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尿素?zé)峤庵瓢惫に嚨陌踩\(yùn)行與節(jié)能優(yōu)化 目前在眾多的火力發(fā)電廠脫硝技術(shù)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(yīng)用最為廣泛的兩種技術(shù)。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(yīng)用最為廣泛。由于尿素在運(yùn)輸、儲(chǔ)存及電廠操作方面具有的安全性優(yōu)勢(shì)，越來越多的火力發(fā)電廠選用尿素作為脫硝還原劑。尿素?zé)峤庵瓢惫に嚦蔀榱藷煔饷撓跹b置的核心技術(shù)之一。但是，尿素在熱解過程中，往往伴隨著尿素?zé)峤獠怀浞?，?dǎo)致熱解系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)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(yùn)行的隱患。 石景山熱電廠2008年完成了全廠4臺(tái)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燃燒器與SCR相結(jié)合的技術(shù)措施。其中，脫硝還原劑采用尿素?zé)峤庵瓢惫に?，?0%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)350~600℃的環(huán)境下迅速完成分解制NH3過程，而尿素?zé)峤馑枰臒崃渴峭ㄟ^燃用0#輕柴油得到。 脫銷改造工程竣工投產(chǎn)后在尿素?zé)峤庋b置系統(tǒng)中相繼出現(xiàn)以下主要問題： 1、脫硝尿素?zé)峤鉅t在實(shí)際運(yùn)行中，尿素?zé)峤鉅t及噴射系統(tǒng)內(nèi)均不同程度的出現(xiàn)結(jié)晶、堵塞問題，嚴(yán)重時(shí)，曾發(fā)生過熱解爐因大面積結(jié)晶堵塞被迫停運(yùn)的情況。經(jīng)調(diào)研，在北京、上海、深圳、河北、山西等地，很多電廠使用的尿素?zé)峤庋b置同樣存在尿素?zé)峤夥磻?yīng)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?zé)峤獾哪芎呐c運(yùn)行費(fèi)用。尿素?zé)峤夥磻?yīng)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?zé)峤庋b置運(yùn)行費(fèi)用高。單臺(tái)熱解爐每年的0#輕柴油消耗量432噸，費(fèi)用達(dá)到350余萬元，石熱電廠4臺(tái)脫硝熱解爐每年消耗柴油的成本支出高達(dá)約1500萬元。為減少燃油消耗，降低運(yùn)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?zé)峤鉅t稀釋風(fēng)源的改造：利用鍋爐高溫?zé)嵋淮物L(fēng)（280～320℃）替代原稀釋風(fēng)系統(tǒng)。但是，由于鍋爐使用回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器，鍋爐熱一次風(fēng)中含塵量較高，在熱解爐改用鍋爐熱一次風(fēng)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(fēng)做為熱解爐稀釋風(fēng)，可以降低運(yùn)行成本，但由于尿素?zé)峤獠怀浞忠约盁犸L(fēng)攜帶的粉塵均會(huì)堵塞噴氨管線。特別是噴氨格柵的噴氨支管堵塞后，會(huì)導(dǎo)致SCR噴氨格柵氨氣/煙氣配比失衡，SCR反應(yīng)器局部氨逃逸率增大，進(jìn)而引起脫硝效率降低、脫硝物料消耗增加等負(fù)面影響。氨逃逸量增加還會(huì)使鍋爐煙氣系統(tǒng)硫酸氫銨生成量上升，甚至?xí)斐深A(yù)熱器堵塞、除塵器電場(chǎng)極板大量粘灰造成電場(chǎng)封閉等后果。因此，尿素?zé)峤獠怀浞忠约案吆瑝m量的熱風(fēng)，均會(huì)對(duì)煙氣脫硝裝置以及鍋爐主要設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。 針對(duì)石熱電廠煙氣脫銷系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生的問題，我們組織專業(yè)技術(shù)人員與北京科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院化學(xué)系對(duì)對(duì)尿素?zé)峤庀到y(tǒng)沉積物的成因及處理對(duì)策開展分析和研究。 通過尿素?zé)峤膺^程的研究及尿素?zé)峤庀到y(tǒng)沉積物分析結(jié)果得出以下結(jié)論： （1）尿素?zé)峤庋b置的沉積物主要成份為三聚氰酸； （2）尿素?zé)峤庋b置產(chǎn)生沉積物的原因是局部反應(yīng)環(huán)境溫度過低。 