尿素热解制氨技术在SCR脱硝中的应用
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
华能北京热电厂 SCR 系统尿素热解制氨采用美 国燃料技术公司 NO x OU TUL TRA 工艺 (图 1) ,目前 该工艺已在 16 台机组上得到应用 ,其流程是 :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 ,然后将其输送到尿素溶液储罐 ,尿素溶液经 过大流量循环装置 ( H FD) 后 ,一部分输送到计量和分 配装置 (该装置可根据需要自动控制喷入热解室的尿 素量) ,最后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 (空预器) 的出口热风 。雾化的尿素
尿素热解制氨技术 在 SCR 脱硝中的应用
赵冬贤1 ,刘绍培2 ,吴晓峰1 ,孟德润1
1. 同方环境股份有限公司 ,北京 100083 2. 华能北京热电有限责任公司 ,北京 100023
[ 摘 要 ] 介绍尿素热解制氨技术及其在华能北京热电有限责任公司 SCR 脱硝中的应用情况 。 半年的运行实践表明 ,尿素热解制氨系统运行稳定 、安全 ,投运率高 ,各项指标基本能满 足 SCR 脱硝技术的要求 。该技术的不足之处在于氨量输出调节不便 ,且运行费用较 高。
烟气脱硝 SCR 工艺中的还原剂为氨气 ,氨气可直 接来源于液氨 ,也可通过氨水或者尿素间接制备 。在 选择还原剂制备技术时 ,不仅要考虑其初期投资和运 行成本 ,还要考虑安全因素 、场地因素 ,以及系统的复 杂性等 。制氨工艺的方案比较见表 1 。
表 1 液氨 、氨水 、尿素制氨工艺方案比较
项目 技术水平
由于对尿素热解产物难于进行分析 ,未得到尿素 分解数据 。另外 ,尿素中含有的有害物质是否会对催 化剂Байду номын сангаас生失活等负面影响 ,还需要较长时间的运行考 核。
系统运行中下述 2 个问题值得关注 。 (1) 调节与控制不便 。采用尿素热解工艺时的热 解产物温度高 ,中间没有缓存装置 ,因此不利于对其进 行有效调节 。由于每台锅炉设置 2 个 SCR 反应器 , (各反应器进出口都设置了在线的 NO x 分析仪) ,而进 入这 2 个反应器的烟气流量 、NO x 浓度等不可能完全 一致 ,且热解炉出口到每个反应器的管路也不可能完 全相同 ,因此需要对进入各反应器的氨气量进行单独 调节 。限于成本的考虑 ,不可能为每个反应器设置热 解炉 ,因而只能调节尿素进入热解炉的总量 ,而不能调 节进入各反应器的氨气量 。这样 ,在一些工况下 ,很容 易造成一侧反应器喷氨量过少 ,另一侧喷氨量偏多 。 如果喷氨量过剩 ,则 SCR 反应器出口氨逃逸量增大 , 这将影响空预器的安全运行 。对此 ,目前采取的措施 是 :1) 在每侧 SCR 反应器前的氨气管道上安装氨气分 配阀 ,通过手动改变分配阀门的开度来保证两侧 SCR 反应器的氨气量 ,以满足各反应器对氨气的需求 。2) 利用每次停机时间对喷氨格栅 、SCR 反应器内部和热 解炉内部进行检查 ,以确定是否存在磨损 、堵塞等危害 设备运行的情况发生 ,并对发现的问题及时进行处理 。
5 结论和建议
尿素热解制氨系统运行稳定 、安全 ,投用率高 ,各 项指标基本能满足 SCR 脱硝技术的要求 。与液氨作 还原剂比较 ,未见其对 SCR 系统性能有不良影响 。对 于尿素热解系统调节与控制不便和运行费用较高的问 题 ,需进行研究 ,以便提出优化方案 。
[ 参 考 文 献 ]
[ 1 ] DB11/ 139 —2007 ,锅炉大气污染物综合排放标准[ S] . [ 2 ] Guido Busca , L uca Lietti , Gianguido Ramis ,et al. Chemi2
cal and Mechanistic aspect s of t he selective catalytic re2 duction of NO x by ammonia over oxide catalyst s : A re2 view[J ] . Applied Catalysis B : Environmental ,1998 ,18 : 1 - 36. [ 3 ] 田柳青. 氨选择性还原脱除氮氧化物工业催化剂研究 [ D ] . 华南理工大学硕士论文 ,2002. [ 4 ] 张强. 燃煤电站 SCR 烟气脱硝技术及工程应用[ M ] . 化学 工业出版社 ,2007. [ 5 ] 同方环境股份有限公司. 华能北京热电有限责任公司 1～ 4 号锅炉烟气脱硝环保工程初步设计说明书 ———工艺部 分[ Z]. 2006. [ 6 ] 北京国电龙源环保工程有限公司. 华能北京热电有限责 任公司 1～4 号炉尿素热解制氨系统总承包工程初步设 计说明书[ Z] . 2007.
