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摘要：随着国内经济的发展与现代化进程的加快，能源的消耗量越来越大，环境污染问题也随之越来越严重，经济发展方式的转变与污染的控制逐渐受到国家与社会的广泛关注，因此燃煤电厂锅炉的烟气排放标准也越来越严格。为减少大气中的氮氧化物和酸雨问题，燃煤烟气的脱硝就显得尤为重要。因尿素的运输、储存安全性高，作为还原剂进行脱硝备受关注。本文基于对采用尿素为还原剂的选择性催化还原技术（SCR）、选择性非催化还原技术（SNCR）和喷淋洗涤法三种脱硝方法的分析，探究不同技术应用过程存在的问题，并提出相应解决措施，以期各位同行参考。
关键词：尿素;还原剂;燃煤技术;脱硝
依据火电容量的预测与燃煤增量的估计，十二五期间我国的火电电厂NO。x的排放总量将由2010年的l050X104 t增至1200 X104t左右。这将极大地危害人身健康和国民经济的可持续发展。鉴于NOx对大气环境的不利影响以及目前火电厂NOx排放控制的严峻形势， 根据中华人民共和国国家标准GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》规定，自2012年1月1日起新建的火力发电厂二氧化硫的排放限值为≤100mg/Nm3，特别排放限值为≤50mg/Nm3。另根据国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局三部委联合发布的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》【发改能源[2014]2093号文】通知中的要求，东部地区新建燃煤发电机组大气污染物中氮氧化物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量6%条件下，氮氧化物排放浓度不高于50mg/Nm3），中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。由此可知，控制燃煤电厂NOx排放量是电力企业污染重点治理工作之一。
一、尿素制氨SCR脱硝技术
SCR由于其反应温度较低、脱硝效率高（其脱硝效率可达到90%以上）、运行可靠及二次污染小等优点，成为控制烟气中NOx的首选方法。在SCR技术中，催化剂是核心，其成本约占SCR系统总成本的20%～40%，催化剂的性能直接影响NOx的脱除效果。还原剂的来源主要有液氨、氨气和尿素三种。出于安全性及实用性的考虑，尿素—氨转化系统生成NH，得到了更为广泛的应用与关注[1]。
（一）工艺原理
尿素制氨工艺一般采用水解法或热解法。水解法是将尿素以水溶液的形式加以分解，热解法是直接快速加热雾化后的尿溶液，得到固态或熔化态尿素，纯尿素在加热条件下分解，为SCR提供氨。
1.水解法
尿素水解法制氨的工艺原料为干态颗粒尿素，使用高温、高压蒸汽对尿素溶液进行水解，得到最终产物为NH3、CO2和H20的混合物，减压后直接进入SCR系统喷氨装置。反应为分两步进行的吸热反应，在一定的压力和温度条件下反应达到平衡，通过控制反应温度的升高和降低来控制产生氨气混合气体的数量，从而适应不同锅炉负荷的变化。水解反应器在一个较高温度及压力接近平衡的工况条件下运行，利用蒸汽间接换热，反应器维持一个闭合的物料平衡。在反应过程中，要使尿素的水溶液水解成NH3，需要一定的条件和时间，因此其跟踪机组负荷变化的速度稍慢，响应时间约5—15min。
2.热解法
