电加热器在电厂脱硝SCR尿素热解中的应用浅析

电加热器在电厂脱硝SCR尿素热解中的应用浅析

邹青

（浙江浙大网新环境工程有限公司浙江杭州310012）

摘要：国家对大气污染治理进一步深入,特别是燃煤锅炉都必须有配备净化设施，如脱硝装置。烟气脱硝技术主要分为SCR和SNCR技术，SCR技术在电站锅炉上得到了广泛的应用，本文主要介绍电加热器在尿素热解炉中的应用。

关键词：SCR；电加热器；热损失，功率

前言

随着国家推行的“十三五规划”，加大了对火力发电厂大气污染排放物的控制，进一步推进了烟气脱硝技术迅速发展。目前脱硝技术主要有SCR技术和SNCR技术,这些脱硝技术，都是以纯液氨、尿素和氨水作为烟气脱硝还原剂，氨水安全性高，需要存储容积大的罐和箱，运输和存储成本高。而液氨是一种纯度高，易挥发，有强烈刺激性气味的无色液体，属于高危险品，需要储存设备小，但运输和存储过程中存在一定危险性。尿素属于固体，不属于危险品，运输方便。尿素作为还原剂脱硝系统运行安全可靠。

目前为了提高火力发电厂运行安全水平，杜绝危险源，尿素热解技术在脱硝SCR技术广泛应用。而电加热器在热解技术中起到关键的作用，这篇文章结合公司的实际情况，根据实例分析介绍了热解炉电加热器在SCR系统的作用以及选型问题。

1尿素热解技术介绍

1.1尿素热解工艺系统描述

将尿素颗粒通过尿素输送系统送到尿素溶液罐内，利用罐内蒸汽加热系统加热使其溶解。尿素溶解罐中溶解为尿素溶液，尿素溶液经过尿素供应系统送入尿素热解系统，尿素溶液经过计量模块计量，然后送入经过电加热器加热形成的高温气体，进入热解炉进行热解，尿素溶液经过热解，生成为氨气，二氧化碳和水。利用稀释风机对尿素热解产物进行充分稀释，保证氨空比不超过5%，稀释后的氨气被送入脱硝反应器喷氨格栅。氨气和中段省煤器出口的烟气充分混合、均流后，在三层催化剂区域和氮氧化物充分反应，生成产物为氮气和水，从而达到减少烟气中氮氧化物的目的，反应后的烟气依次流经低温省煤器、空预器、脱硫装置，最后经烟囱排入大气。

1.2尿素热解原理

尿素溶液经过计量装置雾化后喷入热解炉中，在高温条件下首先热解为氨气和异氰酸，然后异氰酸与水反应，生成氨气和二氧化碳，反应方程式如下：

CO(NH2)2NH3+HCNOH2O+CO(NH2)2NH3+CO2

热解反应产生的氨气通过喷氨格栅喷射到锅炉垂直烟道烟气中，与烟气中的氮氧化物反应，生成氮气和水，符合环保标准的烟气排入大气中。脱硝主要反应如下：

4NO+4NH3+O24N2+6H2ONO+NO2+2NH32N2+H2O

2尿素热解中电加热器设备

2.1简述脱硝SCR系统中电加热器的应用和功能

尿素溶液热解系统作为尿素热解制氨还原系统重要组成部分，下面只着重介绍尿素溶液热解部分。尿素溶液热解系统主要包含：计量和分配设备、绝热分解室、热风加热系统及控制装置等。将尿素溶解为40%-60%浓度的溶液通过尿素溶液输送泵和被压控制阀送入尿素热解系统,，经过计量和雾化装置进入热解炉分解，绝热分解炉内高温空气来自热二次风，为了稳定进入绝热热解炉内热空气的温度，绝热分解炉前设置了电加热器，尿素溶液热解后，送入脱硝反应器中参与化学反应。

2.2电加热器原理

电加热器由电加热器管、加热器壳体及其内部固定支架组成。电加热器管是管状电热元件，由金属管螺旋状电阻丝及结晶氧化镁粉等组成的。在不锈钢无缝管内均匀地分布高温电阻丝，在空隙部分填入导热性能和绝缘性能良好的结晶氧化镁粉，结构不但先进，热效率高，发热均匀，高温电阻丝中有电流通过时，产生的热通过氧化镁粉向金属管表面扩散，再传递到被流动的空气中去，从而达到加热的目的。

3电加热器功率计算

电加热器在尿素热解系统是至关重要的设备，若电加热器在使用过程中，其热能不满足尿素热解，会造成热解不完全和生成的氨气产物不足，会导致脱硝反应器中氨气量不够，减少脱除烟气中氮氧化物，造成大气污染物排放不达标。因而电加热器功率计算是否满足系统要求显得尤为重要。

3.1计算电加热器基本思路

首先，电加热器功率的计算要注意以下三个方面：起动时的功率、运行功率、系统中的热损失、考虑合适的安全系数；其次，计算时要考虑以下最恶劣的情况：最低的环境温度、最短的运行周期、最高的运行温度、加热介质的最大重量（流动介质则为最大流量）。

3.2以某电厂脱硝SCR尿素热解电加热器项目为实例计算举例：

有一个进、出口的管道加热器，直径为DN300m，总长4132mm，容器重量约为1200kg。要求进口为DN250mm，温度为210℃，出口为DN300mm，进风量为1300Nm3/h。加热器外部采用硅酸铝棉保温，保温厚度为350mm.为了保证出口风温在600~650℃，需要多大的功率才能满足所要的温度。现场供货中电加热器功率为240KW,但实际投运过程中，未能达到设计值600~650℃。为此我们来计算此容器究竟需要多大功率的电加热器？

技术数据：空气的比热：0.24kcal/kg℃；钢的比热：0.12kcal/kg℃；保温层损失（在650℃时）171.89W/m；容器的面积：0.292m2；保温层的面积：3.24m2。

起动时加热所需要的功率：

容器内空气的加热：

C1M1△T=0.24×(1.293×1300）×(650－210)=177503.4kcal

容器自身的加热：C2M2△T=0.12×1200×(650－210)=66360kcal

平均保温层热损失：4.132×171.89×1/2×864/1000=306.83kcal

初始加热需要的能量为：

（177503.4+66360+306.83）×1.2=292680.276kcal/kg℃

工作时需要的功率：

介质流动所需要的热量：

1.293*1300×(650－210)×0.24=177503.4kcal

工作加热的功率为:（177503.4+306.83）×1.2&pide;864=246.95KW

初始加热的功率大于工作时需要的功率，加热器选择的功率至少要338.7kw。最终选取的加热器功率为350kw。

4结束语

综上所述，所供货的电加热器设备没有达到脱硝系统所需要求，仅考虑流动介质的热量来计算加热器功率，还需考虑如本体所需热量、外部散热损失、最恶劣的环境、系统安全因素等等，因此选择合理的电加热器是保证脱硝尿素热解炉温度运行的前提，也是保证大气污染物治理排放达标的根本。

参考文献

[1]杜成章，刘城.尿素热解和水解在锅炉烟气脱硝工程中的应用[J].华北电力技术.2010（06）.

[2]陈进生.火电厂烟气脱硝技术–选择性催化还原法[J].北京中国电力出版社.

[3]邹盛欧.保温层热损失的简易算法[J].医药工程设计.198606(11).

作者简介

邹青,男,汉族,2004年毕业郑州电力高等专科学校,主要从事电力系统锅炉环保脱硫脱硝工作。