液氨 成熟
氨水 成熟
热解法 成熟
尿素 水解法 成熟
原料来源
方便
不便 很方便
很方便
原料吸潮板结
不会
不会
会
会
占地面积
较大 (需考虑 安全距离)
大
小
小
安全性
很危险
危险
最安全
安全 (水解器 为压力容器)
系统复杂性
最简单
简单 复杂
复杂
华能北京热电厂地处首都 ,从安全和交通等方面 考虑 ,选择了尿素热解制氨工艺 。此工艺用于 SCR 脱 硝在国内尚属首次 。
图 1 尿素热解制氨法工艺
与水解法相比 ,热解法的特点是反应完全 ,不易产 生中间聚合物 ,不易堵塞管道 ,喷入烟道的氨气混合物 温度约 为 300 ℃, 对 SCR 入 口 烟 气 温 度 的 影 响 很 小[4] 。
3 华能北京热电厂脱硝系统
华能北京热电厂烟气脱硝采用 SCR 法[5] ,设计脱 硝效率不小于 90 %。催化剂按 4 层布置 ,安装 3 层 , 预留 1 层 。脱硝系统设置烟气旁路 ,不设省煤器高温 旁路系统 。脱硝反应器布置在锅炉省煤器和空预器之 间 。SCR 反应器出口 NO x 排放浓度不高于 50 mg/ m3 (氧含量 6 % ,干烟气 ,标准状态) ,氨的逃逸率不大于 3 μL/ L ,SO2 / SO3 转化率小于 1 %。尿素热解制氨装置 出口参数见表 2 。
数值 142 100 ≤5 ≤260～350 ≥4 250 150 250 90 5. 7
66
4 运行情况
华能北京热电厂首台采用 SCR 脱硝系统的机组 于 2007 年 10 月 16 日完成热态调试 ,已正常运行了 6 个月 ,各项指标均能达到设计值 。在此期间采取各种 措施严格控制 SCR 反应器出口的氨逃逸量 ,使其不超 过 3μL/ L 。经过 6 个月的运行 ,4 台锅炉的空预器阻 力没有明显增加 。2008 年 4 月至 5 月期间 ,2 号 、3 号 机组停机进行计划检修 ,对空预器传热元件进行了检 查 ,未发现尿素沉积物 ,金属部件也未发生腐蚀 。
表 2 尿素热解制氨装置出口参数 (设计工况 ,单台炉) [6]
项目 出口氨流量/ kg ·h - 1 尿素热解率/ % 分解产物中 N H3 浓度/ % 分解产物温度/ ℃ 分解产物压力 (喷氨格栅前) / kPa 尿素耗量/ kg ·h - 1 尿素制氨装置每小时电耗/ kW ·h 除盐水耗量/ kg ·h - 1 0 号柴油耗量/ kg ·h - 1 辅助蒸汽耗量 (冬季最大) / t ·h - 1
作者简介 : 赵冬贤 (1978 - ) ,男 ,甘肃武威人 ,工程师 ,在读工程硕士研究生 ,主要从事火力发电厂烟气脱硫脱硝的技术工作 。 E - mail : zhaodongxian @t htf . co m. cn
65
1 SCR 脱硝工艺中氨的制备
溶液在热解室里进行完全分解 ,分解产物 N H3 与稀释 空气混合后进入 SCR 喷氨系统 。
[ 关 键 词 ] 电厂 ;烟气脱硝 ; SCR ;尿素热解 ;氨气制备 [ 中图分类号 ] X701 [ 文献标识码 ] B [ 文 章 编 号 ] 1002 - 3364 (2009) 08 - 0065 - 03 [ DOI 编 号] 10. 3969/ j. issn. 1002 - 3364. 2009. 08. 065
2 尿素热解工艺原理
尿素是一种白色或浅黄色的结晶体 ,吸湿性较强 , 易溶于水 。尿 素分 子式 为 CO ( N H2 ) 2 , 在 高温 高压 (160～ 240 ℃, 2. 0 M Pa ) 或者高温常压 ( 350 ～ 650 ℃,0. 1 M Pa) 条 件 下 , C —N 键 断 裂 分 解 成 N H3 与 CO2 。因尿素运输 、储存方便 ,无需安全及危险性的考 虑 ,故随着尿素转氨制备技术的日渐成熟 ,从 1999 年 开始 ,尿素逐渐用于 SCR 系统的还原剂制备 。
华能北京热电有限责任公司 (下称华能北京热电 厂) 装有 4 台 830 t/ h 超高压带飞灰复燃装置的液态 排渣塔式直流炉 。为满足北京市环保局对电站锅炉提
出的 100 mg/ m3 的氮氧化物排放标准[1] ,华能北京热 电厂进行了氮氧化物排放控制改造 ,脱硝工艺采用选 择性催化还原 ( SCR) 技术[2 ,3 ] 。
3) 通过调整喷氨格栅的氨气调节阀门 (每侧反应器安 装有 10 个氨气调节阀门) 的开度 ,调节反应器入口烟 道横断面上不同点位处的氨气浓度 ,尽量保持 SCR 反 应器入 口 烟 气 中 的 氨/ 氮 比 例 一 致 , 为 氮 氧 化 物 在 SCR 反应器内部充分反应创造良好条件 。