其反应过程是将高浓度的尿素溶液喷入热解室，在温度300—650℃热烟气或热风条件下，液滴蒸发，得到固态或者熔化态的尿素。纯尿素在加热条件下分解，为SCR反应提供氨气。但是，尿素在150℃条件下不稳定，分解生成HNCO和NH3。HNCO在水蒸汽存在的条件下发生水解，生成NH3和CO2。NH3作为SCR还原剂，在催化剂作用下将NO还原成N2和H2O。热解法属于直接快速加热雾化后的尿素溶液进行分解，跟踪机组负荷变化的速度较快，响应时间仅为5～10 s。由于控制反应条件不同，这两种方法产生的污染物也不一样。热解法原则上不会产生造成SCR设备堵塞的聚合物。由于水解法是在高压条件下进行，水解反应器内又储存着NH，这样氨溶液造成设备腐蚀导致泄漏[2]。全面比较尿素水解和热解技术后发现，热解技术比水解技术具有一定的优越性，尤其在运行响应时间和腐蚀方面。
（二）系统组成及特点
尿素热解制氨SCR与液氨SCR工艺具有同等的脱硝性能。首先，在溶解系统中将尿素配制成质量浓度为40%～50%的尿素溶液，然后将其输送到储罐，尿素溶液经过大流量循环装置后，一部分输送到计量和分配装置，由喷射器喷入绝热分解室。热解室利用天然气或柴油燃烧后的烟气进行加热，助燃空气为冷空气或者空气预热器的出口热风（也可直接采用电加热，稀释空气采用空气预热器的出口热风）。雾化的尿素溶液在热解室完全分解，分解产物NH，与稀释空气混合后进入SCR喷氨系统。尿素热解法制氨工艺具有以下特点：操作简单可靠，基本不需要人力和维护;跟踪机组负荷变化能力较强，响应时间短;没有高压容器，不产生中间聚合物，无氨泄漏，不存在安全隐患;尿素系统不需防火和安全间距，占地面积小。
二、尿素为还原剂的SNCR脱硝技术
（一）工艺原理
以NH尿素等为还原剂，雾化后注入锅炉或者靠炉内的热量蒸发雾化。在适宜的温度范围内，气相的氨或尿素分解为自由基NH3和NH2。在特定的炉膛温度（900—1150 ℃）和氧存在的条件下，还原剂与NOx的反应优于其他反应。因此，可以认为是选择性化学过程。烟气所含NOx中90%为NO，所以脱硝过程以脱除NO为主，对于大型电站锅炉，其脱硝效率控制在20～40%之间。
（二）系统组成及特点
由于SNCR是利用炉膛高温获得较高的活化能，所以，它不需要催化剂。SNCR系统主要由尿素溶液储存与制备系统、尿素溶液稀释模块、尿素溶液传输模块、尿素溶液计量模块以及尿素溶液喷射系统组成。由于尿素以固体形式运输，需要先将其溶解制备成质量浓度为～50%的尿素溶液，尿素溶液经尿素溶液输送泵输送至计量分配模块之前，与稀释水模块输送过来的水混合，尿素溶液被稀释为10%的尿素溶液，然后在喷入炉膛之前，再经过计量分配装置的精确计量分配至每个喷枪，然后经喷枪喷入炉膛，进行脱硝还原反应。SNCR技术具有以下优点：结构简单，不需要改变现有锅炉的设备设置，而只需在现有的燃煤锅炉的基础上增加氨或尿素储槽，氨或尿素喷射装置及其喷射口即可;系统投资小;阻力小;对锅炉的正常运行影响较小;占地面积小。 三、尿素喷淋洗涤技术
（一）反应机理
尿素法烟气喷淋洗涤技术可同时脱硫、脱硝、除尘，烟气经过尿素吸收剂与添加剂混合液一次性洗涤。烟气与尿素溶液接触，其中的NO。被还原生成N2，尿素反应生成CO2和H2O;SO2则与尿素反应生成硫酸铵，净化后的烟气由烟囱直接排放，反应溶液可制成肥料综合利用，其脱硝效率控制在 %之间。请作者核实后填上
（二）工艺系统
