摘要：根据国家的环保政策，火电锅炉烟气脱硝势在必行。尿素作为安全、易于运输和贮存的还原剂，越来越得到广泛的应用。通过尿素热解制氨，具有响应时间快、无环境风险和腐蚀困扰、本质安全等技术优势，很好地满足了SCR系统的要求。文中介绍了尿素热解制氨技术在国华锦界能源有限责任公司600MW机组上的工程应用，取得了良好效果。

　　SCR（选择性催化还原反应）是国际上应用最广泛的烟气脱硝技术，具有反应温度较低、脱硝效率高、运行可靠及二次污染小等特点，成为控制煤粉锅炉烟气中NOX的首选方法。

　　1 SCR还原剂的选择

　　SCR（选择性催化还原反应）技术原理是在催化剂的作用下，通过加入氨（NH3）作为还原剂，将烟气中的NOX还原为无害的N2。SCR技术中NH3的来源有三种：液氨、氨水和尿素。

　　液氨作为还原剂，技术成熟，系统简单，投资低，但存在一定的危险性。氨属化学危险品分类中的2.3类，在职业性接触毒物危害程度分级为Ⅳ（轻度危害），为易爆、有毒、可燃物质。按照国家对重大危险源辨识规定《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2009），若单元中有超过10t的氨（定义为毒性气体）属于重大危险源。

　　氨水作为还原剂，由于其工艺需将氨水中近80%的水分蒸发掉，故其运行能耗较高，同时由于其单位质量氨气所需原料量在三种还原剂中是最大的，故其储存和运输成本最高。其安全性介于液氨系统和尿素系统之间。目前国内仅在个别燃气机组烟气脱硝中采用了氨水系统，在燃煤机组中鲜有应用业绩。

　　尿素是一种稳定、*的固体物料，对人和环境均无害。具有安全性高、*性、易于运输和贮存等特点。尿素制氨技术在2007年引入我国以来，应用比例逐年扩大，特别是在国产技术成功运行以后，很多发电集团公司主导发展自主知识产权和安全的环保理念，尿素SCR得到越来越广泛的认可和应用。2012年，尿素SCR项目约占SCR项目10~12%，并有明显上升趋势，新建机组的应用比例更是显著高于改造机组，甚至一些已经投运的液氨SCR项目考虑到安全风险和环境风险而进行尿素SCR改造，预计未来几年，尿素SCR的占比会有2~3倍的大幅增长。

　　尿素制氨技术一般采用热解法和水解法。热解法是直接快速加热雾化后的尿素溶液进行分解，水解法是将尿素以水溶液的形式加以分解。全面对比尿素热解和水解技术后发现，热解技术比水解技术具有一定的优势，尤其是在运行响应时间和防腐蚀方面﹝2-4﹞。

　　各种还原剂的对比见表1。

　　表1    还原剂对比表

　　尿素的分子式为CO(NH2)2，无色或白色针状或棒状结晶体，吸湿性较强，易溶于水、醇，不溶醚、氯仿。呈微碱性，可与酸作用生成盐。对热不稳定，加热至150-160℃将脱氨成缩二脲和少量的聚合物；在320ºC时，尿素，缩二脲和三聚氰胺全部分解，快速加热将完全分解为氨气和二氧化碳。

　　主要反应式：

　　CO(NH2)2 = NH3 + HNCO                  

　　HNCO + H2O = NH3 + CO2

　　2.1热解制氨工艺流程

　　尿素热解制氨SCR与液氨SCR具有同等的脱硝性能。首先将尿素在溶解系统中用除盐水（或冷凝水）配置成质量浓度为40-60%的尿素溶液，然后将溶液送至储罐储存。通过循环装置将部分尿素溶液输送给计量和分配装置，由喷射器喷入热解炉。热解炉利用300-650℃高温空气对雾化的尿素溶液进行加热分解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释空气混合均匀进入SCR的喷氨系统。

　　2.2 工艺特点

　　尿素热解制氨工艺具有以下特点：操作简单可靠，维护工作量小，跟踪机组负荷能力强，响应时间短，热解室为常压容器，不产生中间聚合物，无氨泄漏，不存在安全隐患，不需要防火和安全间距，占地面积小。

　　3 尿素热解制氨在国华锦界发电有限公司600MW机组SCR的应用

　　3.1 项目概况

　　陕西国华锦界煤电工程 3#600MW 机组电厂位于陕西省榆林市神木县锦界神府经济开发区内，于2007年12月22日投产发电。

　　3#锅炉为上海锅炉厂有限公司设计和生产的产品，为600MW亚临界锅炉，配用中速磨煤机正压直吹式制粉系统，单炉膛Π型露天布置，全钢悬吊结构，采用四角切向燃烧方式。为满足环保要求，对3#锅炉将增加SCR脱硝装置，使用尿素作为还原剂。

