一种燃机脱硝尿素热解炉预防结晶堵塞系统及方法与流程

1.本发明涉及燃气电厂污染物治理领域，具体涉及一种燃机脱硝尿素热解炉预防结晶堵塞系统及方法。


背景技术：

2.目前国内燃煤机组或燃气机组绝大多数已完成nox的超低排放改造工作，主要采用低氮燃烧 选择性催化还原（scr）脱硝技术。scr脱硝技术是将氮还原剂按着一定的氨氮摩尔比由氨喷射格栅注入scr反应器入口并与烟气混合进入催化剂层，在催化剂的作用下将nox还原为n2和h2o。氮还原剂主要包括氨水、液氨和尿素，由于氨水工艺运输成本、投资成本及能耗均较高，因此很少采用，实际应用时主要采用液氨工艺和尿素工艺。由于液氨工艺的投资和运行成本具有较大优势，因此在国内的脱硝装置中的占有率高达80%以上。随着国家对安全生产要求的提高，越来越多的电厂选择采用尿素作为液氨的替代还原剂，以减轻安全生产的压力。
3.尿素制氨工艺主要包括尿素热解工艺和尿素水解工艺，热解技术在国内起步比水解技术早，因其具有技术成熟、系统简单、占地面积小及制氨响应速率快（5~30s）等特点，在脱硝行业得到了大面积推广。随着风电、光伏、水电、储能等技术的发展，当前国内火力发电机组面临深度调峰所带来机组负荷的多变也较为普遍，另外超低排放改造完成后脱硝装置出口控制的nox浓度更低，这些都给脱硝装置的日常运行带来更多压力。为了保证nox排放达标，运行人员往往采取过量喷氨的方式加以实现，对于采用热解工艺制氨的脱硝装置，过量喷氨将会增加尿素热解炉的负担，表现为热解炉内温度降低，热解反应不充分，会生成三聚氰酸、三聚氰胺、三异氰酸、乙二肟、缩二脲、缩三脲等中间产物，这些中间产物会沉积在热解炉壁面和下部出口位置处，随着运行时间的延长易引起结晶堵塞现象。一旦热解炉发生堵塞，将会大大削弱系统供氨能力，有的电厂甚至因堵塞导致高温稀释风机停转，严重影响机组的正常运行。导致热解炉堵塞的原因较多，其中最主要的影响因素是热解炉内的温度水平，应避免热解炉出现局部低温区，一般要求热解炉出口温度控制在350℃以上。
4.从国内燃气电厂余热锅炉脱硝装置运行情况来看，尿素热解炉堵塞案例也较为常见，由于各个地方政府出台了更为严格的地方标准，余热锅炉出口nox排放限制更低，所以尿素热解炉的正常稳定运行显得尤其重要。燃机脱硝尿素热解炉一般采用余热锅炉进口处的高温烟气作为热解稀释风，进入热解炉内的风量、风温及尿素喷射量等决定了热解炉内整体的温度水平，在一定负荷工况下，温度水平也通常较为明确。但在实际运行过程中存在低负荷运行及负荷突变等情况，热解炉内的温度水平不一定能满足运行要求，可能会增大热解副产物生成的风险。通过设法提高热解炉内的温度水平可以降低结晶堵塞的风险，如抽取余热锅炉入口处的高温烟气并辅以电加热器的加热，从环形加热管进口进入热解炉内部，将自身的热量传递至热解炉内，该部分烟气与热解炉内反应气体隔绝，在一定程度上能够提高热解炉内的整体温度水平，有助于预防尿素热解炉结晶堵塞问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对当前燃机脱硝装置尿素热解炉在机组低负荷运行期间或在负荷突变引起尿素喷射量波动较大情况下，热解炉内整体温度水平无法有效保证，导致热解副产物生成量增加，长久运行引起热解炉结晶堵塞，不能正常供氨，脱硝装置出口nox排放浓度存在较大的超标风险等问题，提出了一种燃机脱硝尿素热解炉预防结晶堵塞系统及方法。