(2) 运行费用高 。由于使用柴油作为热源分解尿 素 ,每台炉设计工况下柴油耗量约为 90 kg/ h ,按 2007 年 4 台炉的年平均利用小时数 6 435 h 计算 ,4 台炉每 年的燃油量为 2 377 t ,按每吨柴油 7 000 元计算 ,每年 仅柴油一项 ,成本就达到 1 622 万元 。
APPL ICATION OF UREA PY ROLYSIS TO PREPARE AMMONIA TECHNOLOGY INTO SCR D ENITRIFICATIO N
ZHAO Do ng - xian1 ,L IU Zhao - pei2 ,WU Xiao - feng1 ,M EN G De - run1
1. Tongfang Environmental Co Lt d ,Beijing 100083 , PRC 2. Huaneng Beijing Thermal Power Co Lt d ,Beijing 100023 ,PRC
Abstract :The technology of urea p yrolysis to p repare ammo nia and it s applicatio n sit uatio n in SCR Denit rificatio n of Huaneng Beijing Thermal Power Co L t d have been p resented. It is clear f ro m opera2 tio n p ractice in half o ne year t hat t he operatio n of t he urea p yrolysis to p repare ammo nia system is sta2 ble ,safe and having high co mmissio ning rate , vario us indices all are basically satisf ying t he require2 ment s of SCR denit rificatio n technology ,t he deficiency is existing in uncovenient regulatio n of ammo2 nia o utp ut f ro m t his system ,and high operatio n expensives. Key words :power plant ;flue gas denit rificatio n ; SCR ; urea p yrolysis ;ammo nia p reparatio n
尿素热解制氨技术 在 SCR 脱硝中的应用
赵冬贤1 ,刘绍培2 ,吴晓峰1 ,孟德润1
1. 同方环境股份有限公司 ,北京 100083 2. 华能北京热电有限责任公司 ,北京 100023
[ 摘 要 ] 介绍尿素热解制氨技术及其在华能北京热电有限责任公司 SCR 脱硝中的应用情况 。 半年的运行实践表明 ,尿素热解制氨系统运行稳定 、安全 ,投运率高 ,各项指标基本能满 足 SCR 脱硝技术的要求 。该技术的不足之处在于氨量输出调节不便 ,且运行费用较 高。
烟气脱硝 SCR 工艺中的还原剂为氨气 ,氨气可直 接来源于液氨 ,也可通过氨水或者尿素间接制备 。在 选择还原剂制备技术时 ,不仅要考虑其初期投资和运 行成本 ,还要考虑安全因素 、场地因素 ,以及系统的复 杂性等 。制氨工艺的方案比较见表 1 。
表 1 液氨 、氨水 、尿素制氨工艺方案比较
项目 技术水平
由于对尿素热解产物难于进行分析 ,未得到尿素 分解数据 。另外 ,尿素中含有的有害物质是否会对催 化剂Байду номын сангаас生失活等负面影响 ,还需要较长时间的运行考 核。
系统运行中下述 2 个问题值得关注 。 (1) 调节与控制不便 。采用尿素热解工艺时的热 解产物温度高 ,中间没有缓存装置 ,因此不利于对其进 行有效调节 。由于每台锅炉设置 2 个 SCR 反应器 , (各反应器进出口都设置了在线的 NO x 分析仪) ,而进 入这 2 个反应器的烟气流量 、NO x 浓度等不可能完全 一致 ,且热解炉出口到每个反应器的管路也不可能完 全相同 ,因此需要对进入各反应器的氨气量进行单独 调节 。限于成本的考虑 ,不可能为每个反应器设置热 解炉 ,因而只能调节尿素进入热解炉的总量 ,而不能调 节进入各反应器的氨气量 。这样 ,在一些工况下 ,很容 易造成一侧反应器喷氨量过少 ,另一侧喷氨量偏多 。 如果喷氨量过剩 ,则 SCR 反应器出口氨逃逸量增大 , 这将影响空预器的安全运行 。对此 ,目前采取的措施 是 :1) 在每侧 SCR 反应器前的氨气管道上安装氨气分 配阀 ,通过手动改变分配阀门的开度来保证两侧 SCR 反应器的氨气量 ,以满足各反应器对氨气的需求 。2) 利用每次停机时间对喷氨格栅 、SCR 反应器内部和热 解炉内部进行检查 ,以确定是否存在磨损 、堵塞等危害 设备运行的情况发生 ,并对发现的问题及时进行处理 。
