浅谈脱硝还原剂液氨改尿素水解技术的应用 高昕

浅谈脱硝还原剂液氨改尿素水解技术的应用高昕
发表时间：2018-01-14T15:29:40.163Z 来源：《电力设备》2017年第27期作者：高昕
[导读] 摘要：随着国家及地方对安全、环保政策的日益严厉，液氨作为脱硝还原剂存在着较大的安全隐患。

（石家庄良村热电有限公司河北省石家庄市 050000）
摘要：随着国家及地方对安全、环保政策的日益严厉，液氨作为脱硝还原剂存在着较大的安全隐患。

而尿素水解制氨进行脱硝无论从工艺上，还是安全性上均有较大优势。

本文对尿素水解制氨进行了介绍。

关键词：脱硝；液氨；尿素；水解
引言
SCR烟气脱硝技术是目前脱硝的主流技术。

其采用氨气作为还原剂，在催化剂的作用下，将氮氧化物还原成氮气和水，从而达到脱硝的目的。

目前，SCR脱硝制氨技术还原剂主要有三种：液氨法、尿素法、氨水法。

氨水法因其用量大，运输成本高的缺点，在国内脱硝系统中尚不多见。

液氨法以其简洁的工艺和投资运行费用优势而获得普遍应用。

但液氨作为脱硝还原剂存在较大的安全隐患。

近两年有关液氨泄漏事故频繁发生，导致了重大的人员伤亡及经济损失的后果，从而引起了国家对安全生产的高度重视，使安全生产的经济成本大幅度上升，导致脱硝使用液氨作为还原剂的成本也大幅度上升。

尿素制氨工艺虽然初期投资较高，但尿素是一种无毒无害的固体颗粒，输运、储存安全便利，对环境无害，尤其适用于距离城市、居民区较近的燃煤电厂。

因此，火电厂烟气脱硝工程中尿素水解制作还原剂越来越受到重视。

同时根据《火力发电厂烟气脱硝设计技术规程》DL/T 5480-2013中1.0.8 条的规定：位于大中城市及近郊区的电厂，宜选择尿素作为还原剂。

因此，出于对脱硝系统安全性、危险性以及当前形势和现状，脱硝系统液氨改尿素工程的工作是非常必要的。

1 尿素制氨技术
尿素制氨工艺包括尿素水解和尿素热解。

尿素水解和尿素热解工艺由于温度压力条件不同，有着不同的化学过程。

1.1尿素水解制氨原理
尿素水解技术是将饱和蒸汽通入水解器中的盘管对其加热，再通过盘管对反应器中的尿素溶液进行加热，当达到一定温度（140℃～160℃）、一定压力（0.4MPa～0.6MPa）的条件下，一定浓度（40%～60%）的尿素溶液在水解器中分解产生氨气、二氧化碳及水蒸汽，混合气以产品气和脱硝系统稀释风加热稀释后作为火电厂脱硝工艺的还原剂。

1.2尿素热解制氨原理
尿素热解技术是将经过计量分配系统后的尿素溶液由雾化喷射器喷入绝热分解室，在分解室内，利用从热一次风来的稀释风并辅以电加热器，在350～700℃温度下，完全分解雾化的尿素液滴，生成的分解产物为氨气和二氧化碳,分解产物经由氨喷射系统进入脱硝烟道。

1.3尿素水解与热解的比较
就公用系统部分( 尿素车间) 而言，尿素水解与热解制氨工艺的尿素车间大致相同，均需要尿素颗粒储存、尿素溶液配制、溶液储存及输送等环节。

