1000MW火力发电机组水解氨系统布置与逻辑设计

1000MW火力发电机组水解氨系统布置与逻辑设计
发布时间：2022-09-25T08:29:11.201Z 来源：《当代电力文化》2022年10期作者：刘星明[导读] 本文介绍了1000MW火力发电机组以尿素水解制氨系统的设备布置情况
刘星明
广东大唐国际潮州发电有限责任公司广东潮州 515723摘要：本文介绍了1000MW火力发电机组以尿素水解制氨系统的设备布置情况，尿素水解制氨DCS系统的设计。

重点介绍了1000MW火力发电机组水解氨系统的相关组态设计。

关键词：尿素；DCS；组态1．概述
目前火力发电厂常见烟气脱硝方式有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）吸附法等方式。

选择性催化还原法（SCR）以其成熟的技术和良好的脱硝效果得到广泛应用。

SCR还原剂制备系统主要有液氨蒸发、氨水汽化、尿素制氨3种方式，随着国内民众和企业安全意识的加强，加上国内危化品运输、储存、使用事故层出不穷，尿素制氨技术因其运行安全稳定可靠，逐渐成为电厂SCR系统中还原剂制备的主流技术。

本文结合某厂尿素水解系统改造，对以尿素水解制氨系统的设备布置、尿素水解制氨DCS系统的设计进行简介。

2．水解制氨系统介绍
全厂共用一套尿素溶液水解系统，设置3台水解器，每两台水解器的容量为4台机组BMCR 工况下全部供氨量，即每台水解器供氨量不少于834kg/h，运行时采取两运一备运行模式。

浓度50%的尿素溶液被输送到水解器内，过热蒸汽通过盘管的方式进入水解器，过热蒸汽不与尿素溶液混合，通过盘管回流，冷凝水回疏水箱供配制尿素溶液和作泵、管道冲洗水使用；此外，水解器内的尿素溶液浓度50%，气液两相平衡体系的压力约为0.4～0.6MPa，温度约为130～160℃。

3．水解制氨系统工艺及主要设备
3.1尿素溶解与输送系统
尿素罐车运输来的尿素颗粒通过气力输送将尿素颗粒输送至溶解罐里，用除盐水将干尿素溶解成50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶解泵输送到尿素溶液储罐。

通过尿素溶液输送泵输送至尿素水解反应器，水解生成NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释风混合均匀而后喷入
脱硝系统。

3.2尿素水解系统
全厂共用一套尿素溶液水解系统，设置3台水解器，每两台水解器的容量为全厂BMCR 工况下全部供氨量，即每台水解器供氨量不少于834kg/h，运行时采取两运一备运行模式。

浓度50%的尿素溶液被输送到水解器内，过热蒸汽通过盘管的方式进入水解器，过热蒸汽不与尿素溶液混合，通过盘管回流，冷凝水回疏水箱供配制尿素溶液和作泵、管道冲洗水使用；此外，水解器内的尿素溶液浓度50%，气液两相平衡体系的压力约为0.4～0.6MPa，温度约为130～160℃。

3.3废水系统
设置一个废水坑供氨气吸收、废水稀释使用。

废水坑的液位由废水泵、进水管、液位计联锁控制，氨气吸收设施设计成顶部进水。

系统排放的废氨气由管线汇集后从吸收设施底部进入，通过分散管将氨气分散到吸收废水坑水中，利用水来吸收安全阀排放的氨气。

设置2台废水泵，1运1备。

3.4溶解用水系统
配制尿素溶液用水为除盐水。

为了加快尿素的溶解，可用疏水箱储存的疏水作溶解水（控制水温低于80℃）或用蒸汽加热溶解用水至40℃~80℃。

3.5催化剂系统
尿素溶液制备车间设有一套催化剂系统，含催化剂箱1台体积5m3、1台搅拌器和1台催化剂输送泵，输送泵用以将催化剂送至水解反应器。

3.6蒸汽及疏水回收系统
尿素溶解罐、溶液储罐和水解反应器采用蒸汽供热，蒸汽疏水进入疏水箱，疏水箱中的疏水用于尿素溶液配制、管道冲洗、疏水箱溢流进入地坑。

3.7伴热（管道）系统
水解反应模块内除蒸汽管道和安全阀出来的管道外均采用电伴热系统，框架外产品氨气至SCR区氨空气混合器段采用蒸汽外管伴热。

3.8氨空混合系统
由稀释风机、换热器、喷氨阀组、氨空混合器等设备组成，水解反应器中产生出来的含氨气流被热稀释风稀释，经过氨空混合器混合均匀后，进入喷氨格栅后喷入烟道内。

4. 水解制氨系统DCS系统设计
水解制氨系统采用集中监控，设置一套完整的分散控制系统，独立成网。

尿素水解控制系统配设冗余操作员站2套，工程师站1套、历史站2套。

就地工程师站用于编程组态以及在设备调试、网络故障等情况下使用，正常运行期间在主厂集控室由尿素水解DCS操作员站实现对尿素水解系统的启/停控制、正常运行的监视和调整、以及异常与事故工况的处理和故障诊断。

