尿素水解技术在脱硝系统中的应用

尿素水解技术在脱硝系统中的应用

关键词：“尿素水解”；“脱硝”；“结晶”

1、引言

随着各个火力发电厂国家级重大危险源—液

氨的注销，尿素逐渐取代液氨作为脱硝还原剂，

投资成本最低、运行最为稳定的尿素水解技术，

不断地成为各个火力发电厂首选的工艺路线。

我公司现有3500MW机组2台，660MW机组2

台，脱硝采用SCR还原技术，还原剂采用尿素。水解区设置三台水解器，单台水解器的供氨出力为950kg/h，满足全厂4台机组100%BMCR工况下需求。尿素制备区设置两台70立方尿素溶解罐，将尿素颗粒通过气体输送至溶解罐，溶于除盐水制成50%浓度的尿素溶液，通过泵输送至水解器，在提供蒸汽、电能能量条件下产生氨气。在尿素水解制氨工艺中，首先尿素和水反应生成氨基甲酸铵中间体：NH2CONH2 + H2O←→NH2CO2NH4；氨基甲酸铵再在反应中进一步分解为氨：NH2CO2NH4 ←→2NH3 + CO2；尿素水解制氨的总反应方程式为：NH2CONH2 +(1+x)H2O←→2 NH3 + CO2 +(x) H2O。尿素水解制氨工艺简图如1—1所示。本文着重介绍尿素水解技术设计时常见问题的解决及在脱硝系统中的应用。

图1—1

2、尿素水解技术设计时常见问题的解决

2.1尿素溶液及产品汽管道腐蚀堵塞问题

通常情况下，水解器所使用浓度为50%的尿素溶液储存至尿素溶液储罐，为了避免尿素溶液结晶性和氨的挥发，尿素溶液储存罐的温度应保持在42℃左右。尿素溶液通过尿素输送泵输送至各台在线运行水解器，流体尿素溶液不易结晶，

但极寒天气条件下，尿素输送管道采用铠装伴热对其保持恒温。不建议采用蒸汽伴热（如采用蒸汽伴热，伴热温度不应高于42℃），避免温度过高造成尿素溶液输送管道内溶液热解蒸发，造成管道内部压力增加。通过水解器水解含氨量为28.3%产品汽。极寒天气状况下，在机组启动或停备前期，会造成产品汽隔离门后管道结晶堵塞。为避免出现此类问题，首先隔离阀选用质量较好的阀门，每台机组隔离阀至SCR区计量阀组管道上应安装压力及温度测点。其次，产品汽管道应采用双母管公用母管制，材质应为316L及其以上，并一用一备布置。单根产品汽管道两侧引用两道伴热气源，气源温度不得低于130度，用以维持机组正常运行情况下产品汽所需最低温度。

2.2产品汽管道吹扫盲区问题。

当机组启动前期或停备期间，如不对产品汽管道进行吹扫，会造成喷氨调门处或产品汽管道结晶堵塞，严重时将无法投入脱硝系统。一般情况下，产品汽管道吹扫气源来自产品汽管道伴热气源，伴热气源应引自每台机组辅汽，并从SCR 区域自上而下设置，在最低点设置疏水阀门组。一方面防止伴热管道蒸汽冷凝水无法排出造成末端管道温度低，另一方面提高产品汽伴热管道气源的可靠性。产品汽管道在最低点设置排净管道。产品汽管道吹扫时，气体通过排净管道排出，且蒸汽吹扫时间不少于1小时。

2.3水解器疏水储存及循环利用问题

水解器蒸汽疏水直接疏至疏水箱，会造成疏水温度较高，如不及时补充常温除盐水降温，疏水箱易发生超温超压，造成疏水箱变形和基础脱离。一方面通过增加温度测点及补水阀及时对其进行补充常温除盐水，保证疏水箱内部温度不高于85℃。另一方面，在疏水箱顶部应设计2根不小于DN150的排气管道，防止蒸汽温度高造成水解箱内部超压。疏水箱的水如不及时利用，会造成大量除盐水的浪费。我公司水解器疏水一方面用于尿素颗粒的溶解，既节约水量，又节约加热溶解尿素颗粒使用水所消耗的电量；另一方面用于尿素溶液输送泵定期切换时，对尿素溶液输送管道的冲洗，以防止尿素溶液在低温环境下结晶问题。通过此两种方法，使水解器疏水再利用率提高85%。