6.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种燃机脱硝尿素热解炉预防结晶堵塞系统，其特征在于：包括尿素热解系统和高温烟气辅助加热系统；所述尿素热解系统包括高温稀释风机、尿素热解炉、计量分配装置和雾化喷枪，所述高温稀释风机的进口与余热锅炉连接，所述高温稀释风机的出口与尿素热解炉连接，所述计量分配装置与雾化喷枪相连，所述雾化喷枪安装在尿素热解炉的上部，所述尿素热解炉的底部通过热解炉出口管道与喷氨格栅相连；所述高温烟气辅助加热系统包括高温风机、电加热器、进气集箱、环形加热管、出气集箱和热电偶，所述高温风机的进口通过高温烟气引出管与余热锅炉相连，所述高温烟气引出管的外表面布置有a保温层，所述高温风机的出口与电加热器连接，所述电加热器通过进气集箱进口管与进气集箱的底部相连，所述进气集箱与尿素热解炉的外壁相连，所述进气集箱通过环形加热管进气口与环形加热管连通，所述环形加热管进气口与进气集箱垂直布置，所述环形加热管位于尿素热解炉的内部，所述环形加热管通过环形加热管出气口与出气集箱连通，所述环形加热管出气口与出气集箱垂直布置，所述出气集箱与尿素热解炉的外壁相连，所述出气集箱与进气集箱相邻布置，所述出气集箱的底部与出气集箱出口管相连，所述出气集箱出口管连接至余热锅炉，所述出气集箱出口管的外表面布置有b保温层，所述进气集箱和所述出气集箱的外表面以及两者之间的空隙布置有c保温层，所述热电偶设置在尿素热解炉的底部。
7.进一步的，所述高温烟气引出管、进气集箱进口管和出气集箱出口管采用碳钢材质；所述进气集箱、环形加热管和出气集箱采用304不锈钢材质；所述高温风机采用离心式，共设置有2台，1运1备，压头应能满足克服高温烟气辅助加热系统阻力的要求；所述电加热器设置有1台，具备将烟气加热至650℃的能力；所述环形加热管沿着尿素热解炉的纵向方向均匀布置，主要分布在尿素热解炉的圆柱体段，数量若干，相邻的环形加热管之间间距（管子的最外侧间距）为100~150mm，其圆心位于所述尿素热解炉的轴线上，两端采用焊接方式与所述尿素热解炉的内壁固定；所述进气集箱与出气集箱采用焊接方式与尿素热解炉的外壁固定。
8.正常运行时，由高温烟气引出管引出的高温烟气不经电加热器的加热直接进入环形加热管参与换热；由热电偶反馈的温度信号传递至电加热器，电加热器根据尿素热解炉的出口温度是否超过350℃，判断是否启动加热程序；若尿素热解炉的出口温度低于350℃，则启动加热升温模式直至尿素热解炉的出口温度达到350℃，之后根据电加热器的出口烟温信号进入恒温加热模式；若电加热器启动运行期间尿素热解炉的出口温度高于360℃，则自动停止加热直至尿素热解炉的出口温度达到350℃，并根据电加热器的出口烟温信号进入恒温加热模式；若电加热器未启动，运行期间尿素热解炉的出口温度在350℃以上，则电加热器始终处于停运状态。
9.进一步的，所述高温烟气引出管、进气集箱进口管及出气集箱出口管尽量减少弯
头数量，弯头处做圆滑过渡处理；所述出气集箱出口管接入余热锅炉的位置位于催化剂层的下游；所述进气集箱与出气集箱之间的c保温层的厚度至少为300mm。
10.在设计时应考虑所述环形加热管内的烟气流速，保证烟气在所述环形加热管内有足够长的停留时间，不少于4s；所述高温风机的入口烟气量小于高温稀释风机的入口烟气量的10%，烟气在所述尿素热解炉内经过换热后汇入余热锅炉的脱硝催化剂层下游，对总排口的nox影响较小，基本可以忽略不计。
11.尿素热解炉预防结晶堵塞方法如下：来自燃机的高温烟气经由余热锅炉进口进入余热锅炉，高温稀释风机从余热锅炉进口处引出一股高温烟气并进入尿素热解炉内；来自计量分配装置的尿素溶液经由雾化喷枪喷入尿素热解炉内发生热解反应，反应后的混合气从热解炉出口管道引出并由喷氨格栅喷入催化剂层上游与烟气混合并在催化剂层发生还原反应，实现脱硝目的；通过高温烟气引出管引出部分高温烟气经由高温风机进入电加热器，经电加热器的辅助加热后，高温烟气由进气集箱进口管进入进气集箱；进气集箱内的高温烟气由环形加热管进气口进入环形加热管，在尿素热解炉内释放热量后经由环形加热管出气口汇入出气集箱，出气集箱内的烟气经由出气集箱出口管汇入余热锅炉的脱硝催化剂层下游换热模块内；a保温层、b保温层、c保温层分别用于减少高温烟气引出管、出气集箱出口管、进气集箱及出气集箱的散热损失；通过引出高温烟气结合电加热器的辅助加热，为尿素热解炉提供了额外热源，保证了尿素热解炉的出口烟温始终不低于350℃，从而达到预防尿素热解炉结晶堵塞的目的。
