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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(duì)安全性的重視日益提高，越來(lái)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(jìn)，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(gè)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(gè)新的選擇。
隨著對(duì)環(huán)保工作的重視日益提高，我國(guó)從2008年開始逐漸開展對(duì)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(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）中表Ⅰ的排放限值，氮氧化物排放濃度控制更為嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)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(dāng)?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?dú)夂退Ｆ渲饕蛇€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(cè)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(xiǎn)品，其運(yùn)輸和存儲(chǔ)均存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。
近年來(lái)關(guān)于液氨的安全事故頻發(fā)，越來(lái)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(jìn)，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(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，由化工行業(yè)尿素深度水解制氨系統(tǒng)改進(jìn)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(jī)送入尿素溶解罐，用除鹽水或水解液進(jìn)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(chǔ)罐。尿素溶液由給料泵從尿素溶液儲(chǔ)罐輸送至熱交換器，經(jīng)水解液預(yù)熱后進(jìn)入水解器上部的板式塔，然后進(jìn)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(jìn)入板式塔后，進(jìn)入氨氣緩沖罐。而含有微量尿素的水解液從水解器底部進(jìn)入分離器，經(jīng)過蒸汽再次加熱，將水解液中殘留的尿素進(jìn)一步分解，氨氣進(jìn)入氣氨緩沖罐，水解液進(jìn)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(chǔ)車間、斗式提升機(jī)、尿素溶解罐、尿素溶液輸送泵、尿素溶液儲(chǔ)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(wú)油空壓機(jī)等設(shè)備組成。
2.1尿素溶液制備和存儲(chǔ)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(jìn)入水解器上部的板式塔。板式塔由一個(gè)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(jìn)入水解器，產(chǎn)品氣在壓差推動(dòng)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(jìn)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(shí)，兩相接觸進(jìn)行傳質(zhì)。尿素溶液進(jìn)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(shí)會(huì)生成中間產(chǎn)物甲銨，甲銨具有很強(qiáng)的腐蝕性，但在空氣存在的環(huán)境下會(huì)快速分解。系統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)油空壓機(jī)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(jìn)入分離器，分離器通過蒸汽進(jìn)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(jìn)入氣氨緩沖罐，水解液進(jìn)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(jìn)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(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，氨氣排入氨氣吸收罐，當(dāng)吸收罐內(nèi)溫度達(dá)到40℃時(shí)，自動(dòng)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(jìn)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(shí)啟動(dòng)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(jìn)行處理。
3結(jié)語(yǔ)
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(xiàng)目，邁出了化工電力跨行業(yè)技術(shù)應(yīng)用的實(shí)踐腳步。與國(guó)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(diǎn)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(jìn)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(fēng)險(xiǎn)。
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(xué)平衡狀態(tài)也在變化，造成氨的氣體組成成分也變化，對(duì)控制帶來(lái)不方便。
⑥國(guó)產(chǎn)技術(shù)，工程應(yīng)用成本較低。
該系統(tǒng)投運(yùn)至今已有一年多的時(shí)間，經(jīng)過調(diào)試和運(yùn)行調(diào)整，系統(tǒng)運(yùn)行逐漸穩(wěn)定，可以滿足兩臺(tái)330MW機(jī)組脫硝系統(tǒng)的供氨需求。