燃煤电厂锅炉烟气经除尘器除尘后，从塔底进入吸收塔，烟气在吸收塔内完成脱硫、脱硝，净烟气经除雾器除雾后进入烟囱排入大气。吸收液由循环水池经水泵增压后自塔顶喷淋而下。气液两相在塔内完成洗涤、吸收。吸收后尾液流向塔底进入循环池沉淀池中沉淀分离。分离后上部尾液泵入蒸发浓缩系统。沉淀分离池底部的灰渣泵去灰渣池进一步分离，分离液回循环池。烟气经过吸收剂与添加剂混合液一次性洗涤，烟气中SO2、NOx，同时被吸收净化，副产物为铵肥可以回收利用。该技术工艺流程、设备简单，操作人员少、易操作维护，投资和运行费用低，具有较好的经济效益、环境效益和社会效益[3]。
四、存在问题及解决措施
（一）尿素运输进料问题
采用尿素作为还原剂的优点是流程简捷、安全可靠。但调研发现，国内尿素都采用袋装形式，无散装尿素，且没有专门用来运送散装尿素的罐车，无法解决尿素在运输过程中的吸潮现象。在国内SNCR或SCR技术运用的过程中解决途径：将尿素存放车间，当配制尿素溶液时，采用人工作业的方式，用起重机将尿素运至卸料平台，通过人工将尿素倒进卸料斗内，进入尿素配制罐。其特点是：投资少，设计简单，布置容易，但工人的劳动强度大，尿素配料浓度准确度不高。
（二）尿素在运输过程中结晶问题
由于尿素溶解过程是吸热反应，其溶解热高达～241.8 J/g。因此，尿素溶液在输送的过程中容易结晶。在尿素溶液的配制过程中需配置功率强大的热源，最经济的就是利用电厂的蒸汽进行加热。在尿素溶液的管道输送过程中，可以采用蒸汽管道伴热方式，即在尿素管道旁边伴随1根蒸汽管道，然后把两根管道做整体保温处理。
（三）尿素管路结垢问题
在整个尿素脱硝工艺中，尿素溶液总是处于被加热状态。若尿素的溶解水和稀释水的硬度过高，在加热过程中水中的钙、镁离子会造成脱硝系统的管路结垢、堵塞，可在尿素中添加阻垢剂或采用除盐水作为脱硝工艺水。
参考文献：
[1]赵冬贤，刘绍培.尿素热解制氨技术在SCR脱硝中的应用[J].热力发电，2009，38（8）：65—67.
[2]彭代军.锅炉烟气脱硝尿素热解与水解制氨技术对比[J].能源与节能，2014，7（1）：185-187.
[3]孙艺心.尿素热解制备还原剂系统在脱硝改造项目上的应用[J].应用能源技术，2013，5（7）：12-14.
关键词：尿素;还原剂;燃煤技术;脱硝
依据火电容量的预测与燃煤增量的估计，十二五期间我国的火电电厂NO。x的排放总量将由2010年的l050X104 t增至1200 X104t左右。这将极大地危害人身健康和国民经济的可持续发展。鉴于NOx对大气环境的不利影响以及目前火电厂NOx排放控制的严峻形势， 根据中华人民共和国国家标准GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》规定，自2012年1月1日起新建的火力发电厂二氧化硫的排放限值为≤100mg/Nm3，特别排放限值为≤50mg/Nm3。另根据国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局三部委联合发布的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》【发改能源[2014]2093号文】通知中的要求，东部地区新建燃煤发电机组大气污染物中氮氧化物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量6%条件下，氮氧化物排放浓度不高于50mg/Nm3），中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。由此可知，控制燃煤电厂NOx排放量是电力企业污染重点治理工作之一。