2.4运行机组SCR区稀释风热源问题

机组正常运行时，要维持产品汽温度不低于150度情况下，脱硝SCR区采用

暖风器工艺的系统，暖风器汽源应为相应机组高辅汽源，从而保证产品汽进入喷

氨格栅喷嘴温度不低于140℃。暖风器应一用一备设计，单台暖风器充分考虑蒸

汽管道疏水情况，疏水点一般在气源管道水平最低点。

2.5 水解器投运初期产品汽压力控制问题

我公司2x3500MW，2x6600MW机组SCR公用3台水解器，任意2台

及以上机组50%BMCR工况下，水解器采用两备一用运行方式，当一台水解器退出

或投运时，会造成SCR区域供氨系统的不稳定性。当水解器投运初期，宜注入适

当除盐水，并注入尿素溶度为50%的尿素溶液至低低液位，水解器热源来自运行

机组辅汽或冷再气源，压力控制在0.8Mpa，温度控制在170℃。缓慢开启蒸汽侧

调节阀，关闭产品汽出口调节阀。待内部温度达到130度以上，压力保持稳定在0.5Mpa以上时，缓慢开启氨蒸汽出口调阀并保持压力稳定。水解器蒸汽气源温度

严禁超过190℃，以避免温度过高造成水解器换热管束破裂现象。

3、尿素水解技术运行时遇到的问题解决

3.1水解器出力下降问题

水解器属于不锈钢类压力容器，尿素溶液经加热后产生大量的腐蚀性气体，

尤其在水解器内部温度低于110℃时，会产生氨基甲酸铵强烈腐蚀性物质。其次，尿素颗粒中混杂的不溶物也随之附着在水解器换热管束周围，从而造成水解器长

时间运行情况下出力下降问题。对于此种情况，要加大水解器运行期间的底部排

污工作，我公司在线运行水解器排污频次为2天/次，排污时长不低于10分钟，

排污后及时开启吹扫蒸汽对废液管道进行吹扫，吹扫时间不低于20分钟，以防

止尿素溶结晶情况。其次，水解器在线运行3月后应及时停运煮洗，以减少换热

管束表面不溶物，提高水解器换热管束换热效率。

3.2脱硝系统产品汽供应异常问题

通常情况下，尿素溶液经水解器热解产生的产品汽压力为0.4Mpa，温度130度。如遇到冬季极寒天气，在同等负荷及入口NOx浓度不变工况下，SCR区供氨

调门开度会频繁异常。对于此种情况，我公司供氨调门组采用双路调门设计，正

常运行下，旁路调门手动设置10%开度维持运行，以防止产品汽结晶；主路调门

设置自动模式，以维持机组出口氮氧化物低于50 mg/N3设计。当调门开度异常

增加时，要及解体清理调阀内部不溶物，并在供氨阀门组处加装铠装伴热，以确

保SCR区供氨温度不低于130℃。

3.3脱硝SCR区喷氨格栅喷嘴堵塞问题

通常情况下，脱硝SCR区稀释风热源取自暖风器是为了提高氨空混合器内部

温度，使产品汽进入喷氨格栅喷嘴温度不低于150℃。当温度低至110度以下时，产品汽会逆向反应生成氨基甲酸铵中间体，此种物质具有强烈的腐蚀性。一方面

会导致氨空混合器内部气体凝结水造成氨空混合器温度频繁波动，另一方面会造

成氨空混合器喷嘴及脱硝喷氨格栅喷嘴严重堵塞。从而造成脱硝烟道内部喷氨量

不均匀，催化剂脱硝效率降低，氨逃逸增加，从而引起空预器堵塞，腐蚀性气体

流经电除尘，会造成电除尘极板极线裹灰，除尘效率下降。经上分析，要确保运

行机组暖风器维持最低温度不低于150度运行。

参考文献

[1] 成都锐思环保技术股份有限公司，水解器用户使用手册2007

[2] 北京新叶能源科技有限公司尿素水解制氨成套装置操作维护手册（基础版）

作者简介：姓名：陈孔安（1994-至今）,男， 1994.03 汉族、本科，助理

工程师