5 结论和建议
尿素热解制氨系统运行稳定 、安全 ,投用率高 ,各 项指标基本能满足 SCR 脱硝技术的要求 。与液氨作 还原剂比较 ,未见其对 SCR 系统性能有不良影响 。对 于尿素热解系统调节与控制不便和运行费用较高的问 题 ,需进行研究 ,以便提出优化方案 。
[ 参 考 文 献 ]
[ 1 ] DB11/ 139 —2007 ,锅炉大气污染物综合排放标准[ S] . [ 2 ] Guido Busca , L uca Lietti , Gianguido Ramis ,et al. Chemi2
cal and Mechanistic aspect s of t he selective catalytic re2 duction of NO x by ammonia over oxide catalyst s : A re2 view[J ] . Applied Catalysis B : Environmental ,1998 ,18 : 1 - 36. [ 3 ] 田柳青. 氨选择性还原脱除氮氧化物工业催化剂研究 [ D ] . 华南理工大学硕士论文 ,2002. [ 4 ] 张强. 燃煤电站 SCR 烟气脱硝技术及工程应用[ M ] . 化学 工业出版社 ,2007. [ 5 ] 同方环境股份有限公司. 华能北京热电有限责任公司 1～ 4 号锅炉烟气脱硝环保工程初步设计说明书 ———工艺部 分[ Z]. 2006. [ 6 ] 北京国电龙源环保工程有限公司. 华能北京热电有限责 任公司 1～4 号炉尿素热解制氨系统总承包工程初步设 计说明书[ Z] . 2007.
液氨 成熟
氨水 成熟
热解法 成熟
尿素 水解法 成熟
原料来源
方便
不便 很方便
很方便
原料吸潮板结
不会
不会
会
会
占地面积
较大 (需考虑 安全距离)
大
小
小
安全性
很危险
危险
最安全
安全 (水解器 为压力容器)
系统复杂性
最简单
简单 复杂
复杂
华能北京热电厂地处首都 ,从安全和交通等方面 考虑 ,选择了尿素热解制氨工艺 。此工艺用于 SCR 脱 硝在国内尚属首次 。
图 1 尿素热解制氨法工艺
与水解法相比 ,热解法的特点是反应完全 ,不易产 生中间聚合物 ,不易堵塞管道 ,喷入烟道的氨气混合物 温度约 为 300 ℃, 对 SCR 入 口 烟 气 温 度 的 影 响 很 小[4] 。
3 华能北京热电厂脱硝系统
华能北京热电厂烟气脱硝采用 SCR 法[5] ,设计脱 硝效率不小于 90 %。催化剂按 4 层布置 ,安装 3 层 , 预留 1 层 。脱硝系统设置烟气旁路 ,不设省煤器高温 旁路系统 。脱硝反应器布置在锅炉省煤器和空预器之 间 。SCR 反应器出口 NO x 排放浓度不高于 50 mg/ m3 (氧含量 6 % ,干烟气 ,标准状态) ,氨的逃逸率不大于 3 μL/ L ,SO2 / SO3 转化率小于 1 %。尿素热解制氨装置 出口参数见表 2 。
数值 142 100 ≤5 ≤260～350 ≥4 250 150 250 90 5. 7
66
4 运行情况
华能北京热电厂首台采用 SCR 脱硝系统的机组 于 2007 年 10 月 16 日完成热态调试 ,已正常运行了 6 个月 ,各项指标均能达到设计值 。在此期间采取各种 措施严格控制 SCR 反应器出口的氨逃逸量 ,使其不超 过 3μL/ L 。经过 6 个月的运行 ,4 台锅炉的空预器阻 力没有明显增加 。2008 年 4 月至 5 月期间 ,2 号 、3 号 机组停机进行计划检修 ,对空预器传热元件进行了检 查 ,未发现尿素沉积物 ,金属部件也未发生腐蚀 。
表 2 尿素热解制氨装置出口参数 (设计工况 ,单台炉) [6]
项目 出口氨流量/ kg ·h - 1 尿素热解率/ % 分解产物中 N H3 浓度/ % 分解产物温度/ ℃ 分解产物压力 (喷氨格栅前) / kPa 尿素耗量/ kg ·h - 1 尿素制氨装置每小时电耗/ kW ·h 除盐水耗量/ kg ·h - 1 0 号柴油耗量/ kg ·h - 1 辅助蒸汽耗量 (冬季最大) / t ·h - 1
作者简介 : 赵冬贤 (1978 - ) ,男 ,甘肃武威人 ,工程师 ,在读工程硕士研究生 ,主要从事火力发电厂烟气脱硫脱硝的技术工作 。 E - mail : zhaodongxian @t htf . co m. cn