一、尿素制氨SCR脱硝技术
SCR由于其反应温度较低、脱硝效率高（其脱硝效率可达到90%以上）、运行可靠及二次污染小等优点，成为控制烟气中NOx的首选方法。在SCR技术中，催化剂是核心，其成本约占SCR系统总成本的20%～40%，催化剂的性能直接影响NOx的脱除效果。还原剂的来源主要有液氨、氨气和尿素三种。出于安全性及实用性的考虑，尿素—氨转化系统生成NH，得到了更为广泛的应用与关注[1]。
（一）工艺原理
尿素制氨工艺一般采用水解法或热解法。水解法是将尿素以水溶液的形式加以分解，热解法是直接快速加热雾化后的尿溶液，得到固态或熔化态尿素，纯尿素在加热条件下分解，为SCR提供氨。
1.水解法
尿素水解法制氨的工艺原料为干态颗粒尿素，使用高温、高压蒸汽对尿素溶液进行水解，得到最终产物为NH3、CO2和H20的混合物，减压后直接进入SCR系统喷氨装置。反应为分两步进行的吸热反应，在一定的压力和温度条件下反应达到平衡，通过控制反应温度的升高和降低来控制产生氨气混合气体的数量，从而适应不同锅炉负荷的变化。水解反应器在一个较高温度及压力接近平衡的工况条件下运行，利用蒸汽间接换热，反应器维持一个闭合的物料平衡。在反应过程中，要使尿素的水溶液水解成NH3，需要一定的条件和时间，因此其跟踪机组负荷变化的速度稍慢，响应时间约5—15min。
2.热解法
其反应过程是将高浓度的尿素溶液喷入热解室，在温度300—650℃热烟气或热风条件下，液滴蒸发，得到固态或者熔化态的尿素。纯尿素在加热条件下分解，为SCR反应提供氨气。但是，尿素在150℃条件下不稳定，分解生成HNCO和NH3。HNCO在水蒸汽存在的条件下发生水解，生成NH3和CO2。NH3作为SCR还原剂，在催化剂作用下将NO还原成N2和H2O。热解法属于直接快速加热雾化后的尿素溶液进行分解，跟踪机组负荷变化的速度较快，响应时间仅为5～10 s。由于控制反应条件不同，这两种方法产生的污染物也不一样。热解法原则上不会产生造成SCR设备堵塞的聚合物。由于水解法是在高压条件下进行，水解反应器内又储存着NH，这样氨溶液造成设备腐蚀导致泄漏[2]。全面比较尿素水解和热解技术后发现，热解技术比水解技术具有一定的优越性，尤其在运行响应时间和腐蚀方面。
（二）系统组成及特点
尿素热解制氨SCR与液氨SCR工艺具有同等的脱硝性能。首先，在溶解系统中将尿素配制成质量浓度为40%～50%的尿素溶液，然后将其输送到储罐，尿素溶液经过大流量循环装置后，一部分输送到计量和分配装置，由喷射器喷入绝热分解室。热解室利用天然气或柴油燃烧后的烟气进行加热，助燃空气为冷空气或者空气预热器的出口热风（也可直接采用电加热，稀释空气采用空气预热器的出口热风）。雾化的尿素溶液在热解室完全分解，分解产物NH，与稀释空气混合后进入SCR喷氨系统。尿素热解法制氨工艺具有以下特点：操作简单可靠，基本不需要人力和维护;跟踪机组负荷变化能力较强，响应时间短;没有高压容器，不产生中间聚合物，无氨泄漏，不存在安全隐患;尿素系统不需防火和安全间距，占地面积小。
二、尿素为还原剂的SNCR脱硝技术
（一）工艺原理
以NH尿素等为还原剂，雾化后注入锅炉或者靠炉内的热量蒸发雾化。在适宜的温度范围内，气相的氨或尿素分解为自由基NH3和NH2。在特定的炉膛温度（900—1150 ℃）和氧存在的条件下，还原剂与NOx的反应优于其他反应。因此，可以认为是选择性化学过程。烟气所含NOx中90%为NO，所以脱硝过程以脱除NO为主，对于大型电站锅炉，其脱硝效率控制在20～40%之间。
