摘要：尿素热解制氨选择性催化还原（SCR）脱硝技术是一种在电厂中用于降低氮氧化物（NO x）排放的有效方法。本研究旨在探讨该技术在电厂中的应用，并评估其对环境和能源方面的影响。文章介绍尿素热解制氨SCR脱硝技术的基本原理，详细描述了该技术在电厂中的应用情况，进一步评估该技术对环境和能源方面的影响。结果显示，尿素热解制氨SCR脱硝技术可有效降低NO x排放，减少大气污染。此外，该技术的能源消耗相对较低，对电厂运行成本的影响较小。未来的研究可进一步优化催化剂的设计和制备方法，以提高SCR脱硝技术的稳定性。
关键词：尿素热解制氨,SCR脱硝,电厂,应用研究
0引言
随着我国经济快速发展，电力需求不断增长，电厂作为能源供应的重要基地扮演着至关重要的角色，但电厂燃煤过程中产生的氮氧化物（NOx）排放严重影响大气环境质量。因此，减少NOx排放已成为当前电厂环保治理的重要任务。尿素热解制氨选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脱硝技术作为一种有效的NOx控制方法，在电厂脱硝领域得到广泛应用。该技术通过将尿素溶液喷入锅炉尾部烟气中，并在SCR催化剂的作用下与NOx发生反应，生成氮气和水蒸气。本文旨在探讨尿素热解制氨SCR脱硝技术在电厂中的应用研究，重点关注该技术在电厂运行过程中可能遇到的问题和挑战，如催化剂失活、氨逃逸等，并提出相应的解决方案，以提高尿素热解制氨SCR脱硝技术的脱硝效率[1]。
1尿素热解制氨SCR脱硝技术原理
尿素热解制氨SCR脱硝技术是一种常用的脱硝方法，通过在高温下将尿素分解产生的氨气与废气中的氮氧化物（NOx）进行反应，从而达到减少大气污染物排放的目的。尿素热解制氨SCR脱硝技术的原理是基于选择性催化还原（SCR）反应，将尿素与空气中的氧气进行反应，进行热解产生氨气。这个过程通常在高温条件下发生，一般在200~400℃范围内。热解反应的化学方程式如式（1）：
（NH2）2CO2NH3+CO2.（1）
尿素在高温下分解为氨气和二氧化碳。然后，将产生的氨气与废气中的NOx进行反应，生成氮气和水。该反应需要催化剂的存在，常用的催化剂是V2O5或钒钛催化剂。SCR反应的化学方程式如式（2）：
4NH3+4NO+O24N2+6H2O.（2）
氨气与氮氧化物在催化剂的作用下发生反应，生成氮气和水。
2主要工艺流程
尿素热解制氨SCR脱硝技术主要工艺流程是一种利用尿素进行脱硝的方法，其主要设备包括：干尿素储藏间、斗式提升机、尿素溶解罐、尿素溶液给料泵、尿素溶液储罐、循环/传输装置、计量和分配装置、背压控制阀、绝热分解室（内含喷射器）、电加热装置及控制装置等。尿素经过干尿素储藏间储存，并通过斗式提升机被提升至尿素溶解罐。在尿素溶解罐中，尿素与水反应形成尿素溶液。尿素溶液被尿素溶液给料泵抽送至尿素溶液储罐，尿素溶液从尿素溶液储罐经过循环/传输装置被输送至绝热分解室。绝热分解室内含有喷射器，用于将尿素溶液喷射入室内。在高温条件下，尿素溶液发生热解反应，产生氨气和二氧化碳。接下来，通过电加热装置对绝热分解室进行加热，以保持适宜的反应温度。同时，背压控制阀用于调节系统内的背压，确保反应的稳定性。产生的氨气通过循环/传输装置被输送至计量和分配装置，根据需要进行合适的配比并将氨气注入SCR脱硝系统，通过与氮氧化物发生反应，实现脱硝效果[2]。
3现有电厂采用尿素热解技术的情况
现有电厂采用尿素热解制氨SCR脱硝技术，虽然在减少氮氧化物排放方面取得了一定的效果，但也存在一些问题。
1）运行费用居高不下。尿素热解制氨SCR脱硝技术在运行过程中需要消耗大量的尿素，而尿素的价格相对较高。且该技术还需要额外投入用于热解尿素的设备和能源，无形中增加电厂的运行成本。
2）燃烧器运行不稳定。尿素热解制氨SCR脱硝技术中，燃烧器起到重要的作用，它通过燃烧产生高温气体，提供给尿素热解装置进行反应。然但由于燃烧过程中温度和压力的变化，燃烧器的运行往往不够稳定，可能会导致反应效果不佳，进而影响脱硝效率；
3）热解炉尾部易发生尿素存积。尿素热解后会产生一些残留物，这些残留物容易在热解炉的尾部堆积，形成尿素存积。尿素存积不仅会影响尿素热解装置的正常运行，还可能引发安全隐患，如堵塞管道或引管爆炸等[3]。
4尿素热解制氨SCR脱硝技术在电厂的应用
4.1稀释风升温方式的选择