但由于尿素热解后分解成一个氨分子和一个异氰酸分子，而异氰酸在热解室的环境条件下难以分解为氨气，故热解系统尿素转化为氨的转化率较水解系统低。

尿素热解技术的主要问题是其消耗的能量大，运行成本偏高。

由于热解炉内流场、温度分布不均导致热解炉内尿素转化率低，副反应复杂，尿素消耗量大。

因此，尿素水解制氨工艺更具经济性。

2 尿素水解制氨工艺
尿素的供应由运输卡车或罐车运送至尿素储存间存放，把干尿素通过气力输送设备或斗提机送入至尿素溶解罐。

尿素在溶解罐中与除盐水或蒸汽疏水混合、加热、均匀搅拌，确保尿素的完全溶解(40～60％的尿素溶液)；经搅拌溶解合格的尿素溶液, 温度约60℃, 利用尿素溶液输送泵打入尿素溶液槽储存, 用尿素溶液循环泵加压送至水解换热器, 经饱和蒸汽通过盘管间接加热，在一定温度、压力下分解成氨气和二氧化碳，从水解反应器出来的产品气被热稀释风稀释成小于5%的氨气，由氨喷射装置喷入脱硝装置与烟气中的NOx 反应。

该系统主要包括:
2.1尿素颗粒储存及溶解系统
尿素颗粒输送至尿素溶解罐中，用除盐水或疏水将尿素颗粒溶解、配制成40-60%的尿素溶液。

配制时采用尿素溶液输送泵将溶液由溶解罐底部抽出返回上部进行循环，使溶液更好地溶解混合。

溶解罐中装有盘管式加热器，当罐中溶液温度低时，开启加热蒸汽进行加热，防止结晶。

尿素颗粒储存及溶解系统包括尿素溶解罐、上料系统、尿素溶液输送泵、搅拌器、排风扇等。

2.2尿素溶液储存和给料系统
尿素溶液储存和给料系统负责将配制好的尿素溶液的储存、以及将尿素溶液由尿素溶液给料泵输送至水解反应器。

储罐本体采用304不锈钢。

储罐为立式平底结构，装有液位计、温度计、蒸汽加热装置(保证溶液温度高于结晶温度15℃以上)等。

储罐基础为混凝土结构，罐体外实施保温。

包括尿素溶液储罐、尿素溶液给料泵、蒸汽加热等设备。

2.3水解系统
尿素水解系统包括尿素水解反应器模块、计量模块等。

水解反应模块由一个钢结构底座、水解反应器、电气控制柜、仪表阀门、安全阀等组成的撬装设备。

浓度约40-60%的尿素溶液被输送到水解反应器内，加热蒸汽通过盘管的方式进入水解反应器，加热蒸汽不与尿素溶液混合，通过盘管回流，冷凝水回收至疏水箱。

水解反应器内的尿素溶液气液两相平衡体系的压力约为0.5~0.6MPa，温度约为
120~155℃。

对于50%的尿素溶液进料情况下，水解反应器中产生出来的含氨气流约包含37.5%的氨气、18.7%的二氧化碳和43.8%的水蒸气，这些含氨气流首先进入计量模块，然后被加热的稀释风混合，最后进入SCR反应器进行反应，以除去烟气中的NOx。

2.4氨/烟气混合均布系统
由于尿素水解法稀释空气温度至少120℃，由于温度的上升，导致所需的实际稀释风量远大于原有液氨法制氨所需的稀释风量，因此需根据流场模拟结果对原有AIG喷氨格栅氨喷射系统进行改造，能根据烟气不同的工况进行调节，以适应机组运行要求。

每台SCR反应器设置AIG喷氨格栅，由氨/空气混合系统来的混合气体喷入位于烟道内的AIG喷氨格栅处，在注入AIG喷氨格栅前设手动调节阀，在系统投运时可根据烟道进出口检测出的NOx浓度来调节氨的分配量，调节结束后严禁随意调整。

3 结论
为保证较高的脱硝效率，改造工程脱硝工艺仍采用SCR脱硝工艺。

在技术可行的前提下，选择投资最省、接口工期最短的方案，即新增一套尿素水解制氨系统，对原有的的氨区系统拆除，同时配套稀释热风和喷氨系统改造。

该项目的建成，对于改善环境条件，为当地居民和工矿企业创造一个良好的生活和工作环境，都具有深远意义。

作者：高昕（1982～），男，河北省石家庄，工程师，从事火电厂生产运营管理工作。