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。由于尿素在運輸、儲存及電廠操作方面具有的安全性優(yōu)勢，越來越多的火力發(fā)電廠選用尿素作為脫硝還原劑。尿素熱解制氨工藝成為了煙氣脫硝裝置的核心技術(shù)之一。但是，尿素在熱解過程中，往往伴隨著尿素熱解不充分，導(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)定運行的隱患。
??????? 石景山熱電廠2008年完成了全廠4臺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熱解制氨工藝，將50%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，而尿素熱解所需要的熱量是通過燃用0#輕柴油得到。
??????? 脫銷改造工程竣工投產(chǎn)后在尿素熱解裝置系統(tǒng)中相繼出現(xiàn)以下主要問題：
??????? 1 、脫硝尿素熱解爐在實際運行中，尿素熱解爐及噴射系統(tǒng)內(nèi)均不同程度的出現(xiàn)結(jié)晶、堵塞問題，嚴重時，曾發(fā)生過熱解爐因大面積結(jié)晶堵塞被迫停運的情況。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熱解裝置同樣存在尿素熱解反應(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，由此增加了尿素熱解的能耗與運行費用。尿素熱解反應(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 、尿素熱解裝置運行費用高。單臺熱解爐每年的0#輕柴油消耗量432噸，費用達到350余萬元，石熱電廠4臺脫硝熱解爐每年消耗柴油的成本支出高達約1500萬元。為減少燃油消耗，降低運行成本，石熱電廠根據(jù)現(xiàn)有熱源條件，于2009年自主完成了尿素熱解爐稀釋風源的改造：利用鍋爐高溫熱一次風（280～320℃）替代原稀釋風系統(tǒng)。但是，由于鍋爐使用回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器，鍋爐熱一次風中含塵量較高，在熱解爐改用鍋爐熱一次風后，熱解爐及噴氨管線出現(xiàn)了粉塵沉積、堵塞的問題。使用鍋爐熱風做為熱解爐稀釋風，可以降低運行成本，但由于尿素熱解不充分以及熱風攜帶的粉塵均會堵塞噴氨管線。特別是噴氨格柵的噴氨支管堵塞后，會導(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，進而引起脫硝效率降低、脫硝物料消耗增加等負面影響。氨逃逸量增加還會使鍋爐煙氣系統(tǒng)硫酸氫銨生成量上升，甚至會造成預(yù)熱器堵塞、除塵器電場極板大量粘灰造成電場封閉等后果。因此，尿素熱解不充分以及高含塵量的熱風，均會對煙氣脫硝裝置以及鍋爐主要設(shè)備的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成威脅。
??????? 針對石熱電廠煙氣脫銷系統(tǒng)運行中發(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)系對對尿素熱解系統(tǒng)沉積物的成因及處理對策開展分析和研究。
??????? 通過尿素熱解過程的研究及尿素熱解系統(tǒng)沉積物分析結(jié)果得出以下結(jié)論：
??????? （1）尿素熱解裝置的沉積物主要成份為三聚氰酸；
??????? （2）尿素熱解裝置產(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，使部分異氰酸進一步分解的反應(yīng)條件不夠強烈，影響其進一步與水反應(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)場設(shè)備運行情況，我們針對“反應(yīng)區(qū)域溫度、尿素霧化效果、尿素霧滴在高溫區(qū)的停留時間”三個影響異氰酸分解的主要原因進行了設(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，并在加強了局部防風、防雨性能。采取上述措施后，進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)對大風、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)定霧化風壓力。我們一是將尿素霧化風源由雜用壓縮空氣系統(tǒng)（運行壓力0.35-0.6Mpa）改為儀用壓縮空氣系統(tǒng)（運行壓力0.55-0.6Mpa），改造后霧化風壓力穩(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。我們在霧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，尿素熱解不充分的問題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，我們自主進行尿素噴槍的改良，并研制出新型的霧化噴嘴。