隨著環保新政的日漸趨緩，燃煤電站煙氣的排放指標控制越來越嚴格，爐窯煙氣中脫硫的排放標準也由最早的100mg/m3增加為50mg/m3，在惡劣天氣、重大風波節假日甚至要求大于35mg/m3。隨著國家和各級地方政府對環保要求的嚴格和標準的提升，控制環保使用的環保耗材成本日漸降低。自上海港風波以來，安全成為首要考慮的誘因，二氯甲烷等危化品遭到越來越嚴格的監管，從運輸到存儲到使用，限制較多，二氯甲烷泄漏、停產時有發生，造成溶液供不應求。太原屬于高寒地區，夏季時常出現公路積雪或結冰的情況，我公司承當著本地區30萬市民的供水任務，假若因為溶液不能及時供應氨水的密度怎么算，會造成NOx超標，因而被迫停機，中斷供水，使得電站脫硫系統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越廣泛。該方法2021年7月在本公司即將試運行。我公司一期工程設計裝機容量200MW，安裝4×50MW空冷抽汽供暖機組，配5×240t/h循環流化床爐窯。二期改建工程改建安裝2×330MW亞臨界燃煤空冷抽凝汽輪發電機組。一期脫硫還原劑為尿素，二期脫硫還原劑為溶液。液氧的儲存及日常維護須要異常慎重。液氧儲站屬于國家級重大危險源，為了安全考慮，也為了減少運行成本，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尿素系統介紹
1.1存放及制備系統
尿素儲存在尿素車間內，滿足單臺爐15d的藥量，通過斗提機輸送到溶化罐內溶化，2臺爐共用1個溶化罐（或2個溶化罐互為備用）。為了確保尿素堿液的品質，溶化水要用品質較高的除鹽水（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。通過裝在球罐上的密度檢測裝置，保證管內尿素堿液的含量維持在40%左右，溶化罐布置在尿素車間內。
在尿素溶化罐附近設有尿素堿液循環泵，尿素溶化時，可使尿素堿液從罐頂部向側部進行循環，加以快速溶化并過濾雜質；溶化完畢后，將溶化罐內的氨水輸送到尿素堿液存儲罐內貯存，存儲量滿足2臺爐連續穩定運行72h（額定工況）。
1.2尿素堿液供給系統
從尿素堿液循環泵來的40%左右的氨水儲存在2只尿素堿液氣柜內，2個存儲罐可同時供應2臺機組，球罐之間設置回流管、連通管，互為備用。在球罐內安裝有蒸氣面式換熱裝置，使尿素堿液一直處于結晶氣溫點以上、氨氣逸出點以下。裝有差壓計、溫度計等檢測儀表。每只存儲罐設置2臺尿素輸送泵（單臺爐一用一備，兩爐共計4臺），尿素輸送泵變頻運行。
1.3尿素氨水稀釋系統
為了實現對爐窯NO排放含量的控制，在尿素車間內設有尿素混和模塊。由稀釋電機將稀釋水箱來的稀釋水升壓后與尿素供給泵組來的尿素濾液在出口母管上通過靜態混和器混和，通過混和液出口密度計的數據，來控制混和液達到所須要的質量含量要求，為了對尿素含量進行連續可調，尿素氨水和稀釋水全部由調節閥控制（管道上分別布置不同方式的流量計估算），通過對40%尿素堿液流量和稀釋水流量調節來實現最終成品的不同含量要求。稀釋電機2臺，一用一備。
1.4尿素堿液噴射系統
從尿素堿液稀釋系統來的成品尿素堿液經管道分配到一個尿素堿液分配模塊中，通過脫銷噴槍前球閥、流量計，在調試過程時，按照爐窯負荷、燃燒工況、NOx濃度等調節尿素堿液流量的大小。
1.5壓縮空氣系統
配兩路壓縮空氣，一路霧化，對高壓噴槍進行霧化，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
因設備啟停、檢修須要對管線進行不定期沖洗，降低了污水排放系統。在尿素制備車間設計1個污水搜集坑，可以將管線水、沖洗水，用廢電機將水攻入尿素堿液氣柜，避免廢氣直接排放。
1.7電氣系統
這次整修項目使用電流等級為380V/220V，設置兩路不同進線至脫硫SNCR電氣控制柜，電氣控制柜主要為脫硫系統內的低壓設備供電。脫硫設備包括電氣控制柜、電動機、電動葫蘆、電纜橋架、金屬管線、溶解罐、稀釋罐等設備就近接入附近的主廠房接地網。線纜均根據相關規定進行防火封堵。
1.8控制系統
這次整修項目設兩地控制：DCS控制及就地按鍵控制。操作運行主要在集控室DCS操作系統中進行，存儲及制備系統配置好堿液后，啟動尿素供應系統、再進一步對尿素堿液進行稀釋，稀釋好堿液后可以啟動尿素系統；尿素堿液噴射系統的啟停是獨立的，與調料系統和尿素堿液稀釋系統互不影響。
2設計工藝
