入高温热解室，尿素水溶液在热解室里一定的温度（约650℃）和适当的停留时间条件下受热完全分解成气态氨和二氧化碳，含气态氨的混合物气流通过氨注射系统注入到脱硝装置。
常用的尿素热解用热源加热技术主要有电加热器技术、气气管式换热器技术。
1.1 电加热器技术
电加热器技术的原理是采用锅炉的热一、二次风（300 ℃左右）作为尿素热解风源，利用锅炉一次风自身的压头（二次风需设增压风机），将一部分锅炉热一、二次风送入电加热器进行加热，热风被加热到约650℃左右进入尿素热解装置，为尿素热解提供热源。
1.2 气气管式换热器技术
气气管式换热器技术是利用锅炉烟气加热锅炉冷/热一（二）次风，作为SCR烟气脱硝尿素热解分解的热源，包括炉外气气管式换热器技术和炉内气气管式换热器技术2种。
1.2.1 炉外气气管式换热器技术
炉外气气管式换热器技术是将锅炉高温烟气引出炉外，设置撬装气气管式换热器，撬装置内设管式换热管，管外引接锅炉热一次风、管内引接锅炉高温烟气。此系统占地大、成本高，且对锅炉流场的影响较大，应用极少。
1.2.2 炉外气气管式换热器技术
炉内气气管式换热器技术是利用锅炉冷/热一次自身的压力，将冷/热一次风送达锅炉省煤器上游的低温过热器或低温再热器等烟气温度600℃-900℃的烟气区域内。在该区域布置若干的蛇形管道，将冷/热一次风加热到尿素热解所需要的温度后离开锅炉区域，到达尿素热解装置，为尿素热解提供热源。炉内气气管式换热器节能效果显著、方案简单、对锅炉的影响非常微小，对新建或锅炉改造项目均易于实施。
2 炉内气气管式换热器技术的工程应用
2.1 工程参数
以某电厂2×1000MW超超临界燃煤机组脱硝模型为例。该电厂采用SCR脱硝，尿素作为还原剂，尿素制氨工艺采用尿素热解炉内气气管式换热器技术。该电厂的脱硝设计参数和性能保证见表1。
2.2 主要设备
脱硝系统包括SCR脱硝系统和还原剂储存、制备、供应系统。SCR脱硝系统主要设备包括烟道、反应器、催化剂、氨喷射系统、吹灰器及控制系统等。还原剂储存、制备、供应系统主要设备包括尿素溶解罐、尿素溶液储罐、尿素溶液循环泵、尿素溶液输送泵，尿素溶液计量分配系统、尿素热解装置等。
表1 相关基本设计参数
2.3 工艺流程
袋装颗粒尿素储存于尿素站储存区，尿素颗粒通过卸料斗送入尿素溶解罐，用去离子水将干的尿素颗粒溶解成40~55%质量分数的尿素溶液，尿素溶液通过尿素溶液循环泵输送到尿素溶液储罐中储存。储罐中的尿素溶液通过尿素溶液供料泵输送到SCR脱硝装置、经由计量与分配装置、雾化喷嘴等进入高温热解室内分解生成NH3、H2O和CO2，热解产物与热风混合均匀后经氨喷射系统喷入脱硝烟道进行SCR脱硝。
2.4 经济性比较
以该电厂脱硝工程为依托，采用炉内气气管式换热器技术，热源来源为炉内气气管式换热器以及辅助电加热器（低负荷工况下补偿热源不足），若采用电加热技术，热源来源为电加热器。经测算得到炉内气气管式换热器和常规电加热器的投资费用和年运行成本，进行经济性比较。
表2 经济性分析
从上表数据可以看出：该电厂采用炉内气气管式换热器的尿素热解方案总投资成本较电加热方案高约300万，但是其运行成本比电加热方案低293万/年，约一年便可回收投资成本，经济效益显著。
结论
（1）电厂脱硝还原剂液氨改尿素迫在眉睫，尿素热解作为成熟的制氨工艺，具有较高的可靠性，对新建或锅炉改造项目均易于实施。
（2）尿素热解炉内气气管式换热器初始投资虽然高于常规电加热器方案，但运行成本较低，长期看来，尿素热解炉内气气管式换热器技术方案经济性更优。
参考文献：
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[2] 艾忠岩，晏顺娟，张向群，等. 1000MW机组锅炉SCR脱硝尿素热解技术研究[J]. 东北电力技术，2017，38（6），9-11..
论文作者:何英萍
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/17
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