　　3.1.1脱硝系统入口烟气参数

　　表2   省煤器出口烟气成分　　

　　表3    锅炉不同负荷时的省煤器出口烟气量和温度

　　3.1.2热一次风参数

　　BMCR工况：温度：306℃   压力：约9600Pa

　　30%BMCR工况：温度：232℃  压力：约8000 Pa

　　3.1.3 尿素品质

　　尿素品质符合GB2440-2001中工业或农用等级的合格尿素。

　　3.1.4 

　　水源参数

　　3.1.5 辅助系统设计参数

　　仪用压缩空气气源参数0.8MPa，接口处约0.4MPa～0.6MPa，最高温度为50℃。

　　3.2尿素热解制氨系统

　　作为国华电力首个使用尿素作为还原剂的SCR项目，选择国内某公司的自主知识产权的尿素热解制氨技术，系统氨需量50kg/h~205kg/h，满足锅炉30%BMCR工况和100%BMCR工况之间的任何负荷运行，并能适应机组的负荷变化和机组启停次数的要求。

　　尿素热解法制氨系统将尿素溶液经由计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解器内分解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释空气混合均匀产生氨气浓度小于5%的混合气并喷入脱硝系统。包括计量和分配装置、尿素热解炉（内含喷射器）、稀释风加热系统及控制装置等。

　　图1    尿素热解系统流程图

　　主要设备装置包括：

　　（1）计量分配装置

　　计量/分配装置是尿素热解工艺主要的用于精确测量并控制输送到每个喷射器的尿素溶液的装置。每台炉设置1套计量分配装置，用于控制每只尿素溶液喷射器的流量及雾化和冷却空气的压力和流量，计量分配装置布置在热解炉附近。该装置通过使用一个尿素溶液流量调节阀来为进入热解炉的喷射器提供反应剂。该装置将响应电厂DCS提供的反应剂需求信号并提供本地控制箱。分配模块通过尿素溶液流量控制和区域压力控制阀门来控制通往多个喷射器的尿素溶液和雾化空气的喷射速率。空气和尿素溶液量通过这个装置来进行调节以得到适当的气/液比并最终得到最佳的SCR反应剂。

　　（2）尿素热解炉

　　每台锅炉设一套尿素溶液尿素热解炉。尿素热解炉设计供氨能力为205kg/h。雾化后喷入尿素热解炉，在高温热风条件下，尿素液滴分解成NH3、H2O、CO2。

　　稀释风采用锅炉热一次风。热一次风经过电加热器加热后送入尿素热解炉。

　　热解炉是一个加固的管道或反应器，在所要求的温度下，热解炉提供了足够的停留时间以确保尿素到氨的转化率。

　　热解炉喷射组件设计安装在热解炉上，每个热解炉配6只喷射器。喷射器布置在热解炉的周围。喷射器将根据在热解炉内获得合适的尿素雾化和分布所需要的流量和压力，来确定其大小和特性。所设计的喷射器装置带密封组件，能阻挡任何高温气体回流到空气中，以方便在线检查或检修喷射器。

　　（3）计量/分配装置和热解炉控制

　　计量/分配装置和尿素热解炉的控制纳入单元机组锅炉DCS系统。

　　（4）电加热器

　　尿素热解采用锅炉一次高温空气，一次风设计值（应考虑BMCR和30%BMCR工况下不同的温度、压力参数）为5700Nm3/Hr。用电加热器将高温空气加热到约600℃，每台炉的电加热器总额定功率为750kW，电加热器分组设置，能够随锅炉负荷变化而调节。尿素热解炉及加热器充分考虑了热一次风含尘对装置的影响，并采取有效的防尘防磨防腐措施。电加热器保证出口温度不高于650℃，并能根据热负荷变化自动调节电功率。

　　（5）水冲洗系统

　　尿素溶液管道上设置完善的水冲洗系统，确保各分支管路及计量分配模块整套停运时，各个分支管路能够自动、独立的进行冲洗，防止残余的尿素溶液在管道内结晶。冲洗水采用除盐水。

　　（6）泵、管道、阀门等与尿素接触的设备的材料均为304不锈钢。

　　（7）保温及伴热系统

　　3.3 物料消耗

　　表5    3#机组SCR尿素热解系统设计物料消耗表

　　3#机组尿素SCR装置从2012年3月开始调试，2013年4月9日完成168考核试运行，系统运行良好，NOX排放控制在65mg/Nm3以下，各项技术指标达到设计和合同的要求。

　　通过3#机组尿素SCR的成功运行，在还原剂运输、储存及使用方面得到了安全保障，SCR脱硝系统运行稳定，为国华电力其它机组脱硝改造的还原剂选择提供了成功的经验，必将在今后取得更多的应用。目前国华锦界发电有限公司1#、2#、4#机组的SCR脱硝改造工程项目，也将使用尿素热解制氨技术。——焦体华 国华锦界能源有限责任公司，陕西 719319。