脫硝熱解及噴氨系統(tǒng)產(chǎn)生結(jié)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HNCO(異氰酸)后，出現(xiàn)局部溫度快速下降，使部分異氰酸進(jìn)一步分解的反應(yīng)條件不夠強(qiáng)烈，影響其進(jìn)一步與水反應(yīng)生成NH3和CO2，而是發(fā)生聚合反應(yīng)形成顆粒并在系統(tǒng)內(nèi)沉降，即形成結(jié)晶。結(jié)合石熱電廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況，我們針對(duì)“反應(yīng)區(qū)域溫度、尿素霧化效果、尿素霧滴在高溫區(qū)的停留時(shí)間”三個(gè)影響異氰酸分解的主要原因進(jìn)行了設(shè)備優(yōu)化改造。 1提高保溫質(zhì)量 將熱解爐出口至噴氨格柵的沿程管道及設(shè)備保溫厚度由25mm增加50mm，并在加強(qiáng)了局部防風(fēng)、防雨性能。采取上述措施后，進(jìn)入噴氨格柵前的熱解氣體溫度普遍提高了15℃，原來露天布置的噴氨格柵應(yīng)對(duì)大風(fēng)、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(yīng)環(huán)境溫度過低出現(xiàn)結(jié)晶堵塞的問題。 2提高尿素溶液霧化質(zhì)量 （1）穩(wěn)定霧化風(fēng)壓力。我們一是將尿素霧化風(fēng)源由雜用壓縮空氣系統(tǒng)（運(yùn)行壓力0.35-0.6Mpa）改為儀用壓縮空氣系統(tǒng)（運(yùn)行壓力0.55-0.6Mpa），改造后霧化風(fēng)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(zhì)，避免噴嘴堵塞。我們?cè)陟F化壓縮空氣管道上加裝了高精度三重（除水、油、雜質(zhì)）空氣過濾器，用于去除壓縮空氣中的雜質(zhì)，提高霧化空氣品質(zhì)，并將過濾器至尿素噴槍的管道全部更換為不銹鋼材質(zhì)，徹底解決了壓縮空氣中攜帶雜質(zhì)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(zhì)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?zé)峤獠怀浞值膯栴}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(jìn)行尿素噴槍的改良，并研制出新型的霧化噴嘴。新型噴嘴采用大氣液混合室設(shè)計(jì)，增加了氣液兩相混合的時(shí)間與空間，在混合室內(nèi)霧化空氣對(duì)尿素溶液的擾動(dòng)增強(qiáng)，尿素溶液與霧化空氣混合更為均勻。設(shè)計(jì)更為合理的霧化噴孔內(nèi)徑，提高混合液初始噴射流速，使氣液混合流得到二次霧化，徹底解決了尿素溶液霧化效果差的問題。同時(shí)，對(duì)霧化噴嘴的噴射夾角進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，適當(dāng)?shù)膰娚涓采w面，可以避免尿素溶液直接噴射到熱解爐內(nèi)壁上，解決了熱解爐內(nèi)壁形成“低溫區(qū)”產(chǎn)生結(jié)晶物問題，并避免了多支尿素噴槍噴射面相互重疊形成“交叉覆蓋”產(chǎn)生大液滴的問題。 該尿素霧化裝置具有以下特點(diǎn)： （1）超大混合室設(shè)計(jì)，確保尿素溶液與霧化源充分混合； （2）優(yōu)化設(shè)計(jì)霧化噴射角； （3）超音速霧化噴射流速。氣-液兩相流通過霧化噴孔的流速達(dá)到655～786m/s，超音速噴射流速使氣、液兩相流體二次混合更為充分、霧化更徹底。 （4）生產(chǎn)制造成本低。新型霧化噴嘴采用316L不銹鋼材料制造，每只噴嘴制作成本為400元，僅為進(jìn)口同類產(chǎn)品價(jià)格的1/10。 該技術(shù)2012年獲首都職工自主創(chuàng)新成果三等獎(jiǎng)，2013年獲得國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利。專利編號(hào)ZL201320800389.9。 石熱電廠自2012年開始應(yīng)用優(yōu)化改良的尿素噴槍，歷經(jīng)2年多的時(shí)間考驗(yàn)，4臺(tái)機(jī)組熱解爐及噴氨管道沿程均未出現(xiàn)三聚氰酸結(jié)晶，尿素?zé)峤庀到y(tǒng)結(jié)晶堵塞的問題得到了徹底根治。 3、針對(duì)2009年為了節(jié)能降耗，將尿素?zé)峤鉅t稀釋風(fēng)源改造為利用鍋爐高溫?zé)嵋淮物L(fēng)（280～320℃）替代原稀釋風(fēng)系統(tǒng)而導(dǎo)致的熱解爐及噴氨管線出現(xiàn)粉塵沉積、堵塞的問題，石景山熱電廠成功研制、開發(fā)適用于高溫環(huán)境的多管式旋風(fēng)除塵器裝置，去除熱一次風(fēng)粉塵。采用該套除塵裝置投運(yùn)后，一舉解決了粉塵堵塞、磨損噴氨系統(tǒng)的問題。該除塵裝置具有以下主要特點(diǎn)： 1)除塵性能穩(wěn)定，對(duì)鍋爐熱一次風(fēng)攜帶粉塵（粒徑＜20μm）除塵率大于85%； 2)耐高溫，可在300～350℃高溫環(huán)境下長周期穩(wěn)定運(yùn)行； 3)耐磨損，采用耐磨材質(zhì)制造，具有高耐磨、耐酸腐蝕性； 4)壓損小，除塵器整體阻力＜500Pa； 5)投資費(fèi)用低，成本回收周期短。