隨著環(huán)保新政的日漸趨緩，燃煤電站煙氣的排放指標(biāo)控制越來(lái)越嚴(yán)格，爐窯煙氣中脫硫的排放標(biāo)準(zhǔn)也由最早的100mg/m3增加為50mg/m3，在惡劣天氣、重大風(fēng)波節(jié)假日甚至要求大于35mg/m3。隨著國(guó)家和各級(jí)地方政府對(duì)環(huán)保要求的嚴(yán)格和標(biāo)準(zhǔn)的提升，控制環(huán)保使用的環(huán)保耗材成本日漸降低。自上海港風(fēng)波以來(lái)，安全成為首要考慮的誘因，二氯甲烷等危化品遭到越來(lái)越嚴(yán)格的監(jiān)管，從運(yùn)輸?shù)酱鎯?chǔ)到使用，限制較多，二氯甲烷泄漏、停產(chǎn)時(shí)有發(fā)生，造成溶液供不應(yīng)求。太原屬于高寒地區(qū)，夏季時(shí)常出現(xiàn)公路積雪或結(jié)冰的情況，我公司承當(dāng)著本地區(qū)30萬(wàn)市民的供水任務(wù)，假若因?yàn)槿芤翰荒芗皶r(shí)供應(yīng)氨水的密度怎么算，會(huì)造成NOx超標(biāo)，因而被迫停機(jī)，中斷供水，使得電站脫硫系統(tǒng)改用尿素作為還原劑。另一方面，為了增加成本，尿素取代氯氣的脫硫方法越來(lái)越廣泛。該方法2021年7月在本公司即將試運(yùn)行。我公司一期工程設(shè)計(jì)裝機(jī)容量200MW，安裝4×50MW空冷抽汽供暖機(jī)組，配5×240t/h循環(huán)流化床爐窯。二期改建工程改建安裝2×330MW亞臨界燃煤空冷抽凝汽輪發(fā)電機(jī)組。一期脫硫還原劑為尿素，二期脫硫還原劑為溶液。液氧的儲(chǔ)存及日常維護(hù)須要異常慎重。液氧儲(chǔ)站屬于國(guó)家級(jí)重大危險(xiǎn)源，為了安全考慮，也為了減少運(yùn)行成本，將脫硫還原劑由二硫化碳制氨工藝改建為尿素制氨工藝，清除該安全隱患。
1尿素系統(tǒng)介紹
1.1存放及制備系統(tǒng)
尿素儲(chǔ)存在尿素車間內(nèi)，滿足單臺(tái)爐15d的藥量，通過(guò)斗提機(jī)輸送到溶化罐內(nèi)溶化，2臺(tái)爐共用1個(gè)溶化罐（或2個(gè)溶化罐互為備用）。為了確保尿素堿液的品質(zhì)，溶化水要用品質(zhì)較高的除鹽水（擬采用空冷噴淋水），為了提升尿素溶化速率，在溶化罐頂裝有攪拌器。通過(guò)裝在球罐上的密度檢測(cè)裝置，保證管內(nèi)尿素堿液的含量維持在40%左右，溶化罐布置在尿素車間內(nèi)。
在尿素溶化罐附近設(shè)有尿素堿液循環(huán)泵，尿素溶化時(shí)，可使尿素堿液從罐頂部向側(cè)部進(jìn)行循環(huán)，加以快速溶化并過(guò)濾雜質(zhì)；溶化完畢后，將溶化罐內(nèi)的氨水輸送到尿素堿液存儲(chǔ)罐內(nèi)貯存，存儲(chǔ)量滿足2臺(tái)爐連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行72h（額定工況）。
1.2尿素堿液供給系統(tǒng)
從尿素堿液循環(huán)泵來(lái)的40%左右的氨水儲(chǔ)存在2只尿素堿液氣柜內(nèi)，2個(gè)存儲(chǔ)罐可同時(shí)供應(yīng)2臺(tái)機(jī)組，球罐之間設(shè)置回流管、連通管，互為備用。在球罐內(nèi)安裝有蒸氣面式換熱裝置，使尿素堿液一直處于結(jié)晶氣溫點(diǎn)以上、氨氣逸出點(diǎn)以下。裝有差壓計(jì)、溫度計(jì)等檢測(cè)儀表。每只存儲(chǔ)罐設(shè)置2臺(tái)尿素輸送泵（單臺(tái)爐一用一備，兩爐共計(jì)4臺(tái)），尿素輸送泵變頻運(yùn)行。