（二）系统组成及特点
由于SNCR是利用炉膛高温获得较高的活化能，所以，它不需要催化剂。SNCR系统主要由尿素溶液储存与制备系统、尿素溶液稀释模块、尿素溶液传输模块、尿素溶液计量模块以及尿素溶液喷射系统组成。由于尿素以固体形式运输，需要先将其溶解制备成质量浓度为～50%的尿素溶液，尿素溶液经尿素溶液输送泵输送至计量分配模块之前，与稀释水模块输送过来的水混合，尿素溶液被稀释为10%的尿素溶液，然后在喷入炉膛之前，再经过计量分配装置的精确计量分配至每个喷枪，然后经喷枪喷入炉膛，进行脱硝还原反应。SNCR技术具有以下优点：结构简单，不需要改变现有锅炉的设备设置，而只需在现有的燃煤锅炉的基础上增加氨或尿素储槽，氨或尿素喷射装置及其喷射口即可;系统投资小;阻力小;对锅炉的正常运行影响较小;占地面积小。 三、尿素喷淋洗涤技术
（一）反应机理
尿素法烟气喷淋洗涤技术可同时脱硫、脱硝、除尘，烟气经过尿素吸收剂与添加剂混合液一次性洗涤。烟气与尿素溶液接触，其中的NO。被还原生成N2，尿素反应生成CO2和H2O;SO2则与尿素反应生成硫酸铵，净化后的烟气由烟囱直接排放，反应溶液可制成肥料综合利用，其脱硝效率控制在 %之间。请作者核实后填上
（二）工艺系统
燃煤电厂锅炉烟气经除尘器除尘后，从塔底进入吸收塔，烟气在吸收塔内完成脱硫、脱硝，净烟气经除雾器除雾后进入烟囱排入大气。吸收液由循环水池经水泵增压后自塔顶喷淋而下。气液两相在塔内完成洗涤、吸收。吸收后尾液流向塔底进入循环池沉淀池中沉淀分离。分离后上部尾液泵入蒸发浓缩系统。沉淀分离池底部的灰渣泵去灰渣池进一步分离，分离液回循环池。烟气经过吸收剂与添加剂混合液一次性洗涤，烟气中SO2、NOx，同时被吸收净化，副产物为铵肥可以回收利用。该技术工艺流程、设备简单，操作人员少、易操作维护，投资和运行费用低，具有较好的经济效益、环境效益和社会效益[3]。
四、存在问题及解决措施
（一）尿素运输进料问题
采用尿素作为还原剂的优点是流程简捷、安全可靠。但调研发现，国内尿素都采用袋装形式，无散装尿素，且没有专门用来运送散装尿素的罐车，无法解决尿素在运输过程中的吸潮现象。在国内SNCR或SCR技术运用的过程中解决途径：将尿素存放车间，当配制尿素溶液时，采用人工作业的方式，用起重机将尿素运至卸料平台，通过人工将尿素倒进卸料斗内，进入尿素配制罐。其特点是：投资少，设计简单，布置容易，但工人的劳动强度大，尿素配料浓度准确度不高。
（二）尿素在运输过程中结晶问题
由于尿素溶解过程是吸热反应，其溶解热高达～241.8 J/g。因此，尿素溶液在输送的过程中容易结晶。在尿素溶液的配制过程中需配置功率强大的热源，最经济的就是利用电厂的蒸汽进行加热。在尿素溶液的管道输送过程中，可以采用蒸汽管道伴热方式，即在尿素管道旁边伴随1根蒸汽管道，然后把两根管道做整体保温处理。
（三）尿素管路结垢问题
在整个尿素脱硝工艺中，尿素溶液总是处于被加热状态。若尿素的溶解水和稀释水的硬度过高，在加热过程中水中的钙、镁离子会造成脱硝系统的管路结垢、堵塞，可在尿素中添加阻垢剂或采用除盐水作为脱硝工艺水。
参考文献：
[1]赵冬贤，刘绍培.尿素热解制氨技术在SCR脱硝中的应用[J].热力发电，2009，38（8）：65—67.
[2]彭代军.锅炉烟气脱硝尿素热解与水解制氨技术对比[J].能源与节能，2014，7（1）：185-187.
[3]孙艺心.尿素热解制备还原剂系统在脱硝改造项目上的应用[J].应用能源技术，2013，5（7）：12-14.