基于SCR烟气脱硝的尿素热解系统节能改造.docx

基于SCR烟气脱硝的尿素热解系统节能改造针对SCR烟气脱硝尿素热解系统电加热器能耗高、运转成本大的弊端提出1种采用高温烟气换热器代替电加热器的方法。以国内某台1000MW超超临界机组为例通过试验分析了烟气温度、烟气流量、尿素消耗量对高温烟气换热器的影响提出了高温烟气换热器的控制策略。试验表明采用烟气换热器可大幅降低电厂用电量节约运转费用经济效益明显。随着我国脱硝排放标准的日益严格选择性催化还原法（SCR）在燃煤机组已经得到广泛应用。在现有的SCR烟气脱硝技术中还原剂主要有尿素、氨水和液氨3种。氨水和液氨具备强烈腐蚀性运输与储存均有较大的安全隐患因此尿素作为一种安全的还原剂得到了广泛的运用但常规的加热器热解的方式能耗较高为此本文提出一种利用高温烟气加热热一次风作为尿素热解热源的方法可为SCR尿素热解系统经济运转提供借鉴。1尿素热解技术1.1工艺原理SCR烟气脱硝中尿素热解反应是将质量分数为40%~50%尿素溶液喷入热解炉在温度为350~650℃的热一次风下尿素溶液蒸发析出尿素生成NH3和CO2。总方程式为：1.2尿素热解技术SCR尿素热解的关键就是热源目前常用的尿素热解用热源主要有电加热、燃油加热、烟气换热等。1.2.1电加热热一次风通过电加热器加热热一次风（300℃左右）作为尿素热解用热源是当前国内燃煤机组常用的方法（见图1所示）锅炉一次风自身压头较大不需增设其他设备系统整体比较简单。但是该技术能耗较高1000MW机组电加热功率为1200kW左右运转成本较大。图1尿素热解电加热示意图1.2.2燃油加热燃油加热可以直接通过火炬燃烧燃油并混合一定的冷风使热烟气的温度达到600℃左右。本系统最为简单但因为柴油价格高因此加热成本比电加热还高基本上不再采用。1.2.3烟气换热以锅炉的高温烟气对热一次风进行加热是一种比较节能的加热方式本职置式烟气换热和外置式烟气换热2种结构见图2、图3所示。图2尿素热解内置式烟气换热示意图图3尿素热解外置式烟气换热示意图内置式烟气加热就是把高温烟气换热器受热面布置在锅炉高温烟道内使热一次风升到600℃的高温然后进入热解室将尿素溶液热解成氨气。内置式结构需要锅炉烟道内有安装空间。烟气换热器通常安装在低温过热器或低温再热器的前面烟气温度在600~700℃。对新建机组采用该方式较容易但同时需要考虑热膨胀、磨损、积灰等问题。外置式烟气加热就是单独在外面设置1个烟气换热器用管道将650~750℃的高温烟气从烟道过热器或再热器处引出换热后再返回空气预热器入口。这一部分烟气未参与脱硝但因为烟气量很小对最终的烟气排放浓度影响仅为1~2mg/m3而且施工方便使用期限长成为目前的主流形式。2应用实例以国内某台1000MW超超临界机组为例对外置式烟气换热器节能效果进行试验分析。该机组原来采用电加热器SCR进行尿素热解后改造为外置式烟气换热器。2.1设备概况SCR还原剂采用尿素热解法制备工艺首先将尿素颗粒溶解成质量分数50%的尿素溶液并输送至尿素溶液储存罐其次通过高流量循环泵将尿素溶液加压输送至尿素溶液计量分配装置并雾化喷入热解炉。热解炉内尿素溶液雾化液滴在一定温度下热解成氨混合物。最后氨混合物通过喷氨格栅注射到SCR入口烟道烟气中。脱硝装置入口烟气参数见表1所示。表1脱硝装置入口参数2.2烟气换热器系统热解炉热源利用锅炉高温再热器后、低温再热器入口的水平烟道处约640℃的高温烟气通过烟气换热器系统加热一次风以满足尿素热解保证运转中热解炉出口温度不低于342℃。2.3试验方法在负荷稳定、脱硝装置正常投运的条件下投运烟气换热器对热解炉出口、烟气入口和出口、一次风入口和出口5个测点参数进行测量。3试验结果与分析3.1烟气流量对出口风温的影响在机组负荷、入口热一次风量、入口烟气温度、入口热一次风温稳定的条件下改变换热器烟气流量每个试验工况稳定3h测量不同烟气流量下出口热一次风温度得到表2的结果。从表2可以看出在机组负荷稳定情况下随着入口烟气流量的升高出口热一次风温度相应增大这是因为入口烟气携带较多的热量与热一次风有了更多的热量交换从而使得出口热一次风温度提高。表2烟气流量对出口热一次风温度的影响3.2入口烟温对出口风温的影响入口烟气温度不同时入口热一次风风量、入口热一次风温度、入口烟气流量出口热一次风温度的数据如表3所示。表3入口烟气温度对出口热一次风温度的影响情况从表3可知随着入口烟气温度的降低热一次风出口风温相应降低这是因为入口烟气携带的热量降低同热一次风交换的热量减少导致出口烟气温度降低。3.3尿素量对热解炉出口风温的影响在机组负荷、热一次风量、换热器出口热一次风温度稳定的情况下改变机组总尿素量测量热解炉出口风温结果如表4所示。表4尿素量对热解炉出口风温的影响随着总尿素量相应降低热解炉出口风温相应提高。这是因为尿素热解需要的热量