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尿素深度水解制氨技術(shù)在電廠脫硝系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著人們對安全性的重視日益提高,，越來越多的脫硝系統(tǒng)選擇尿素作為還原劑的制備原料,。文章介紹了尿素合成工藝中的尿素深度水解技術(shù)經(jīng)過改進,，應(yīng)用于SCR技術(shù)的還原劑制備系統(tǒng),。作為跨行業(yè)技術(shù)應(yīng)用的一個探索，該技術(shù)的工程應(yīng)用為脫硝還原劑制備系統(tǒng)提供一個新的選擇,。
隨著對環(huán)保工作的重視日益提高，我國從2008年開始逐漸開展對鍋爐氮氧化物排放的治理工作,。2014年7月1日起,，火力發(fā)電廠將執(zhí)行《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）中表Ⅰ的排放限值，氮氧化物排放濃度控制更為嚴格,。通過低氮燃燒技術(shù)控制氮氧化物的排放已很難滿足要求,，這意味著必須采取煙氣脫硝的技術(shù)才能滿足新環(huán)保標準的要求。由于技術(shù)成熟和高的脫硝率,，選擇性催化還原（SCR）技術(shù)是zui主流的煙氣脫硝技術(shù),，絕大部分電廠的煙氣脫硝項目都采用了這種技術(shù)。
選擇性催化還原（SCR）技術(shù)是通過還原劑（NH3）在適當?shù)臏囟炔⒂写呋瘎┐嬖诘臈l件下,，把氮氧化物轉(zhuǎn)化為空氣中天然含有的氮氣和水,。其主要由還原劑制備系統(tǒng)、氨空氣混合系統(tǒng),、氨噴入系統(tǒng),、反應(yīng)器系統(tǒng)、檢測控制系統(tǒng)等組成,。其中還原劑制備系統(tǒng)又分為液氨系統(tǒng),、氨水系統(tǒng)、尿素系統(tǒng)等,。液氨是重大危險品,，其運輸和存儲均存在較大安全風險。
近年來關(guān)于液氨的安全事故頻發(fā),，越來越多的脫硝系統(tǒng)選擇尿素系統(tǒng)作為還原劑制備系統(tǒng),。本文介紹由化工行業(yè)合成氨工藝中廣泛應(yīng)用的尿素深度水解技術(shù)經(jīng)過改進,，應(yīng)用于SCR工藝的尿素深度水解技術(shù)。
1尿素深度水解系統(tǒng)概述
通過提高尿素溶液濃度,，對工藝系統(tǒng)進行適當改進,，由化工行業(yè)尿素深度水解制氨系統(tǒng)改進后應(yīng)用于電廠SCR脫硝系統(tǒng)的尿素深度水解工藝流程如下。
尿素顆粒由斗提機送入尿素溶解罐,，用除鹽水或水解液進行溶解,，配置成濃度約20%，溫度40℃的尿素溶液,，由尿素溶液輸送泵送入尿素溶液儲罐,。尿素溶液由給料泵從尿素溶液儲罐輸送至熱交換器，經(jīng)水解液預(yù)熱后進入水解器上部的板式塔,，然后進入水解器,。
在水解器中，控制一定的溫度壓力,，尿素*水解變?yōu)榘睔夂投趸?，以氣態(tài)方式從水解器頂部進入板式塔后，進入氨氣緩沖罐,。而含有微量尿素的水解液從水解器底部進入分離器,，經(jīng)過蒸汽再次加熱，將水解液中殘留的尿素進一步分解,，氨氣進入氣氨緩沖罐,，水解液進入熱交換器與尿素溶液換熱后，經(jīng)過板式水冷器冷卻,，排入水解液緩沖罐備用,。尿素深度水解工藝流程圖如圖1所示。
2尿素深度水解系統(tǒng)組成
尿素深度水解制氨系統(tǒng)主要由尿素存儲車間,、斗式提升機,、尿素溶解罐、尿素溶液輸送泵,、尿素溶液儲罐,、給料泵、熱交換器,、板式水冷器,、分離器、水解器,、板式塔,、氣氨緩沖罐、水解液緩沖罐,、過濾器,、蒸汽減溫減壓裝置,、氨氣吸收罐、無油空壓機等設(shè)備組成,。
2.1尿素溶液制備和存儲系統(tǒng)
2.3水解系統(tǒng)
