麦电网讯：本文介绍了锅炉高温旁路烟道内尿素热解制氨工艺，针对唐山热电烟气脱硝节能升级改造项目，具体分析高温旁路烟道尿素热解制氨的工艺流程、创新点、关键技术、运行情况及经济性，结果表明此工艺系统性能可靠，运行稳定，各项指标均满足排放标准。工程化的成功应用预示着旁路烟道尿素热解制氨技术将成为国内烟气脱硝减排行业的一次重大变革。

1引言

现有尿素直喷技术将尿素溶液喷向锅炉尾部烟道或锅炉转向室，稀释后的尿素溶液将过多的水带入了锅炉，将影响锅炉效率，且对于炉内空间不足的锅炉，若尿素溶液还未分解完全就喷到锅炉受热面上，长时间会腐蚀受热面。另外，由于各种锅炉的结构和烟温差异（如塔式炉、尾部双烟道锅炉等没有合适的空间或没有合适的温度区间喷氨），因此炉内直喷尿素热解制氨技术普适性差，无法在各类型锅炉、各工况条件下可靠使用。

为克服以上脱硝制氨系统的工艺缺陷，提出了一种高温旁路烟道内尿素热解制氨工艺，节约炉外热解的电加热器电耗，解决低负荷脱硝烟温不足的难题，实现全负荷节能安全脱硝，并且能提供更大的氨气产量，确保超低排放脱硝工程的稳定运行。

2旁路烟道尿素热解制氨工艺路线

2.1基本原理

一定浓度的尿素溶液，以热烟气作为热源，尿素溶液在400-600℃烟气中快速分解生成氨气作为脱硝还原剂。尿素热解的化学反应式为：

CO（NH₂）₂=NH₃+HNCO

HNCO+H₂O=NH₃+CO₂

2.2工艺流程

高温旁路烟道入口设置在具有合适温度区间的锅炉尾部烟道侧壁，旁路烟道出口与SCR反应器入口烟道相连通。在尿素溶液制备系统中制备一定浓度的尿素溶液，尿素溶液计量后输送至设置于旁路烟道上的尿素溶液喷射器，喷射器喷出的尿素液滴与烟气混合，利用高温烟气热量（400-600℃）将尿素溶液迅速分解为氨气。

通过设置于旁路烟道出口的特殊喷氨装置使稀氨气与烟气更加均匀地在脱硝入口烟道内混合，之后进入装有催化剂的SCR反应器。在催化剂作用下，氨气与烟气中的氮氧化物发生反应，生成无害的氮气和水。

1—旁路烟道入口，2—低温过热器，3—省煤器，4—旁路烟道，5—飞灰挡板，6—旁路烟道调节阀，7—膨胀节，8—尿素溶液计量分配装置，9—尿素溶液喷射器，10—旁路烟道出口，11—特殊喷氨装置

图1高温旁路烟道内尿素热解制氨系统图

旁路烟道尿素热解系统可作为电厂现有脱硝制氨系统的备用系统，在低负荷SCR反应器入口温度低于催化剂使用温度或现有制氨系统无法满足制氨量需求时切换使用。

2.3工艺创新点

（1）与传统尿素热解、水解制氨工艺相比，此工艺技术可利用锅炉烟气热量对尿素溶液进行加热分解，节省大量高品质能源。取消电加热器、绝热分解室等设备，大大简化了系统设备，大幅降低运行费用。

（2）当锅炉处于低负荷运行，SCR反应器入口温度低于催化剂的使用温度时，可以增大旁路烟道高温烟气的抽取量，通过抽取高温烟气与SCR入口的烟气混合，使低负荷时SCR入口处烟气温度达到最低喷氨温度要求，实现锅炉全负荷烟气脱硝。同时旁路烟道的尿素溶液喷射量比传统热解系统有更大的设计余量，能提供更大的氨气量进入SCR反应器，确保超低排放脱硝工程的稳定运行。

（3）具有普适性，适用于煤粉炉、塔式炉、链条炉、CFB炉等存在将高温烟气取出及放置旁路烟道空间的所有炉型。

（4）旁路烟道尿素热解制氨工艺将尿素溶液喷入旁路烟道中，借用高温烟气热量将尿素溶液分解为氨气，避免了炉内尿素直喷工艺中尿素液滴对受热面造成腐蚀、尿素溶液过多的水带入锅炉影响锅炉效率。

