[实用新型]一种适用于尿素水解制氨脱硝系统的稀释风加热系统

说明书

本实用新型为一种适用于尿素水解制氨脱硝系统的稀释风加热系统，尿素水解制氨脱硝系统包含水解制氨区、喷氨格栅，水解制氨区通过混合气管道与所述喷氨格栅连接，稀释风管路出口连接于所述混合气管道上，向混合气管道中通入加热后的稀释风，在稀释风管路上顺次设置汽‑气换热器和至少1个电加热器，将稀释风加热至140℃~160℃之间，本实用新型采用蒸汽换热与电加热配合的方式，使稀释风在不同工况下均可加热至满足温度要求，初期投资低，对机组运行经济性影响小。

技术领域

本实用新型涉及火电厂脱硝系统，适用于采用尿素水解制氨脱硝系统的稀释风加热。

背景技术

火电厂脱硝多采用SCR法，还原剂主要是氨（NH₃）。按原料和制氨工艺的不同，可分为液氨制氨，尿素热解制氨，尿素水解制氨等。相较于液氨，采用尿素作为原料，具有安全可靠的特点，不涉及危险品储运的问题，近些年得到了越来越广泛的应用。而尿素水解制氨相较于热解法，又具有操作温度低，能耗低等特点，近些年得到了越来越广泛的应用。

尿素水解制氨的原理是加热尿素溶液（尿素质量分数40~55%左右），使尿素与水反应，生成氨气和二氧化碳，以及蒸发的水蒸汽组成的混合气体。一般来说水解反应温度在130~180℃，其中140~160℃为佳，温度太高，耗能大，温度太低，无法激活水解反应或产氨速率过低，不满足用氨量需求。水解反应是可逆反应，温度低于水解温度，则氨气和二氧化碳会重新合成为尿素。所以要严格控制制氨、输氨和用氨系统和管道的温度。

氨气、二氧化碳和水蒸汽的混合气体，在进入SCR反应区后，需要先进行稀释，稀释到氨的体积分数不大于5%再进入喷氨格栅。稀释风可采用烟气、热风，或冷风。由于喷氨格栅对介质洁净度有要求，不宜采用烟气；回转式空预器出口的热风会带少量的灰，所以采用热风也不是最佳选择。工程中更多的是采用空气（就地吸风或取自机组一二次风机出口的冷风）作为稀释风。由于氨和二氧化碳在低于水解温度的条件下会发生逆反应重新合成为尿素，所以除了对输送管道进行保温，保证进入反应区的混合气体温度以外，稀释风也需在水解温度以上，否则混合后温度将低于水解温度，发生逆反应重新生成了尿素，无法得到想要的还原剂氨气。故需要对常温的稀释风进行加热，加热到水解温度以上，这就需要稀释风加热系统。

稀释风加热方式一般有蒸汽加热方式和电加热方式两种。如图1所示的蒸汽加热方式，一般是通过管式的汽-气换热器6，利用机组抽汽来加热稀释风，它具有能耗低的优点（相较于电加热方式，可节能50%以上）。如图2所示的电加热方式是在稀释风管道5上加装电加热器7对稀释风进行加热，优点是系统简单，初投资低，缺点是能耗太高。一般电厂多采用的是蒸汽加热方式。

蒸汽加热稀释风的方式，有一个问题。首先汽-气换热器6，由于气侧的换热系数低，故而需要较大的换热端差（一般端差在15~20℃左右，即便增大换热面积，端差也会在10℃以上），例如150℃的热源只能将稀释风加热到135℃左右。而蒸汽热源的温度又取决于蒸汽压力（蒸汽压力对应的饱和温度减去端差方为稀释风可被加热到的温度）。所以要保证稀释风温度在140℃以上的话，需要155℃的热源，对应的压力需不低于0.54MPa.a。

火电机组希望采用低段位的抽汽来加热稀释风（一般采用辅汽，多为四段抽汽），这时经济性好，运行调节控制也方便。但四段抽汽可能在低负荷无法满足抽汽压力的需求。以某35万超临界机组为例，60%THA工况下，四段抽汽的压力是0.555MPa.a，减去管道阻力，刚好满足稀释风加热对热源的要求，也就是说稀释风加热系统在机组60%以上负荷均可以正常运行。低于60%THA负荷，抽汽压力将不满足稀释风系统对汽源的要求。机组40%负荷时，四段抽汽的压力0.386Mpa.a，对应饱和温度142℃，只能将稀释风加热到125~130℃，这将导致氨气和二氧化碳发生逆反应。

解决的办法可以采用更高段位的抽汽，从冷段蒸汽管道上引接，但压力又太高（满负荷下4.223MPa.a，40%负荷下1.744MPa.a），需要减温减压，而且整套系统的承压能力也将提升两个等级，成本升高。用冷段蒸汽去加热稀释风，机组经济性不好。

实用新型内容