65
1 SCR 脱硝工艺中氨的制备
溶液在热解室里进行完全分解 ,分解产物 N H3 与稀释 空气混合后进入 SCR 喷氨系统 。
[ 关 键 词 ] 电厂 ;烟气脱硝 ; SCR ;尿素热解 ;氨气制备 [ 中图分类号 ] X701 [ 文献标识码 ] B [ 文 章 编 号 ] 1002 - 3364 (2009) 08 - 0065 - 03 [ DOI 编 号] 10. 3969/ j. issn. 1002 - 3364. 2009. 08. 065
2 尿素热解工艺原理
尿素是一种白色或浅黄色的结晶体 ,吸湿性较强 , 易溶于水 。尿 素分 子式 为 CO ( N H2 ) 2 , 在 高温 高压 (160～ 240 ℃, 2. 0 M Pa ) 或者高温常压 ( 350 ～ 650 ℃,0. 1 M Pa) 条 件 下 , C —N 键 断 裂 分 解 成 N H3 与 CO2 。因尿素运输 、储存方便 ,无需安全及危险性的考 虑 ,故随着尿素转氨制备技术的日渐成熟 ,从 1999 年 开始 ,尿素逐渐用于 SCR 系统的还原剂制备 。
华能北京热电有限责任公司 (下称华能北京热电 厂) 装有 4 台 830 t/ h 超高压带飞灰复燃装置的液态 排渣塔式直流炉 。为满足北京市环保局对电站锅炉提
出的 100 mg/ m3 的氮氧化物排放标准[1] ,华能北京热 电厂进行了氮氧化物排放控制改造 ,脱硝工艺采用选 择性催化还原 ( SCR) 技术[2 ,3 ] 。
3) 通过调整喷氨格栅的氨气调节阀门 (每侧反应器安 装有 10 个氨气调节阀门) 的开度 ,调节反应器入口烟 道横断面上不同点位处的氨气浓度 ,尽量保持 SCR 反 应器入 口 烟 气 中 的 氨/ 氮 比 例 一 致 , 为 氮 氧 化 物 在 SCR 反应器内部充分反应创造良好条件 。
(2) 运行费用高 。由于使用柴油作为热源分解尿 素 ,每台炉设计工况下柴油耗量约为 90 kg/ h ,按 2007 年 4 台炉的年平均利用小时数 6 435 h 计算 ,4 台炉每 年的燃油量为 2 377 t ,按每吨柴油 7 000 元计算 ,每年 仅柴油一项 ,成本就达到 1 622 万元 。
APPL ICATION OF UREA PY ROLYSIS TO PREPARE AMMONIA TECHNOLOGY INTO SCR D ENITRIFICATIO N
ZHAO Do ng - xian1 ,L IU Zhao - pei2 ,WU Xiao - feng1 ,M EN G De - run1
1. Tongfang Environmental Co Lt d ,Beijing 100083 , PRC 2. Huaneng Beijing Thermal Power Co Lt d ,Beijing 100023 ,PRC
Abstract :The technology of urea p yrolysis to p repare ammo nia and it s applicatio n sit uatio n in SCR Denit rificatio n of Huaneng Beijing Thermal Power Co L t d have been p resented. It is clear f ro m opera2 tio n p ractice in half o ne year t hat t he operatio n of t he urea p yrolysis to p repare ammo nia system is sta2 ble ,safe and having high co mmissio ning rate , vario us indices all are basically satisf ying t he require2 ment s of SCR denit rificatio n technology ,t he deficiency is existing in uncovenient regulatio n of ammo2 nia o utp ut f ro m t his system ,and high operatio n expensives. Key words :power plant ;flue gas denit rificatio n ; SCR ; urea p yrolysis ;ammo nia p reparatio n