隨著國家新的環(huán)保政策的實(shí)施，對大型火電機(jī)組的煙氣凈化裝置要求更加的嚴(yán)格，其中對NOx污染物的排放提出近零排放的要求。脫硝過程中使用的還原劑氨氣，其在工業(yè)生產(chǎn)中主要有熱解和水解制氨工藝技術(shù)。其中尿素水解技術(shù)由于具備很多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到了更加多的關(guān)注，其主要的優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡單、運(yùn)行簡單可靠，基礎(chǔ)投資適中，本文扼要說明了尿素水解系統(tǒng)的組成、工藝特點(diǎn)，同時介紹了與尿素?zé)峤夤に嚨膶Ρ确治銮闆r。

1尿素水解技術(shù)在SCR脫硝系統(tǒng)中應(yīng)用

1.1Selected catalytic reduction(SCR)脫硝技術(shù)原理

SCR脫硝技術(shù)其反應(yīng)原理是煙氣中NOx在脫硝反應(yīng)器中與還原劑在催化單元活性物質(zhì)作用下發(fā)生催化反應(yīng)，，反應(yīng)化學(xué)方程式如下:

催化反有固定的溫度區(qū)間，只有在合理的溫度區(qū)間，催化效率才會最高，而這個催化活性區(qū)間為300～420℃，溫度過高或過低都會損壞催化劑的活性。

1.2尿素水解制氨系統(tǒng)描述

在溶解裝置中尿素和凝結(jié)水在加熱盤管加熱下，制成40～60%濃度的尿素溶液，通過輸送泵將溶液從溶解罐輸送道溶液儲藏裝置，再通過供液泵和計(jì)量系統(tǒng)控制進(jìn)入水解反應(yīng)器的溶液，在水解反應(yīng)器中進(jìn)行尿素水解反應(yīng)，其熱量主要來自加熱盤管，產(chǎn)品氣在混合裝置被熱一次風(fēng)稀釋成濃度小于5%的混合氣體，并由噴氨格柵裝置噴入脫硝反應(yīng)器。緊急排放的氨氣經(jīng)水的吸收經(jīng)由廢水泵送至電廠水處理中心中和處理。具體工藝流程見圖1。

圖1尿素水解制氨工藝系統(tǒng)圖

1.3尿素水解制氨系統(tǒng)設(shè)備組成尿素水解制氨系統(tǒng)主要有以下設(shè)備:溶解裝置、儲藏裝置、輸送裝置、水解反應(yīng)裝置、廢水輸送裝置、廢水收納裝置等。尿素制氨系統(tǒng)中主要大型設(shè)備有尿素溶液儲罐和水解反應(yīng)器。

尿素溶液儲罐一般采用兩個，滿足24小時的尿素溶液消耗，溶解罐本體材質(zhì)為304L不銹鋼圓形容器，并設(shè)有人孔、爬梯、相應(yīng)接口管等，有效容積選擇時一般采用滿足機(jī)組7天最大用氨量來計(jì)算，為了保證溶液儲罐安全運(yùn)行，在其上部還需設(shè)置各種保障閥門用于保護(hù)和調(diào)節(jié)，同時為了監(jiān)控安全運(yùn)行，裝有溫度計(jì)、壓力表、液位計(jì)和相應(yīng)的變送器等用于監(jiān)測設(shè)備。儲罐包括加熱系統(tǒng)并具有防尿素腐蝕功能，并能保持適當(dāng)?shù)臏囟纫员苊饨Y(jié)晶(20～25℃)。

水解反應(yīng)器系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的重要組成，尿素溶液通過給料泵送至水解反應(yīng)器中進(jìn)行催化反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式如下:

在水解反應(yīng)器中進(jìn)行催化反應(yīng)需要對溫度和壓力進(jìn)行聯(lián)動控制，保證水解反應(yīng)產(chǎn)物成分恒定，同時由于水解產(chǎn)物中的縮二脲、聚合物等物質(zhì)對罐體具有腐蝕性，罐體材質(zhì)采用尿素級316L，水解反應(yīng)器中設(shè)置盤管加熱器，提供催化反應(yīng)所需的能量，水解反應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)和工藝流程見表1和圖2。

圖2尿素水解反應(yīng)工藝流程

表1主要設(shè)計(jì)參數(shù)

水解反應(yīng)器可布置在鍋爐鋼架上，和鍋爐構(gòu)架聯(lián)合設(shè)計(jì)，其主要有以下優(yōu)點(diǎn):縮短了產(chǎn)品氣的輸送距離，管道布置簡單;減小管道輸送過程的熱量損失。

2尿素水解制氨技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1)能量消耗低。尿素水解采用壓力0.8MPa以上蒸汽加熱，350MW等級機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行只需用蒸汽1.1t/h。

2)運(yùn)行過程中安全穩(wěn)定。尿素水解制氨不會儲存大量液氨和氨水，不會存在重大危險源，生產(chǎn)過程密閉循環(huán)提供所需的產(chǎn)物流量及組成，尿素溶液配制階段不會有氨氣外泄，也不存在危化品運(yùn)輸審批，即使出現(xiàn)緊急情況，也會完全可控。