由于热一次风风温仅为350℃,而脱硝厂家要求进入热解炉稀释风风温高达600~650℃,因此必须采取升温措施。在热解炉前设置燃烧器使用柴油或天然气作为燃料是一种传统的升温方法，然而这会导致较高的运行费用。在反复沟通和综合比选后，清苑热电厂最终选择采用设置电加热器的方式对热一次风进行升温加热。电加热器功率为800 kW，采用16回路供电，供电电压为380 V。这种方法的年运行费用为514.8万元，相较于燃烧柴油，运行费用降低了68.26%。然而，需要注意的是，电加热器需要将空气温度从350℃加热至650℃,因此其表面温度需要高达900℃以上。这种电加热器材料需要从国外进口，造价较高，约为140万元。然而，考虑到运行费用与使用柴油为燃料的运行费用之间的差价，不到一年就可以收回设备成本。采用电加热器后，单台机组会增加800 kW的用电负荷，对于300 MW的机组，相应的厂用电率会增加0.26个百分点[4]。
4.2热解室优化
在电厂应用尿素热解制氨SCR脱硝技术中，热解室的优化设计尤为重要。以某工程为例，该工程采用电加热器的升温方式，因此取消了传统的燃烧器。这种设计有效避免了使用柴油燃料时回火导致的燃烧器损坏问题。电加热器能够提供均匀稳定的加热，避免了燃烧器火焰对热解室壁面的局部损伤，同时减少了热解室内温度的波动，有利于提高热解反应的效率。此外，电加热器可以精确控制温度，满足热解反应对温度的严格要求热解室内部设计了合理的流场，确保了尿素蒸气在热解室内均匀分布，提高了热解反应的效率。同时，优化了热解室的密封性能，减少了热量损失，降低了能耗。取消燃烧器后，热解室的设计更加简洁，维护工作量也大大减少。整个热解系统更加安全可靠，为电厂提供了高效稳定的脱硝解决方案。因此，在电厂应用尿素热解制氨SCR脱硝技术时，优化热解室的设计，采用电加热器取代燃烧器，可以显著提高系统的安全性和经济性，为电厂实现高效脱硝提供了有力的技术支持。
4.3防止产生热解室微管尿素存积
通过对某热电厂的调研，发现热解室尾管存在尿素存积问题，主要原因是尿素未能充分热解。热解温度和尿素溶液的雾化程度是热解效果的关键因素。某热电厂实践表明，热解室尾部出口混合温度控制在320℃时效果最佳。因此，在某工程中，设置了温度测量装置实时监测尾管温度。同时，压缩空气压力对尿素雾化效果至关重要，最佳压力为0.6 MPa。此外，由于厂用压缩空气品质较差，清苑工程改用仪用压缩空气进行雾化，以解决尾管尿素存积问题[5]。
4.4尿素的采购和储存
尿素热解制氨SCR脱硝技术是当前电厂脱硝的主要方法，尿素采购与储存对电厂脱硝成本有重要影响。以某热电厂2×300 MW机组为例，其尿素年耗量约为4 796 t。尿素价格波动较大，2010年价格在1 500~2 000元/t之间。若在尿素价格较低时进行大量采购，并在电厂内增设尿素储存库，则可大幅降低脱硝成本。初步估算，一个100 m2的库房即可储存3 000 t尿素。在尿素价格波动中，储存尿素可节约成本150万元。因此，建议电厂增设尿素储存库，根据尿素价格变化适量储备尿素，以降低脱硝成本。这一优化设计将带来显著的经济效益[6]。
5总结
尿素热解制氨SCR脱硝技术在电厂的应用具有显著的环境效益和经济效益，对改善我国大气环境质量具有重要意义。然而，该技术在实际应用中仍需不断完善和优化。因此，未来的研究应该注重解决技术问题，并进一步提高技术的稳定性和可靠性，为电厂的清洁发展做出更大的贡献。
参考文献
[1]冯前伟，张彭，李存文，等.典型燃煤机组SCR脱硝还原剂尿素制氨技术经济比较分析[J].锅炉技术，2022，53（1）：76-80.
[2]黄雪松，刘高军，李金晶，等.1 000 MW燃煤机组尿素制氨系统选择与经济性分析[J].锅炉技术，2022，53（3）：75-80.
[3]汤金龙，李小萌，芦逸洲.SCR脱硝氨气制备供应系统的对比分析[J].广东化工，2022，49（12）：134-137.
[4]姚勇琦，贵沙，杨佳贤，等.燃煤电厂烟气脱硝尿素热解系统堵塞原因分析及对策研究[J].锅炉技术，2021，52（5）：72-78.
[5]王晗，杜建太，董云龙，等.M701F4联合循环机组脱硝系统改造及实践[J].河南科技，2023，42（14）：46-50.
[6]孟德龙.脱硝还原剂液氨改尿素在国能徐州电厂的应用研究[D].徐州：中国矿业大学，2022.
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