《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》（GB 18218—2009）規(guī)定氨的貯存量若超過(guò)10 t 即成為重大危險(xiǎn)源。由于前期大規(guī)模火電廠煙氣脫硝改造時(shí)主要考慮投資和運(yùn)行成本因素，目前國(guó)內(nèi)大部分火電廠SCR煙氣脫硝采用液氨作為還原劑，而液氨儲(chǔ)存量一般按照滿足全廠機(jī)組滿負(fù)荷工況運(yùn)行5~7 天所需進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此火電廠氨區(qū)基本都屬于重大危險(xiǎn)源。《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》（我國(guó)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第40 號(hào)）明確要求安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門應(yīng)當(dāng)責(zé)令重大危險(xiǎn)源存在事故隱患的企業(yè)進(jìn)行整改乃至停產(chǎn)停業(yè)。

由于安全監(jiān)管形勢(shì)日益嚴(yán)格，作為液氨使用單位的火電廠安全管理工作壓力逐漸加大，火電廠SCR 煙氣脫硝采用液氨作為還原劑越來(lái)越受到質(zhì)疑，尤其是位于人口稠密地區(qū)且防火間距不達(dá)到防火規(guī)范要求的火電機(jī)組。作為液氨的替代品，尿素由于其運(yùn)輸儲(chǔ)存安全方便和對(duì)環(huán)境無(wú)害的特點(diǎn)，顯得尤為合適。

采用尿素作為還原劑時(shí)，先要使尿素溶液受熱分解為NH3 和CO2，然后稀釋混合噴入SCR 煙道從而脫除煙氣中的NOx。尿素受熱分解制氨的工藝有2 種：一種為利用電能、燃油或天然氣燃燒的熱能加熱分解霧化的尿素溶液， 即熱解法；另一種為使用蒸汽加熱尿素溶液使之汽化分解，即水解法[10]。尿素?zé)峤夂退夤に囋趪?guó)內(nèi)均有應(yīng)用業(yè)績(jī)，其技術(shù)成熟可靠。

本文以某電廠2×600 MW 超臨界燃煤機(jī)組模型為例，分析其在超低排放形勢(shì)下由液氨改為尿素?zé)峤夂退馑謩e涉及的改造范圍、投資費(fèi)用和運(yùn)行成本，為SCR煙氣脫硝液氨改尿素工程技術(shù)選擇提供參考。

1 工程設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

SCR煙氣脫硝還原劑由液氨改為尿素涉及的改造范圍主要包括新建尿素溶液儲(chǔ)存和制備系統(tǒng)、改造稀釋風(fēng)系統(tǒng)和增加尿素制氨裝置。通過(guò)相關(guān)系統(tǒng)的改造確保系統(tǒng)的供氨能力滿足運(yùn)行需求。超低排放形勢(shì)下，某2×600 MW 機(jī)組SCR煙氣脫硝設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示。由表1可得，單臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷工況下設(shè)計(jì)氨耗量為230.4 kg/h。

1.2 工藝流程

粒狀尿素在溶解罐內(nèi)制成濃度為50% 左右的尿素溶液并泵入尿素溶液儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存，再由高流量循環(huán)泵送入計(jì)量分配模塊，后由噴槍噴入熱解爐，在350~650℃ 熱風(fēng)的作用下分解出NH3，形成濃度小于5% 的混合氣，再經(jīng)噴氨格柵進(jìn)入SCR入口煙道。國(guó)內(nèi)熱解所需要的熱源多采用電能。為減少?gòu)S用電，可用熱一次風(fēng)或者二次風(fēng)作為熱稀釋風(fēng)，再用電加熱器加熱，尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)流程如圖 1 所示。

尿素水解工藝與熱解工藝的不同之處在于，由計(jì)量分配模塊過(guò)來(lái)的尿素溶液進(jìn)入水解反應(yīng)器，在壓力為1 MPa、溫度為180℃ 飽和蒸汽的加熱下分解成CO2 和NH3，后被熱風(fēng)稀釋成氨體積分?jǐn)?shù)小于5% 的混合氣， 較后噴入SCR 入口煙道。加熱蒸汽引自廠輔汽系統(tǒng)或再熱器冷段蒸汽母管， 經(jīng)減溫減壓后送至水解反應(yīng)器的蒸汽盤管，尿素水解工藝如圖 2 所示。