3)占用廠房面積小。尿素水解制氨不會儲存大量液氨和氨水，廠房與周圍建構(gòu)筑物間距較小。

4)間接加熱方式，各種品質(zhì)蒸汽均可使用，還可使用電加熱。

3尿素水解制氨技術(shù)需克服難點(diǎn)

1)水解反應(yīng)器腐蝕問題。尿素水解首先生產(chǎn)一種叫氨基甲酸銨的亞穩(wěn)定態(tài)物質(zhì)，氨基甲酸銨極不穩(wěn)定，會繼續(xù)水解生成氨氣和二氧化碳，氨基甲酸銨的腐蝕性極強(qiáng)，在溫度高于160度時，腐

蝕速率急劇增加。

解決方案為:嚴(yán)格控制水解反應(yīng)器反應(yīng)溫度，實(shí)際操作溫度控制在155度以下;水解反應(yīng)器和相應(yīng)管道選用抗腐蝕性較好的316L不銹鋼材質(zhì);在水解反應(yīng)器內(nèi)加入防腐空氣，有游離氧存在下不銹鋼表面會產(chǎn)生一層鈍化膜，大大降低腐蝕速率。

2)機(jī)組負(fù)荷變化響應(yīng)時間問題。尿素水解反應(yīng)速率較慢，在鍋爐負(fù)荷變化較大時，水解產(chǎn)氨速率難以跟上脫硝需氨變化速率。

解決方案為:加大水解反應(yīng)器產(chǎn)品氣儲存容積，使得水解反應(yīng)器供氨速率跟上脫硝需氨變化速率;引入CEMS需氨量變化信號至水解反應(yīng)器，縮短反應(yīng)時間。

3)管道輸送產(chǎn)品氣冷凝問題。產(chǎn)品氣為氨氣、二氧化碳、水蒸氣的混合氣體，從水解反應(yīng)器頂部出來的產(chǎn)品氣基本處于飽和態(tài)，管道輸送過程中極易產(chǎn)生氣體冷凝，造成管道堵塞。解決方案為:對產(chǎn)品氣采用蒸汽夾套伴熱，產(chǎn)品氣走內(nèi)管，蒸汽走外管，使得產(chǎn)品氣一直處于過熱態(tài)，不會產(chǎn)生冷凝。

4尿素水解和熱解制氨技術(shù)對比分析

尿素?zé)峤夤に囀抢幂o助能源(燃油、電加熱等)在熱解爐內(nèi)制造600℃左右的溫度場，將尿素溶液(40～60%)通過計(jì)量和優(yōu)化分配裝置進(jìn)行尿素溶液進(jìn)入熱解爐流量控制，利用壓縮空氣進(jìn)行霧化處理，在熱解裝置內(nèi)與高溫空氣混合，發(fā)生熱解反應(yīng)分解為氨氣、二氧化碳和水，產(chǎn)品氣和空氣混合均勻并進(jìn)入氨噴射裝置，接著進(jìn)入脫硝煙道與煙氣混合反應(yīng)，尿素?zé)峤夤に嚵鞒桃妶D3，具體對比見表2、表3、表4和表5。

圖3尿素?zé)峤庵瓢惫に囅到y(tǒng)圖

表2尿素制氨工藝技術(shù)比較

表3尿素水解與尿素?zé)峤膺\(yùn)行參數(shù)對比

表4尿素水解與尿素?zé)峤饧夹g(shù)對比

表5尿素?zé)峤馀c水解工藝投資、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性對比(350MW等級機(jī)組耗量)

尿素水解制氨工藝的運(yùn)行成本低于熱解制氨工藝，且尿素?zé)峤夤に嚿a(chǎn)過程中能量消耗巨大，運(yùn)行成本偏高，副反應(yīng)比較復(fù)雜，尿素消耗量巨大。熱解反應(yīng)的副產(chǎn)物還可能抑制脫硝反應(yīng)器的還原反應(yīng)。

綜合考慮運(yùn)行和投資成本、原材料的運(yùn)輸、尿素水解制氨工藝將會成為SCR脫硝反應(yīng)還原劑制備工藝的發(fā)展趨勢。

5結(jié)論

隨著脫硝反應(yīng)還原劑制備工藝的發(fā)展，對制備工藝安全、環(huán)保、節(jié)能的要求越來越高。本文對尿素水解制氨工藝的系統(tǒng)特點(diǎn)、工藝特性進(jìn)行了研究討論，同時與尿素?zé)峤?/p>

制氨工藝進(jìn)行了研究對比，得到以下的結(jié)論:

1)尿素制氨工藝所需原材料豐富、方便運(yùn)輸、對安全性要求不高，危險性比較低，具備較高的安全性和可靠性，運(yùn)行時可控性較大、操作簡單、穩(wěn)定可靠。

2)尿素水解技術(shù)采用密閉循環(huán)提供反應(yīng)物質(zhì)，尿素配置階段不會發(fā)生氨泄漏，反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)為間接加熱方式，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定度。同時能耗低，運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠。

3)尿素?zé)峤饧夹g(shù)尿素轉(zhuǎn)化氨氣的效率低，不完全熱解所產(chǎn)生的副產(chǎn)物易沉積，導(dǎo)致其物耗高，由于其燃料消耗量大，能耗不隨機(jī)組負(fù)荷降低而降低，不能多機(jī)組公用。