2.4关键技术

（1）温度控制技术：根据锅炉实际运行数据及温升要求，数值模拟后得到适合温度的高温烟气取出点。

（2）流量控制技术：整个系统实现自动调节控制，流量控制更加精准、灵活；采用压缩空气和尿素溶液两相流喷射装置，雾化效果更好易于尿素溶液小液滴受热分解，覆盖更均匀。

（3）烟气混合控制技术：由数值模拟技术及特殊的喷氨混合技术实现氨气与烟气的充分均匀混合。根据锅炉与反应器之间的烟道实际布置情况，采用合适的流场混合技术，设计能够满足催化剂入口对烟气/氮氧化物/氨气等主要气体浓度均匀性要求的混合装置。

3工程化应用

3.1项目介绍

大唐国际唐山热电2号机组脱硝尿素热解系统节能升级改造项目，为1025t/h亚临界、自然循环、一次中间再热汽包炉，采用单炉膛平衡通风、四角切圆燃烧方式，设计燃料为烟煤。工程采用在现有一套传统炉外尿素热解装置的基础上，增设一套“并行”的节能高温烟气旁路烟道尿素热解制氨装置。

该装置的性能指标按照入口NOx浓度约400mg/m3，NOx排放浓度＜50mg/Nm3设计，旁路烟道系统温度必须在50%至100%锅炉工况下均满足尿素热解所需温度，脱硝系统入口烟气参数如表1所示。

表1脱硝系统入口烟气参数

3.2优化设计

通过几何建模、模型试验、CFD计算对该项目脱硝系统低负荷工况进行优化，分别计算烟道内压力场、速度场、烟道内温度场以及烟道内氨浓度场分析主烟道内阻力、温升及主烟道内氨浓度分布情况，结果如图2-图5。

图2速度矢量图

图3压力云图

图4温度云图

图5NH3浓度云图

根据锅炉与反应器之间的烟道实际布置情况并结合流场混合技术，设计出适合此项目的混合装置——套管式混合器。混合器设置与旁路烟道末端，采用渐进式管道，分两组套管，每根套管分三层插入主烟道中。优化后每根套管都有特殊的尺寸，通过管道的变径达到混合均匀，主烟道内导流板稍有调整。旁路烟道靠近其出口的位置还设置有膨胀节，吸收旁路烟道在温度变化下的形变。

针对该项目烟气流速分布、温度分布、NOx/NH3分布、烟气入射角等参数优化设计旁路支管的位置、直径变化及导流装置，如图6所示，使以上参数达到性能保证要求，如表2所示。

表2CFD流场优化设计结果

图6烟道改造示意图

3.3运行情况

唐山热电脱硝尿素热解系统节能升级改造项目于2016年12月完成旁路烟道尿素热解系统连续试运。整套试运过程中，旁路烟道全部系统投入自动运行，试运稳定、可靠，运行效果参数如表3所示，试运期间各项指标满足环保达标的要求，并达到超净排放。

表3改造后脱硝系统参数

图7唐山热电高温烟气旁路烟道尿素热解制氨脱硝系统运行画面

3.4经济效益分析

以唐山热电项目为例，供氨量153kg/h，采用高温旁路烟道尿素热解制氨系统后，节约了电加热器电耗，并减少尿素热解热风消耗量5000Nm3/h，尿素消耗量基本保持不变，如表4所示。

表4不同尿素热解制氨系统的参数对比

4、结语

采用高温旁路烟道内尿素热解制氨工艺，利用高温烟气热量将尿素溶液分解为氨气，即避免了炉内尿素直喷热解制氨技术中尿素液滴对受热面造成腐蚀及对锅炉效率的影响，又利用高温烟气进行尿素热解，节约了电加热器的电耗，降低了烟气脱硝的成本，达到良好的经济效益，又能够实现系统的稳定运行，设备投用率高，各项指标均满足排放标准。至今国内外并无此方面的相关研究及应用，高温旁路烟道尿素热解制氨技术的研发将成为整个脱硝行业的一次重大变革。