[发明专利]一种燃机脱硝尿素热解炉预防结晶堵塞系统及方法

说明书

本发明公开了一种燃机脱硝尿素热解炉预防结晶堵塞系统及方法，属于燃气电厂污染物治理领域。本发明包括尿素热解系统和高温烟气辅助加热系统，通过从燃机余热锅炉进口引出高温烟气作为稀释风进入尿素热解炉，同时引出部分高温烟气经高温风机和电加热器进入热解炉内的环形加热器，来自计量分配装置并由雾化喷枪喷入的尿素溶液在两股烟气热量的加热作用下发生热解反应产生含氨混合气，经由喷氨格栅注入脱硝催化剂上游烟气中。高温烟气辅以电加热作为额外热源能够有效提升热解炉内的整体温度水平，有助于增大尿素热解反应转化率，减少热解副产物的生成和有效预防热解炉结晶堵塞问题，环形加热管不易堵塞且加热均匀，能够比较充分地利用高温烟气热量。

技术领域

本发明涉及燃气电厂污染物治理领域，具体涉及一种燃机脱硝尿素热解炉预防结晶堵塞系统及方法。

背景技术

目前国内燃煤机组或燃气机组绝大多数已完成NOx的超低排放改造工作，主要采用低氮燃烧+选择性催化还原（SCR）脱硝技术。SCR脱硝技术是将氮还原剂按着一定的氨氮摩尔比由氨喷射格栅注入SCR反应器入口并与烟气混合进入催化剂层，在催化剂的作用下将NOx还原为N₂和H₂O。氮还原剂主要包括氨水、液氨和尿素，由于氨水工艺运输成本、投资成本及能耗均较高，因此很少采用，实际应用时主要采用液氨工艺和尿素工艺。由于液氨工艺的投资和运行成本具有较大优势，因此在国内的脱硝装置中的占有率高达80%以上。随着国家对安全生产要求的提高，越来越多的电厂选择采用尿素作为液氨的替代还原剂，以减轻安全生产的压力。

尿素制氨工艺主要包括尿素热解工艺和尿素水解工艺，热解技术在国内起步比水解技术早，因其具有技术成熟、系统简单、占地面积小及制氨响应速率快（5~30s）等特点，在脱硝行业得到了大面积推广。随着风电、光伏、水电、储能等技术的发展，当前国内火力发电机组面临深度调峰所带来机组负荷的多变也较为普遍，另外超低排放改造完成后脱硝装置出口控制的NOx浓度更低，这些都给脱硝装置的日常运行带来更多压力。为了保证NOx排放达标，运行人员往往采取过量喷氨的方式加以实现，对于采用热解工艺制氨的脱硝装置，过量喷氨将会增加尿素热解炉的负担，表现为热解炉内温度降低，热解反应不充分，会生成三聚氰酸、三聚氰胺、三异氰酸、乙二肟、缩二脲、缩三脲等中间产物，这些中间产物会沉积在热解炉壁面和下部出口位置处，随着运行时间的延长易引起结晶堵塞现象。一旦热解炉发生堵塞，将会大大削弱系统供氨能力，有的电厂甚至因堵塞导致高温稀释风机停转，严重影响机组的正常运行。导致热解炉堵塞的原因较多，其中最主要的影响因素是热解炉内的温度水平，应避免热解炉出现局部低温区，一般要求热解炉出口温度控制在350℃以上。

从国内燃气电厂余热锅炉脱硝装置运行情况来看，尿素热解炉堵塞案例也较为常见，由于各个地方政府出台了更为严格的地方标准，余热锅炉出口NOx排放限制更低，所以尿素热解炉的正常稳定运行显得尤其重要。燃机脱硝尿素热解炉一般采用余热锅炉进口处的高温烟气作为热解稀释风，进入热解炉内的风量、风温及尿素喷射量等决定了热解炉内整体的温度水平，在一定负荷工况下，温度水平也通常较为明确。但在实际运行过程中存在低负荷运行及负荷突变等情况，热解炉内的温度水平不一定能满足运行要求，可能会增大热解副产物生成的风险。通过设法提高热解炉内的温度水平可以降低结晶堵塞的风险，如抽取余热锅炉入口处的高温烟气并辅以电加热器的加热，从环形加热管进口进入热解炉内部，将自身的热量传递至热解炉内，该部分烟气与热解炉内反应气体隔绝，在一定程度上能够提高热解炉内的整体温度水平，有助于预防尿素热解炉结晶堵塞问题。

发明内容

本发明的目的是针对当前燃机脱硝装置尿素热解炉在机组低负荷运行期间或在负荷突变引起尿素喷射量波动较大情况下，热解炉内整体温度水平无法有效保证，导致热解副产物生成量增加，长久运行引起热解炉结晶堵塞，不能正常供氨，脱硝装置出口NOx排放浓度存在较大的超标风险等问题，提出了一种燃机脱硝尿素热解炉预防结晶堵塞系统及方法。