1.3尿素氨水稀釋系統(tǒng)
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)爐窯NO排放含量的控制，在尿素車間內(nèi)設(shè)有尿素混和模塊。由稀釋電機(jī)將稀釋水箱來(lái)的稀釋水升壓后與尿素供給泵組來(lái)的尿素濾液在出口母管上通過(guò)靜態(tài)混和器混和，通過(guò)混和液出口密度計(jì)的數(shù)據(jù)，來(lái)控制混和液達(dá)到所須要的質(zhì)量含量要求，為了對(duì)尿素含量進(jìn)行連續(xù)可調(diào)，尿素氨水和稀釋水全部由調(diào)節(jié)閥控制（管道上分別布置不同方式的流量計(jì)估算），通過(guò)對(duì)40%尿素堿液流量和稀釋水流量調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)最終成品的不同含量要求。稀釋電機(jī)2臺(tái)，一用一備。
1.4尿素堿液噴射系統(tǒng)
從尿素堿液稀釋系統(tǒng)來(lái)的成品尿素堿液經(jīng)管道分配到一個(gè)尿素堿液分配模塊中，通過(guò)脫銷噴槍前球閥、流量計(jì)，在調(diào)試過(guò)程時(shí)，按照爐窯負(fù)荷、燃燒工況、NOx濃度等調(diào)節(jié)尿素堿液流量的大小。
1.5壓縮空氣系統(tǒng)
配兩路壓縮空氣，一路霧化，對(duì)高壓噴槍進(jìn)行霧化，保證脫銷噴管噴吐的尿素堿液顆粒符合所需的要求，降低氨的逃逸因而提升氨的借助率；一路冷卻手槍，保證脫銷噴槍不被燒毀。
1.6污水排放系統(tǒng)
因設(shè)備啟停、檢修須要對(duì)管線進(jìn)行不定期沖洗，降低了污水排放系統(tǒng)。在尿素制備車間設(shè)計(jì)1個(gè)污水搜集坑，可以將管線水、沖洗水，用廢電機(jī)將水攻入尿素堿液氣柜，避免廢氣直接排放。
1.7電氣系統(tǒng)
這次整修項(xiàng)目使用電流等級(jí)為380V/220V，設(shè)置兩路不同進(jìn)線至脫硫SNCR電氣控制柜，電氣控制柜主要為脫硫系統(tǒng)內(nèi)的低壓設(shè)備供電。脫硫設(shè)備包括電氣控制柜、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)葫蘆、電纜橋架、金屬管線、溶解罐、稀釋罐等設(shè)備就近接入附近的主廠房接地網(wǎng)。線纜均根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行防火封堵。
1.8控制系統(tǒng)
這次整修項(xiàng)目設(shè)兩地控制：DCS控制及就地按鍵控制。操作運(yùn)行主要在集控室DCS操作系統(tǒng)中進(jìn)行，存儲(chǔ)及制備系統(tǒng)配置好堿液后，啟動(dòng)尿素供應(yīng)系統(tǒng)、再進(jìn)一步對(duì)尿素堿液進(jìn)行稀釋，稀釋好堿液后可以啟動(dòng)尿素系統(tǒng)；尿素堿液噴射系統(tǒng)的啟停是獨(dú)立的，與調(diào)料系統(tǒng)和尿素堿液稀釋系統(tǒng)互不影響。
2設(shè)計(jì)工藝