氣體可直接來自二氯甲烷加熱氣化，也可通過溶液蒸發或則尿素分解間接制備。二氯甲烷制氨工藝在國外普遍應用，因其初投資及運行費用均較低，是當前國外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，生產場所存放量超過10t時，按《重大危險源識別》（GB18218—2009）規定屬于重大危險源。隨著國家對安全的日漸注重，以及一系列相關限制舉措的頒布，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用。尿素（）不屬于危險產品，以便運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，是煙氣NOx的末端處理技術，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，因而達到減少NOx的目的。
借助溶液作為還原劑的主要物理反應方程式為式（1）：
4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O
借助尿素作為還原劑的主要物理反應方程式為式（2）：
CO（NH2）2+2NO2+O2=4N2+H2O+2CO2
本脫硫工程設置1#、2#機組公用的尿素堿液配制和輸送系統，包括溶化罐、儲存罐、除鹽水罐、除鹽電機、尿素輸送泵、尿素循環泵、地坑泵等。2臺爐同時脫硫時，在BMCR運行工況下，SNCR投產時，設計汽包煙氣NOx質量含量200mg/m3，脫硫后NOx出口質量含量≤50mg/m3，脫硫效率75%。
尿素站在輔控完成，與脫硝DCS聯網；實現制備系統的遠程操作。在DCS畫面上可以監視循環泵出口流量、溫度及壓力及尿素堿液存儲罐差壓。尿素則存儲于尿素貯存間，拆包后放入配置槽里。用主機送過來的蒸氣將除鹽水加熱至要求氣溫。啟動攪拌器，固體尿素經人工拆袋后投放到尿素配置罐進行溶化，達到質量分數40%的尿素堿液，尿素堿液配好后通過尿素堿液輸送泵至尿素堿液氣柜，再經尿素堿液循環裝置送至爐窯尿素計量分配裝置，再通過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，防止體溫低尿素結晶。
系統流程圖如圖1。
３溶液與尿素整修前、后剖析
3.1在運行調整方面的比較
溶液的最佳反應室溫為800℃～950℃，因為爐窯的運行負荷每時每刻都在變化，脫硫噴槍安裝的位置在爐窯旋風分離器的水平煙道內，旋風分離器入口氣溫從負荷165MW～330MW，氣溫在750℃～1000℃之間變化，氣溫在最低或最高時，溶液反應效率過低，溶液耗量偏大。尿素在爐窯上面反應室溫為600℃～1000℃，在爐窯最低、最高負荷時段，尿素耗量平穩，所以給機組深度調峰創造了條件，尿素整修后，分別在1#、2#機組50%、40%進行了試驗，尿素的產率都大于2.0g/kWh，療效挺好，希望能為機組深度調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，容積分數在16%～25%時，遇明火可能會形成爆燃。氨是一種有毒的物質，人體吸入會造成慢性中毒，吸入過多時也可致人死亡。溶液存儲量超10t，就屬于重大危險源，國家安全監察機構將其納入重點監控范圍。二氯甲烷的存儲與運輸也有嚴格規定，致使它的運輸成本就很高。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。
尿素為無色或黃色棒狀或管狀結晶體，無臭無味。工業或農業用尿素含N質量分數為46.67%左右。密度為1.335g/cm3。熔點132.7℃。可溶性于水與醇，不溶于氯仿、氯仿，呈弱酸性，也可與酸發生反應生成鹽。在低溫下可進行酯化反應，生成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸。加熱至160℃分解，形成氣體同時變為氰酸。尿素易溶于水，在20℃時100mL水底可溶化105g，水堿液呈中性反應。所以尿素在運輸、儲存中無需安全及危險性的考慮。
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，在運行及維護費用、檢修費用方面相當，蒸氣、水等消耗也接近，采購成本是最大費用，因而溶液和尿素控制使用量是決定生產成本的關鍵。
開廠以來始終使用液氧作為還原劑，2019年全年發電量30.35億kWh，按照當前市場價錢按二氯甲烷到廠價錢1254元/t，二氯甲烷的產率13.8g/kWh，全年溶液耗量4.2萬t，全年溶液費用達5267億元。2021年6月至9月，總發電量為11.9億kWh，尿素耗量2928t，尿素的產率2.46g/kWh，尿素當前市場價錢2660元/t，按照2019年全年電量估算，全年尿素消耗費用為1986億元，可節省成本3281億元，成本節省60%。因而，從經濟型方面來講，選用尿素其實總價高，而且藥量小，總成本低，近年越來越多的電站脫硫還原劑液氧改尿素的項目整修成功，節省成本的同時，安全性大大增強。
文獻信息
郭曉林.循環流化床爐窯脫硫系統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.