1.3 主要設(shè)備選型

雖然尿素?zé)峤庵瓢焙退庵瓢眱烧叩哪蛩胤纸饴视胁町悾珜?duì)于尿素溶液制備系統(tǒng)的設(shè)備選型基本一致。尿素溶液制備系統(tǒng)包括尿素顆粒儲(chǔ)倉(cāng)、尿素溶解罐、尿素溶液輸送泵、尿素溶液儲(chǔ)罐和尿素溶液循環(huán)泵等主要設(shè)備。尿素?zé)峤庀到y(tǒng)和水解系統(tǒng)的設(shè)備差異較大。以熱一次風(fēng)作為稀釋風(fēng)為例，尿素?zé)峤庀到y(tǒng)包括電加熱器/高溫?zé)煔鈸Q熱器、熱解爐和計(jì)量與分配裝置等主要設(shè)備；尿素水解系統(tǒng)包括減溫減壓器、水解反應(yīng)器、廢水箱、疏水箱和氨/空氣混合器等主要設(shè)備。

尿素溶解罐設(shè)置1 臺(tái)，材質(zhì)為SS304 不銹鋼， 罐體配攪拌器和蒸汽加熱盤管加速混合溶解。在溶解罐中， 采用除鹽水將尿素顆粒制成50% 左右的尿素溶液。尿素溶解罐容積45 m3，滿足2 臺(tái)機(jī)組BMCR 工況一天尿素溶液用量需求。尿素溶液儲(chǔ)罐設(shè)置2 臺(tái)，采用SS304 不銹鋼制造，設(shè)蒸汽伴熱。容積均為135 m3，滿足2 臺(tái)機(jī)組BMCR 工況下不少于6 天的尿素溶液用量需求。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1 臺(tái)電加熱器，功率900 kW，電壓380 V，將熱一次風(fēng)加熱至350~650 ℃。

每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1 臺(tái)熱解爐，每臺(tái)熱解爐配套10 支噴槍，由噴槍噴入的霧化尿素溶液在由電加熱器來(lái)的熱氣的作用下分解為NH3 和CO2，從而形成氨體積分?jǐn)?shù)小于5% 的混合氣進(jìn)入噴氨格柵。熱解爐出口混合氣的溫度不低于350 ℃，以防尿素結(jié)晶。

減溫減壓器設(shè)置2 臺(tái)，1 用1 備，用于將輔汽系統(tǒng)蒸汽減溫減壓至180 ℃、1 MPa 飽和蒸汽后供給2 臺(tái)水解反應(yīng)器。

水解反應(yīng)器采用公用制布置，單臺(tái)水解反應(yīng)器制氨量達(dá)465 kg/h，能同時(shí)滿足2 臺(tái)機(jī)組BMCR工況用氨需求。水解反應(yīng)器由蒸汽盤管加熱，質(zhì)量濃度為50% 的尿素溶液進(jìn)入反應(yīng)器后在135~160 ℃、0 . 4 ~ 0 . 9 M P a 下水解反應(yīng)生成含N H 3、C O 2 和H2O 的混合氣。反應(yīng)器材質(zhì)為SS316L，上部設(shè)置汽水分離器。

每臺(tái)機(jī)組設(shè)置2 臺(tái)氨/空氣混合器，用于將水解反應(yīng)生成的含氨混合氣與熱一次風(fēng)混合。

2 分析與討論

2.1 投資費(fèi)用

SCR煙氣脫硝液氨改尿素，2臺(tái)機(jī)組均采用熱解工藝或水解工藝，其投資如表2 所示。尿素?zé)峤夤に囃顿Y較水解工藝投資低10%，主要體現(xiàn)在尿素制氨裝置費(fèi)用上，

2.2 能耗分析