尿素溶液熱解系統(tǒng)概述和工藝設計

黃春艷 馬繼偉

（1.北京洛卡環(huán)保技術有限公司，遼寧 沈陽110013；2.山東國瑞環(huán)保產業(yè)有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽110021）

0 引言

SCR煙氣脫硝的還原劑應具有效率高、價格低、安全性高、倉儲便利、占地面積小等特點，目前常用的還原劑主要有液氨、氨水和尿素三種。

液氨雖然具有來源廣、投資費用低等優(yōu)點，但因其是有毒物質，具有很強的安全威脅性和毒性，同樣氨水也具有安全問題，這兩種還原劑逐漸被尿素所取代。尿素制氨工藝包括水解和熱解兩種技術，其中熱解工藝具有很高的穩(wěn)定性、安全性和可利用率，越來越受到業(yè)內的認可和青睞。

1 原理介紹

尿素熱解反應方程式為：

CO(NH2)2→NH3+HNCO

尿素 氨+異氰酸

HNCO+H2O→NH3+CO2

異氰酸+水 氨+二氧化碳

2 流程介紹

尿素熱解法制氨系統(tǒng)分為尿素溶液制備系統(tǒng)和熱解系統(tǒng)兩部分，其中尿素制備包括斗提機、溶解罐、溶液給料泵、儲罐、尿素溶液循環(huán)裝置（HFD），熱解包括計量分配裝置（MDM）、電加熱器（EH）、含噴射器(INJ)的絕熱分解室（DC）。

（1）袋裝尿素經過破袋后，由斗提機輸送到溶解罐里，用除鹽水將干尿素溶解成40～60%（一般為50%）質量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐。

（2）尿素溶液經由尿素溶液循環(huán)泵輸送至計量分配裝置母管接口，再通過循環(huán)管路經由背壓控制閥回到尿素溶液儲罐。

（3）50%尿素溶液結晶溫度約為18℃，為防止設備及管路內溶液結晶，罐體需要內置蒸汽盤管，管路可設置疏水、電伴熱并采用硅酸鋁或巖棉管殼保溫。

（4）尿素溶液經過計量分配裝置精確地測量和控制輸送到噴射器，經過霧化噴嘴噴入分解室后熱解，生成NH3、H2O和CO2，分解產物噴入SCR脫硝系統(tǒng)。

（5）尿素熱解采用鍋爐熱一次風或二次風，風量設計值由熱平衡計算所得，風壓不低于8.5KPa，如達不到此壓力值，需設置增壓風機。用電加熱器將高溫空氣加熱到約350~600℃后進入絕熱分解室。

3 核心設備的設計理念及優(yōu)化

3.1 尿素溶解罐

材料采用S30408不銹鋼，溶解罐除設有水流量和溫度控制系統(tǒng)外，還采用輸送泵將尿素溶液從儲罐底部向側部進行循環(huán)，使尿素溶液更好地混合。尿素溶液濃度的精準配制是通過裝在循環(huán)回路上的密度計信號控制溶解罐進水自動完成的。當尿素溶液溫度過低時，蒸汽加熱系統(tǒng)啟動使溶液的溫度高于28℃（確保不結晶）。

尿素溶解罐設有人孔、顆粒尿素進口、蒸汽進口、溶解水進口、循環(huán)回流口、尿素溶液出口、溢流管、排污管、攪拌器、液位、溫度測量等設施。尿素溶解罐上設置排風機。尿素溶解罐的溶解水進口設置兩路，一為除鹽水，二為加熱用的蒸汽疏水，兩者可根據(jù)實際情況自動切換。

3.2 尿素溶液儲罐

滿足6天的用量（40～60%尿素溶液）要求，采用不銹鋼制造，為立式平底結構，裝有液面、溫度顯示儀、人孔、梯子、通風孔及蒸汽加熱裝置，罐體外實施保溫。儲罐基礎為混凝土結構，室外布置時考慮現(xiàn)場其他情況變量包括地震帶，風載荷、雪載荷和溫度變化等。

尿素溶解罐及儲罐蒸汽冷凝水由疏水器排出匯入疏水箱進行回收，作為設置尿素溶液伴熱水，伴熱后的水將回到疏水箱。

3.3 尿素溶液循環(huán)裝置

該裝置包含2臺全流量的多級變頻離心泵，一用一備、1套過濾器、1只背壓控制閥及用于遠程控制和監(jiān)測循環(huán)系統(tǒng)的壓力、溫度、流量等儀表。高流量循環(huán)泵的設計流量為尿素溶液耗量設計值的5倍，出口壓力應能滿足克服循環(huán)管道的沿程阻力和管件的局部損失打入計量分配裝置。

3.4 計量分配裝置

能精確地測量和控制輸送到分解室的尿素溶液流量，其中尿素溶液支管調節(jié)閥采用美國進口品牌，調節(jié)精度高，能滿足30%-100%氨需量的要求。裝置內及裝置出口至噴槍段的尿素溶液管道要求電伴熱，保溫使用橡塑海綿。模塊設計沖洗水管路，噴槍入口處的沖洗水壓力要求高于0.5MPa，可以將伴熱熱水作為沖洗水水源。霧化空氣母管壓力0.6MPa-0.8 MPa。

3.5 電加熱器

根據(jù)熱風的流量和電加熱器進出口溫度，計算出加熱器的電耗和裝機功率，留有適當?shù)脑O計裕量，用以補償因鍋爐負荷變化引起熱風溫度的浮動和設備的負偏差。電加熱器電壓等級為380V,采用可控硅控制方式，功率100%可調，避免出現(xiàn)大幅度的電流波動。電加熱器熱響應速度0.5℃/S

3.6 絕熱分解室

尿素溶液由316 L不銹鋼制造的噴射器霧化后噴入分解室，在350～600℃的高溫熱風條件下，尿素液滴分解成NH3、H2O、CO2。根據(jù)尿素溶液分解的時間和覆蓋面積確定噴射器在熱解爐內的位置，確保尿素分解完全，杜絕氨氣混合物管中出現(xiàn)再結晶或加熱空氣中的飛灰沉積現(xiàn)象。保證中間產物HNCO（異氰酸）對下游煙道設備不存在潛在負面影響。

噴槍的噴嘴采用優(yōu)質產品，能隨機組的負荷調節(jié)，自動調節(jié)噴槍的噴入量。熱解爐設置有噴槍檢修的密封風，通常雜用壓縮空氣，當單支槍檢修時噴槍位置通入密封風，避免分解室內熱風外逸傷人。

4 結語

隨著尿素熱解技術在燃煤電廠應用日益廣泛，整個系統(tǒng)的設計需要同時滿足合理性、安全性、經濟性的要求。通過煙氣量、NOX去除效率計算出需氨量，再進一步計算出尿素耗量，進而確定溶解罐、儲罐、輸送泵、電加熱器和熱解爐等設備的參數(shù)。

［1］DL/T 5480-2013火力發(fā)電廠煙氣脫硝設計技術規(guī)程[S].

［2］宋小寧,晏敏.燃煤電廠SCR煙氣脫硝設計的影響因素分析[J].杭州:安全與環(huán)境工程,2013.

［3］郭偉,崔寧.尿素熱解制氨SCR脫硝技術在電廠的應用與優(yōu)化[J].石家莊:鍋爐技術,2012.