熱一次風(fēng)除塵裝置設(shè)備投資費(fèi)用不足30萬元，投資回收周期僅需要3個(gè)月。 該技術(shù)2013年獲首都職工自主創(chuàng)新成果二等獎(jiǎng)。并獲得國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利，專利編號(hào)ZL201320792168.1。 目前，該裝置在石熱電廠連續(xù)運(yùn)行已達(dá)到一年，經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)，可以有效的減少熱風(fēng)中塵含量，預(yù)防和避免脫硝噴氨系統(tǒng)的堵塞。 4、完善輔助設(shè)施，細(xì)化維護(hù)制度 （1）脫硝系統(tǒng)噴氨格柵小聯(lián)箱加裝一路吹掃風(fēng) 在檢修中發(fā)現(xiàn)噴氨格柵噴嘴處積灰嚴(yán)重，有些噴嘴已在運(yùn)行中被灰堵死，容易造成噴氨不均布，使氨逃逸增加。我們?cè)趪姲备駯判÷?lián)箱上加裝一路吹掃風(fēng)，可以達(dá)到在線吹掃小聯(lián)箱及噴氨槍管的目的。 （2）熱解爐溫度測(cè)點(diǎn)改進(jìn)和完善。對(duì)熱解爐本體的三只溫度測(cè)點(diǎn)（不耐高溫，長時(shí)間運(yùn)行容易燒彎，顯示不準(zhǔn)確）進(jìn)行了改進(jìn)，更換了耐高溫的剛玉測(cè)點(diǎn)，能夠保障長周期穩(wěn)定運(yùn)行；并在熱解爐底部增加了壁溫測(cè)點(diǎn)，便于實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)峤馐覝囟葓?chǎng)變化，為分析熱解爐內(nèi)部燃燒及結(jié)晶情況提供了數(shù)據(jù)參考。 （3）制定細(xì)致的定期工作制度。石熱電廠針對(duì)尿素?zé)峤庀到y(tǒng)所暴露出的問題，制定《尿素噴槍定期試驗(yàn)制度及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》、《脫硝SCR均布測(cè)試方法及定期試驗(yàn)制度》、《脫硝AIG定期檢驗(yàn)制度》等一系列制度。通過細(xì)致、完善的定期工作制度，保證了尿素?zé)峤庖约皣姲毕到y(tǒng)長期處于良好的工作狀態(tài)。 通過以上一系列的設(shè)備、系統(tǒng)及管理改進(jìn)，使我公司鍋爐脫硝尿素?zé)峤庋b置達(dá)到了安全、可靠的長周期運(yùn)行的目的。同時(shí)利用電廠煙氣余熱，一臺(tái)機(jī)組尿素?zé)峤鉅t每年減少0#輕柴油消耗180余噸，柴油消耗量降幅達(dá)36.78%，年節(jié)約成本約140余萬元。 以2013年6月在石熱電廠4號(hào)機(jī)組脫硝熱解爐進(jìn)行應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例。熱解爐使用熱一次風(fēng)作為稀釋風(fēng)后，熱解爐稀釋風(fēng)溫度由145℃提高至275℃，每小時(shí)燃油量由59.07kg/h降至36.67kg/h,熱解爐平均燃油消耗量減少了22.04kg/h，降幅達(dá)到37.93%。4號(hào)爐脫硝熱解爐當(dāng)月節(jié)油量為16.132噸。 結(jié)束語 當(dāng)前，國內(nèi)在尿素?zé)峤庵瓢惫に嚨难芯颗c應(yīng)用上仍處于起步階段，相關(guān)領(lǐng)域的研究和可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)很少。石熱電廠通過對(duì)尿素?zé)峤膺^程中副產(chǎn)品的解剖分析，有助于相關(guān)環(huán)保技術(shù)公司以及應(yīng)用單位對(duì)脫硝熱解反應(yīng)過程易發(fā)生的問題有更清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)消化吸收及應(yīng)用推廣尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)具有一定推動(dòng)作用。在控制、消除尿素?zé)峤膺^程中副產(chǎn)品方面，通過應(yīng)用自主改良研發(fā)的尿素噴槍，提高尿素溶液霧化效果，提高尿素利用率，避免尿素?zé)峤膺^程中的副產(chǎn)品生成，有效的提高了脫硝裝置運(yùn)行安全、可靠性。為國內(nèi)尿素?zé)峤庵瓢惫に嚨膽?yīng)用單位提供了大量的可借鑒經(jīng)驗(yàn)，推廣后，對(duì)提高國內(nèi)尿素?zé)峤庵瓢惫に嚨臒煔饷撓跹b置運(yùn)行安全可靠性具有積極作用。 在尿素?zé)峤庋b置應(yīng)用鍋爐熱一次風(fēng)方面，充分考慮鍋爐熱一次風(fēng)含塵對(duì)脫硝熱解系統(tǒng)的影響，并率先考慮應(yīng)用多管式除塵器去除鍋爐熱一次風(fēng)粉塵，為解決尿素?zé)峤庋b置使用鍋爐熱一次風(fēng)的負(fù)面影響找到了一條可行之路。 第 7 頁 共 7 頁