[發明專利]一種利用高溫煙氣余熱的節能型尿素熱解系統及控制方法

在審

• 申請號: 201710652587.8
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107442043A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 虞上長;李文華;翁忠華;彭福仁;王杰;陳國權;尚秀元;楊明花;翁獻進;楊建國;樊立安;蔣新偉
• 申請（專利權）人: 浙江浙能溫州發電有限公司
• 主分類號: B01J6/00
• 分類號: B01J6/00;C01C1/08;F23J15/06
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙)33230
• 代理人: 曹紹文

技術領域

本發明專利涉及火電廠尿素熱解脫硝系統，具體為一種利用高溫煙氣余熱的節能型尿素熱解系統。

背景技術

目前，國內大型發電廠煙氣脫硝主要采用選擇性催化煙氣脫硝技術（SCR），其化學反應機理比較復雜，但主要的反應是NH₃在一定的溫度和催化劑作用下，選擇性地把煙氣中的NOx還原成N₂和H₂O等，目前最常用的還原劑制備方案一般有3種：液氨法、氨水法和尿素法。

采用液氨法，具有投資少，運行費用較低等優點。但其在儲存和制備系統在安全、消防和環保等方面需滿足相關的規范，對電廠的日常運行和管理需按二級重大危險源要求，如管理不善極易造成重大事故；氨水法較液氨法相對安全，但同樣存在安全隱患，且與其他常用方法比較運行費用最高，因此國內電廠已很少使用。

尿素法主要采用的是尿素熱解制氨技術，其技術要點為利用熱空氣作為熱源，在350~600℃下快速分解濃度為40~55%的尿素水溶液制取氨氣。其優點為近常壓解熱，操作壓力低。其缺點是能耗大、運行費用高。尿素熱解裝置在運行過程中，由于稀釋風溫度低、流量大，將風加熱至350~600℃需要吸收大量的熱量，同時脫硝系統需氨量大，尿素熱解也要吸收較大的熱量，因此，這兩部分熱量綜合之下，需要消耗大量的燃油或者電能為其提供充足的熱量。

尿素熱解系統中，尿素溶液經由供液泵、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進入熱解爐內與電加熱器出口的高溫稀釋風混合均勻后分解，生成NH₃（體積濃度小于5%）、H₂O和CO₂，熱解爐出口氣體混合物再通過氨噴射系統噴入脫硝反應器。以國內300MW燃煤機組為例，如果其熱解稀釋風風源為環境風，并采用電加熱器對其進行加熱，在額定工況下運行時的耗電量可達到860kWh/h，而電能屬于清潔的二次能源，從能源利用的角度分析，因使用環境風作為稀釋風風源而導致電能大量消耗的方式是不經濟的。

為了利用高溫煙氣熱量使尿素溶液熱解制氨，授權公告號為CN202438306U的發明專利公開了一種利用電廠鍋爐煙氣余熱使尿素熱解的裝置，通過在鍋爐煙道內布置管式換熱器，利用煙氣熱量將預熱后的冷風加熱到600℃以滿足尿素熱解制氨熱量要求。但是該專利并未考慮管式換熱器存在故障時，脫硝系統的安全可靠性，同時，并未考慮鍋爐變負荷運行時的溫度控制，變負荷運行狀況較差。

授權公告號為CN104226109A的發明專利公開了一種鍋爐內置尿素熱解管的SCR脫硝方法及其裝置，該發明通過在鍋爐低溫過熱器或低溫再熱器區域布置尿素熱解管束，通過壓力風的驅動尿素溶液在尿素熱解管束中直接熱解制氨。該發明提出的工藝，利用高溫煙氣熱量在尿素熱解管束中直接完成了尿素熱解制氨過程，盡管是對高溫煙氣的余熱利用，但是由于管束尺寸的限制，尿素熱解存在反應不充分，轉化率降低的問題，同時，低溫過熱器或低溫再熱器區域布置空間有限。

而授權公告號為CN104587830A和CN102210974A的發明專利公開了尿素溶液煙道內直噴熱解的裝置及方法，均利用SCR反應器入口煙氣熱量對尿素溶液進行直接熱解，無需水解和熱解所必須的專門熱源。相比較授權公告號為CN104226109A的發明專利，尿素熱解空間充足，且無需布置專門的熱解管束，但是由于流速問題，同樣存在尿素熱解轉化率降低的問題，同時，尿素溶液直接噴入爐內，存在尿素液滴來不及反應而在煙道內堆積的問題。

授權公告號為CN202609955U的發明專利專利公開了一種脫硝用尿素熱解制氨工藝裝置，通過從鍋爐煙氣中引出熱煙氣，通過外置換熱器對空氣進行加熱，滿足尿素熱解熱量需求。與授權公告號為CN202438306U的發明專利專利相比，該專利將換熱器放置在鍋爐外，換熱后的煙氣直接進入煙囪，但是，存在的問題是，煙氣從鍋爐內引出，對煙道和擋板的材質要求較高，同時，換熱器中換熱后的煙氣直接進入煙囪，這部分煙氣的熱量沒有得到進一步利用，對于鍋爐引出位置后的受熱面存在一定影響。

發明內容

針對上述問題，本發明專利提供了一種利用高溫煙氣余熱的節能型尿素熱解系統，通過在燃煤鍋爐轉向室區域內置煙氣-稀釋風換熱器，替代電加熱器，通過利用高溫煙氣熱量加熱尿素熱解所需的稀釋風，有效降低尿素熱解脫硝系統能耗水平，達到節能減排目的。