12.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过本发明中的系统及方法，可以充分利用余热锅炉入口处的高温烟气热量，在尽量减少电能消耗的前提下有效提升热解炉内的整体温度水平，保证热解炉出口混合气的温度不低于350℃，大幅降低热解炉堵塞的风险，进而减少热解炉的检修维护工作量；引出的高温烟气含尘量极低，环形加热管基本不存在积灰堵塞风险；环形加热管纵向多层布置，热解炉内换热较为均匀；热解炉温度水平提高，热解反应速率加快，响应负荷变化的能力有所增强；由于热解炉堵塞风险大幅降低，可以避免高温稀释风机超负荷运行。
13.通过本发明中的系统及方法，可以解决燃机在低负荷运行阶段及负荷突变情况下引起的热解炉温度水平偏低、热解副产物增加等问题，从而达到预防热解炉结晶堵塞的目的，同时有助于提高热解反应速率和热解制氨系统的运行稳定性，对于燃气电厂脱硝尿素热解炉的设计、运行具有重要的指导意义，为燃气电厂nox的达标排放提供了有效保障。
附图说明
14.图1是本发明实施例的系统结构示意图。
15.图2是本发明实施例的尿素热解炉中间圆柱体段的立体结构示意图。
16.图3是本发明实施例的尿素热解炉中间圆柱体段的俯视剖面图。
17.图中：来自燃机的高温烟气1、余热锅炉进口2、余热锅炉3、高温稀释风机4、尿素热解炉5、计量分配装置6、雾化喷枪7、热解炉出口管道8、喷氨格栅9、高温烟气引出管10、高温风机11、a保温层12、电加热器13、进气集箱进口管14、进气集箱15、环形加热管进气口16、环形加热管17、环形加热管出气口18、出气集箱19、出气集箱出口管20、b保温层21、c保温层22、热电偶23。
具体实施方式
18.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
19.实施例。
20.参见图1至图3，本实施例中，一种燃机脱硝尿素热解炉预防结晶堵塞系统，包括尿素热解系统和高温烟气辅助加热系统；尿素热解系统包括高温稀释风机4、尿素热解炉5、计量分配装置6和雾化喷枪7，高温稀释风机4的进口与余热锅炉3连接，高温稀释风机4的出口与尿素热解炉5连接，计量分配装置6与雾化喷枪7相连，雾化喷枪7安装在尿素热解炉5的上部，尿素热解炉5的底部通过热解炉出口管道8与喷氨格栅9相连；高温烟气辅助加热系统包括高温风机11、电加热器13、进气集箱15、环形加热管17、出气集箱19和热电偶23，高温风机11的进口通过高温烟气引出管10与余热锅炉3相连，高温烟气引出管10的外表面布置有a保温层12，高温风机11的出口与电加热器13连接，电加热器13通过进气集箱进口管14与进气集箱15的底部相连，进气集箱15与尿素热解炉5的圆柱体段相连，进气集箱15通过环形加热管进气口16与环形加热管17连通，环形加热管进气口16与进气集箱15垂直布置，环形加热管17位于尿素热解炉5的内部，环形加热管17通过环形加热管出气口18与出气集箱19连通，环形加热管出气口18与出气集箱19垂直布置，出气集箱19与尿素热解炉5的圆柱体段相连，出气集箱19与进气集箱15相邻布置，出气集箱19的底部与出气集箱出口管20相连，出气集箱出口管20连接至余热锅炉3，出气集箱出口管20的外表面布置有b保温层21，进气集箱15和出气集箱19的外表面以及两者之间的空隙布置有c保温层22，热电偶23设置在尿素热解炉5的底部。