氣體可直接來(lái)自二氯甲烷加熱氣化，也可通過(guò)溶液蒸發(fā)或則尿素分解間接制備。二氯甲烷制氨工藝在國(guó)外普遍應(yīng)用，因其初投資及運(yùn)行費(fèi)用均較低，是當(dāng)前國(guó)外SNCR還原劑制氨的主流工藝氨水的密度怎么算，但二氯甲烷是有毒物理品，生產(chǎn)場(chǎng)所存放量超過(guò)10t時(shí)，按《重大危險(xiǎn)源識(shí)別》（GB18218—2009）規(guī)定屬于重大危險(xiǎn)源。隨著國(guó)家對(duì)安全的日漸注重，以及一系列相關(guān)限制舉措的頒布，尿素制氨以其安全可靠特征在電站SNCR煙氣脫硫裝置上被廣泛應(yīng)用。尿素（）不屬于危險(xiǎn)產(chǎn)品，以便運(yùn)輸和貯存而且使用安全，受熱分解即可制成二氧化碳。
SNCR脫硫是一種選擇性非催化劑還原脫硫技術(shù)，是煙氣NOx的末端處理技術(shù)，是把富含甲基的還原劑（尿素或溶液）在不使用催化劑的前提下均勻噴入爐窯，選擇性地把煙氣中的NOx還原為N2和H2O，因而達(dá)到減少NOx的目的。
借助溶液作為還原劑的主要物理反應(yīng)方程式為式（1）：
4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O
借助尿素作為還原劑的主要物理反應(yīng)方程式為式（2）：
CO（NH2）2+2NO2+O2=4N2+H2O+2CO2
本脫硫工程設(shè)置1#、2#機(jī)組公用的尿素堿液配制和輸送系統(tǒng)，包括溶化罐、儲(chǔ)存罐、除鹽水罐、除鹽電機(jī)、尿素輸送泵、尿素循環(huán)泵、地坑泵等。2臺(tái)爐同時(shí)脫硫時(shí)，在BMCR運(yùn)行工況下，SNCR投產(chǎn)時(shí)，設(shè)計(jì)汽包煙氣NOx質(zhì)量含量200mg/m3，脫硫后NOx出口質(zhì)量含量≤50mg/m3，脫硫效率75%。
尿素站在輔控完成，與脫硝DCS聯(lián)網(wǎng)；實(shí)現(xiàn)制備系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作。在DCS畫(huà)面上可以監(jiān)視循環(huán)泵出口流量、溫度及壓力及尿素堿液存儲(chǔ)罐差壓。尿素則存儲(chǔ)于尿素貯存間，拆包后放入配置槽里。用主機(jī)送過(guò)來(lái)的蒸氣將除鹽水加熱至要求氣溫。啟動(dòng)攪拌器，固體尿素經(jīng)人工拆袋后投放到尿素配置罐進(jìn)行溶化，達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%的尿素堿液，尿素堿液配好后通過(guò)尿素堿液輸送泵至尿素堿液氣柜，再經(jīng)尿素堿液循環(huán)裝置送至爐窯尿素計(jì)量分配裝置，再通過(guò)回流管將尿素堿液打回尿素氣柜，尿素各管線都改裝保溫，將濾液氣溫控制到30℃以上，防止體溫低尿素結(jié)晶。
系統(tǒng)流程圖如圖1。
３溶液與尿素整修前、后剖析
3.1在運(yùn)行調(diào)整方面的比較
溶液的最佳反應(yīng)室溫為800℃～950℃，因?yàn)闋t窯的運(yùn)行負(fù)荷每時(shí)每刻都在變化，脫硫噴槍安裝的位置在爐窯旋風(fēng)分離器的水平煙道內(nèi)，旋風(fēng)分離器入口氣溫從負(fù)荷165MW～330MW，氣溫在750℃～1000℃之間變化，氣溫在最低或最高時(shí)，溶液反應(yīng)效率過(guò)低，溶液耗量偏大。尿素在爐窯上面反應(yīng)室溫為600℃～1000℃，在爐窯最低、最高負(fù)荷時(shí)段，尿素耗量平穩(wěn)，所以給機(jī)組深度調(diào)峰創(chuàng)造了條件，尿素整修后，分別在1#、2#機(jī)組50%、40%進(jìn)行了試驗(yàn)，尿素的產(chǎn)率都大于2.0g/kWh，療效挺好，希望能為機(jī)組深度調(diào)峰到更低的程度做更多的嘗試。