水解系統(tǒng)是尿素深度水解制氨系統(tǒng)的核心單元,。尿素溶液經(jīng)過水解液初步預(yù)熱后，進入水解器上部的板式塔,。板式塔由一個圓柱形殼體和其中按一定間距水平設(shè)置的若干篩板組成,。尿素溶液在重力作用下自上而下通過各層篩板進入水解器，產(chǎn)品氣在壓差推動下經(jīng)均布在篩板上的小孔由下而上穿過各層篩板后由塔頂排出,，通過管道進入氣氨緩沖罐備用,。
在每塊塔板上皆貯有一定的尿素溶液，產(chǎn)品氣在穿過板上液層時,，兩相接觸進行傳質(zhì),。尿素溶液進入水解器后，控制壓力1.3MPa,，溫度190℃的環(huán)境下,，水解為氨氣和二氧化氮。尿素水解時會生成中間產(chǎn)物甲銨,，甲銨具有很強的腐蝕性,，但在空氣存在的環(huán)境下會快速分解。系統(tǒng)設(shè)計無油空壓機向水解器內(nèi)加入防腐空氣,，以加速甲銨的分解,。
水解反應(yīng)生成的氨氣,、二氧化碳,、防腐空氣和水蒸氣一起稱為產(chǎn)品氣，產(chǎn)品氣組分見表1,。水解器排出的溶液稱為水解液,，其中含有微量的尿素。水解液通過管道進入分離器,，分離器通過蒸汽進一步加熱,，控制壓力1.3MPa，溫度190℃的環(huán)境,，將水解液中殘留的尿素*分解,，產(chǎn)品氣進入氣氨緩沖罐，水解液進入熱交換器預(yù)熱尿素溶液,，再經(jīng)過板式水冷器冷卻后進入水解液緩沖罐備用,。
2.4蒸汽減溫減壓系統(tǒng)
尿素深度水解制氨系統(tǒng)使用的汽源為電廠中壓供熱蒸汽，汽源壓力約3.5MPa,，溫度420℃,。經(jīng)過減溫減壓裝置,，得到壓力1.7MPa，溫度210℃的蒸汽,，供水解系統(tǒng)使用,。
2.5氨氣吸收系統(tǒng)
尿素水解區(qū)域內(nèi)設(shè)置有氨氣吸收系統(tǒng)，用于事故狀態(tài)下氨氣的吸收,，主要由氨氣吸收罐,、連接管道和噴淋水管組成。水解器,、氣氨緩沖罐安全門排放管道連接至氨氣吸收罐,，水解器出口有管道直排氨氣吸收罐。當出現(xiàn)異常時,，氨氣排入氨氣吸收罐,，當吸收罐內(nèi)溫度達到40℃時，自動開啟噴淋,，大量消防水噴出吸收氨氣,。含氨廢水通過氨氣吸收罐的溢流水管排出，進入廢水坑,。
尿素水解區(qū)域內(nèi)還設(shè)置有消防水噴淋系統(tǒng),，用于氨氣外漏時啟動事故噴淋。含氨廢水通過區(qū)域內(nèi)地溝排入廢水坑,。
2.6廢水處理系統(tǒng)
尿素水解系統(tǒng)設(shè)置有過濾器,，安裝在水解液排放至水解液緩沖罐管道上，可將系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)過濾,，雜質(zhì)通過定期清理過濾器去除,。過濾器設(shè)置有排廢水管道，通過定期排污,，將廢水排放至廢水坑,。廢水坑的廢水定期排放至污水處理廠進行處理。
3結(jié)語
尿素深度水解制氨系統(tǒng)作為*電廠脫硝系統(tǒng)的工程應(yīng)用項目,，邁出了化工電力跨行業(yè)技術(shù)應(yīng)用的實踐腳步,。與國外應(yīng)用較多的AOD、U2A,、SafeDeNOx等尿素水解技術(shù)相比,，該技術(shù)的工藝特點如下：
①不使用催化劑，使用化工行業(yè)水解技術(shù),，反應(yīng)速度略優(yōu)于AOD,、U2A技術(shù)。
②水解器后設(shè)置分離器進一步反應(yīng)，可以將水解液中尿素濃度降至zui低,。
③設(shè)置過濾系統(tǒng),，可有效去除添加尿素顆粒帶入系統(tǒng)中的雜質(zhì)。
④尿素溶液濃度低,，降低尿素溶液結(jié)晶和管道堵塞的風險,。
⑤由于系統(tǒng)反應(yīng)的壓力和溫度不恒定，尿素水解反應(yīng)的化學平衡狀態(tài)也在變化,，造成氨的氣體組成成分也變化,，對控制帶來不方便。
⑥國產(chǎn)技術(shù),，工程應(yīng)用成本較低,。
該系統(tǒng)投運至今已有一年多的時間，經(jīng)過調(diào)試和運行調(diào)整,，系統(tǒng)運行逐漸穩(wěn)定,，可以滿足兩臺330MW機組脫硝系統(tǒng)的供氨需求。