21.本实施例中，高温烟气引出管10、进气集箱进口管14和出气集箱出口管20采用碳钢材质；进气集箱15、环形加热管17和出气集箱19采用304不锈钢材质；高温风机11采用离心式，共设置有2台，1运1备，压头应能满足克服高温烟气辅助加热系统阻力的要求；电加热器13设置有1台，具备将烟气加热至650℃的能力；环形加热管17沿着尿素热解炉5的纵向方向均匀布置，主要分布在尿素热解炉5的圆柱体段，数量若干，相邻的环形加热管17之间间距（管子的最外侧间距）为100~150mm，其圆心位于尿素热解炉5的轴线上，两端采用焊接方式与尿素热解炉5的内壁固定；进气集箱15与出气集箱19采用焊接方式与尿素热解炉5的外壁固定。
22.正常运行时，由高温烟气引出管10引出的高温烟气不经电加热器13的加热直接进入环形加热管17参与换热；由热电偶23反馈的温度信号传递至电加热器13，电加热器13根据尿素热解炉5的出口温度是否超过350℃，判断是否启动加热程序；若尿素热解炉5的出口温度低于350℃，则启动加热升温模式直至尿素热解炉5的出口温度达到350℃，之后根据电加热器13的出口烟温信号进入恒温加热模式；若电加热器13启动运行期间尿素热解炉5的出口温度高于360℃，则自动停止加热直至尿素热解炉5的出口温度达到350℃，并根据电加热器13的出口烟温信号进入恒温加热模式；若电加热器13未启动，运行期间尿素热解炉5的出口温度在350℃以上，则电加热器13始终处于停运状态。
23.本实施例中，高温烟气引出管10、进气集箱进口管14及出气集箱出口管20尽量减少弯头数量，弯头处做圆滑过渡处理；出气集箱出口管20接入余热锅炉3的位置位于催化剂层的下游；进气集箱15与出气集箱19之间的c保温层22的厚度至少为300mm。
24.在设计时应考虑环形加热管17内的烟气流速，保证烟气在环形加热管17内有足够长的停留时间，不少于4s；高温风机11的入口烟气量小于高温稀释风机4的入口烟气量的10%，烟气在尿素热解炉5内经过换热后汇入余热锅炉3的脱硝催化剂层下游，对总排口的nox影响较小，基本可以忽略不计。
25.尿素热解炉预防结晶堵塞方法如下：来自燃机的高温烟气1经由余热锅炉进口2进入余热锅炉3，高温稀释风机4从余热锅炉进口2处引出一股高温烟气并进入尿素热解炉5内；来自计量分配装置6的尿素溶液经由雾化喷枪7喷入尿素热解炉5内发生热解反应，反应后的混合气从热解炉出口管道8引出并由喷氨格栅9喷入催化剂层上游与烟气混合并在催化剂层发生还原反应，实现脱硝目的；通过高温烟气引出管10引出部分高温烟气经由高温风机11进入电加热器13，经电加热器13的辅助加热后，高温烟气由进气集箱进口管14进入进气集箱15；进气集箱15内的高温烟气由环形加热管进气口16进入环形加热管17，在尿素热解炉5内释放热量后经由环形加热管出气口18汇入出气集箱19，出气集箱19内的烟气经由出气集箱出口管20汇入余热锅炉3的脱硝催化剂层下游换热模块内；a保温层12、b保温层21、c保温层22分别用于减少高温烟气引出管10、出气集箱出口管20、进气集箱15及出气集箱19的散热损失；通过引出高温烟气结合电加热器13的辅助加热，为尿素热解炉5提供了额外热源，保证了尿素热解炉5的出口烟温始终不低于350℃，从而达到预防尿素热解炉5结晶堵塞的目的。
26.本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
27.虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。