尿素区水解DCS监控范围主要有：尿素溶液制备及储存系统的监控
尿素溶液输送系统
尿素水解及附属系统
尿素水解电气系统
减温减压器系统公用部分
SCR区氨空混合系统的监控纳入对应机组SCR-DCS，减温减压调节回路相关测点纳入尿素水解DCS，减温减压关断阀利用现有备用通道纳入主厂控制系统。

相关监控、编程组态、历史数据储存功能分别在现有DCS操作员站、工程师站、历史站完成。

尿素水解DCS与主机交互信号采用硬接线方式。

5. 水解制氨系统DCS系统组态设计
5.1尿素溶解罐顺控组态（以顺控启动为例）
STEP1：打开尿素溶解罐除盐水给水电动阀进行注水；尿素溶液溶解罐液位达到2.5m，关闭进水阀；STEP2：启动尿素溶解罐搅拌器；
STEP3：打开尿素溶解罐加热蒸汽入口电动截止阀；
STEP4：当尿素溶液溶解罐温度>60℃时，启动溶解罐轴流风机，罐车加尿素；STEP5：加料完成后根据现场情况停止溶解罐轴流风机
STEP6：打开尿素溶解混合泵出口回流电动球阀；
STEP7：打开尿素溶解混合泵入口电动阀；
STEP8：启动尿素溶解混合泵；
STEP9：打开尿素溶解混合泵出口电动阀；
STEP10: 根据尿素溶解混合泵出口母管回流（至尿素溶液溶解罐）密度调节补充尿素数量，达到尿素溶解混合泵A/B和C/D出口母管回流（至尿素溶液溶解罐）密度至设定值；
STEP11：停止尿素溶解罐搅拌器；
STEP12：打开尿素溶液储罐入口手动阀；打开尿素溶解混合泵母管至储罐母管电动阀，同时关闭尿素溶解混合泵出口回流电动球阀；
5.2尿素溶液制备系统单体组态
5.2.1 尿素区废水泵：
启动允许条件：尿素制备区废水坑液位≥ 1.0m；
自动启动条件：联锁开关投入，尿素制备区废水坑液位≥ 2.5m；
自动停止条件：联锁开关投入，尿素制备区废水坑液位≤ 1.5m；
保护停止条件：尿素制备区废水坑液位≤ 0.9m
5.2.2 尿素溶解罐除盐水给水电动阀
自动停止条件：尿素溶液溶解罐液位> 2.5m；
保护停止条件：尿素溶液溶解罐液位> 3m
5.2.3 尿素溶解罐搅拌器
启动允许条件：尿素溶液溶解罐液位≥ 1.5m
自动停止条件：尿素溶液溶解罐液位＜ 1.2m
保护停止条件：尿素溶液溶解罐液位＜1m
5.2.4 尿素溶解罐加热蒸汽入口气动截止阀
启动允许条件：尿素溶液溶解罐液位≥ 2.4m，且尿素溶液溶解罐温度＜ 60℃
自动启动条件：联锁开关投入，尿素溶液溶解罐液位≥ 2.4m，且尿素溶液溶解罐温度＜ 40℃自动停止条件：联锁开关投入，尿素溶液溶解罐温度≥ 60℃
保护停止条件：尿素溶液溶解罐温度≥ 65℃
5.2.5 尿素溶解混合泵A
启动允许条件：尿素溶液溶解罐液位≥ 0.9m且尿素溶解混合泵A入口电动阀已开；尿素溶解混合泵A出口电动阀已关；且尿素溶解混合泵排放电动门与尿素溶解混合泵冲洗电动门已关；且尿素溶解混合泵出口回流电动阀或尿素溶解混合泵母管至储罐母管电动阀任一已开；且另一台尿素溶解混合泵出口电动门已关；
保护停止条件：1、尿素溶解混合泵入口电动阀未开2、或尿素溶解混合泵运行，延时60S出口阀未开；3、尿素溶解混合泵出口回流电动阀与尿素溶解混合泵母管至储罐母管电动阀全关；4、尿素溶解罐液位低于0.8m；5尿素溶解混合泵排放电动门开；6、尿素溶解混合泵冲洗电动门已开。

5.2.6 尿素溶解混合泵A入口电动阀
停止允许条件：尿素溶解混合泵已停止
5.2.7 尿素溶解混合泵A出口电动阀
自动启动条件：尿素溶解混合泵运行，延时5S，发2S脉冲
停止允许条件：尿素溶解混合泵已停
自动停止条件：尿素溶解混合泵停止，延时20S，发2S脉冲
6. 结论
本文介绍的某厂火力发电机尿素水解制氨系统，基于全厂BMCR工况设计。

改造工程包括新建尿素站、尿素溶液循环系统和尿素制氨系统。

自21年年末，2号机组投运以来，运行稳定。

参考文献
[1] XYSJ-1000尿素水解制氨成套装置操作手册北京新叶能源科技有限公司 2018年1月
作者简介
①刘星明（1985-)，男，安徽寿县人，毕业于东北电力大学，工程师，从事火电厂热控设备的检修及维护工作。