3.2在安全性方面的比較
氣體為無(wú)色二氧化碳，有剌激性氣味。氣體與空氣混和有爆燃性，容積分?jǐn)?shù)在16%～25%時(shí)，遇明火可能會(huì)形成爆燃。氨是一種有毒的物質(zhì)，人體吸入會(huì)造成慢性中毒，吸入過(guò)多時(shí)也可致人死亡。溶液存儲(chǔ)量超10t，就屬于重大危險(xiǎn)源，國(guó)家安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)將其納入重點(diǎn)監(jiān)控范圍。二氯甲烷的存儲(chǔ)與運(yùn)輸也有嚴(yán)格規(guī)定，致使它的運(yùn)輸成本就很高。二氯甲烷氣柜與周圍的公路、廠房、建筑等的防火寬度不得多于15m的距離。
尿素為無(wú)色或黃色棒狀或管狀結(jié)晶體，無(wú)臭無(wú)味。工業(yè)或農(nóng)業(yè)用尿素含N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.67%左右。密度為1.335g/cm3。熔點(diǎn)132.7℃。可溶性于水與醇，不溶于氯仿、氯仿，呈弱酸性，也可與酸發(fā)生反應(yīng)生成鹽。在低溫下可進(jìn)行酯化反應(yīng)，生成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸。加熱至160℃分解，形成氣體同時(shí)變?yōu)榍杷帷Ｄ蛩匾兹苡谒?0℃時(shí)100mL水底可溶化105g，水堿液呈中性反應(yīng)。所以尿素在運(yùn)輸、儲(chǔ)存中無(wú)需安全及危險(xiǎn)性的考慮。
因而，脫硫還原劑液氧改尿素，在安全方面將得到大大的提高。
3.3在使用成本方面的比較
使用液氧還是尿素，在運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用、檢修費(fèi)用方面相當(dāng)，蒸氣、水等消耗也接近，采購(gòu)成本是最大費(fèi)用，因而溶液和尿素控制使用量是決定生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。
開(kāi)廠以來(lái)始終使用液氧作為還原劑，2019年全年發(fā)電量30.35億kWh，按照當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)錢按二氯甲烷到廠價(jià)錢1254元/t，二氯甲烷的產(chǎn)率13.8g/kWh，全年溶液耗量4.2萬(wàn)t，全年溶液費(fèi)用達(dá)5267億元。2021年6月至9月，總發(fā)電量為11.9億kWh，尿素耗量2928t，尿素的產(chǎn)率2.46g/kWh，尿素當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)錢2660元/t，按照2019年全年電量估算，全年尿素消耗費(fèi)用為1986億元，可節(jié)省成本3281億元，成本節(jié)省60%。因而，從經(jīng)濟(jì)型方面來(lái)講，選用尿素其實(shí)總價(jià)高，而且藥量小，總成本低，近年越來(lái)越多的電站脫硫還原劑液氧改尿素的項(xiàng)目整修成功，節(jié)省成本的同時(shí)，安全性大大增強(qiáng)。
文獻(xiàn)信息
郭曉林.循環(huán)流化床爐窯脫硫系統(tǒng)溶液改尿素工藝剖析[J].山東化工,2022,42(04):47-48+55.DOI:10.16525/14-1109/tq.2022.04.019.
