尿素溶液熱解系統(tǒng)概述和工藝設(shè)計(jì)

黃春艷 馬繼偉

（1.北京洛卡環(huán)保技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽(yáng)110013；2.山東國(guó)瑞環(huán)保產(chǎn)業(yè)有限公司沈陽(yáng)分公司，遼寧 沈陽(yáng)110021）

0 引言

SCR煙氣脫硝的還原劑應(yīng)具有效率高、價(jià)格低、安全性高、倉(cāng)儲(chǔ)便利、占地面積小等特點(diǎn)，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(lái)源廣、投資費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但因其是有毒物質(zhì)，具有很強(qiáng)的安全威脅性和毒性，同樣氨水也具有安全問(wèn)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(shù)，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(lái)越受到業(yè)內(nèi)的認(rèn)可和青睞。

1 原理介紹

尿素?zé)峤夥磻?yīng)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?zé)峤夥ㄖ瓢毕到y(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(jī)、溶解罐、溶液給料泵、儲(chǔ)罐、尿素溶液循環(huán)裝置（HFD），熱解包括計(jì)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(jīng)過(guò)破袋后，由斗提機(jī)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(zhì)量濃度的尿素溶液，通過(guò)尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐。

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

（3）50%尿素溶液結(jié)晶溫度約為18℃，為防止設(shè)備及管路內(nèi)溶液結(jié)晶，罐體需要內(nèi)置蒸汽盤(pán)管，管路可設(shè)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(jīng)過(guò)計(jì)量分配裝置精確地測(cè)量和控制輸送到噴射器，經(jīng)過(guò)霧化噴嘴噴入分解室后熱解，生成NH3、H2O和CO2，分解產(chǎn)物噴入SCR脫硝系統(tǒng)。

（5）尿素?zé)峤獠捎缅仩t熱一次風(fēng)或二次風(fēng)，風(fēng)量設(shè)計(jì)值由熱平衡計(jì)算所得，風(fēng)壓不低于8.5KPa，如達(dá)不到此壓力值，需設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)。用電加熱器將高溫空氣加熱到約350~600℃后進(jìn)入絕熱分解室。

3 核心設(shè)備的設(shè)計(jì)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(shè)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(chǔ)罐底部向側(cè)部進(jìn)行循環(huán)，使尿素溶液更好地混合。尿素溶液濃度的精準(zhǔn)配制是通過(guò)裝在循環(huán)回路上的密度計(jì)信號(hào)控制溶解罐進(jìn)水自動(dòng)完成的。當(dāng)尿素溶液溫度過(guò)低時(shí)，蒸汽加熱系統(tǒng)啟動(dòng)使溶液的溫度高于28℃（確保不結(jié)晶）。

尿素溶解罐設(shè)有人孔、顆粒尿素進(jìn)口、蒸汽進(jìn)口、溶解水進(jìn)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(cè)量等設(shè)施。尿素溶解罐上設(shè)置排風(fēng)機(jī)。尿素溶解罐的溶解水進(jìn)口設(shè)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(shí)際情況自動(dòng)切換。

3.2 尿素溶液儲(chǔ)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(jié)構(gòu)，裝有液面、溫度顯示儀、人孔、梯子、通風(fēng)孔及蒸汽加熱裝置，罐體外實(shí)施保溫。儲(chǔ)罐基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)，室外布置時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)其他情況變量包括地震帶，風(fēng)載荷、雪載荷和溫度變化等。

尿素溶解罐及儲(chǔ)罐蒸汽冷凝水由疏水器排出匯入疏水箱進(jìn)行回收，作為設(shè)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(tái)全流量的多級(jí)變頻離心泵，一用一備、1套過(guò)濾器、1只背壓控制閥及用于遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)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(shè)計(jì)流量為尿素溶液耗量設(shè)計(jì)值的5倍，出口壓力應(yīng)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(jì)量分配裝置。

3.4 計(jì)量分配裝置

能精確地測(cè)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(diào)節(jié)閥采用美國(guó)進(jìn)口品牌，調(diào)節(jié)精度高，能滿足30%-100%氨需量的要求。裝置內(nèi)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(shè)計(jì)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(fēng)的流量和電加熱器進(jìn)出口溫度，計(jì)算出加熱器的電耗和裝機(jī)功率，留有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)裕量，用以補(bǔ)償因鍋爐負(fù)荷變化引起熱風(fēng)溫度的浮動(dòng)和設(shè)備的負(fù)偏差。電加熱器電壓等級(jí)為380V,采用可控硅控制方式，功率100%可調(diào)，避免出現(xiàn)大幅度的電流波動(dòng)。電加熱器熱響應(yīng)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?zé)犸L(fēng)條件下，尿素液滴分解成NH3、H2O、CO2。根據(jù)尿素溶液分解的時(shí)間和覆蓋面積確定噴射器在熱解爐內(nèi)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(jié)晶或加熱空氣中的飛灰沉積現(xiàn)象。保證中間產(chǎn)物HNCO（異氰酸）對(duì)下游煙道設(shè)備不存在潛在負(fù)面影響。

噴槍的噴嘴采用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，能隨機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)，自動(dòng)調(diào)節(jié)噴槍的噴入量。熱解爐設(shè)置有噴槍檢修的密封風(fēng)，通常雜用壓縮空氣，當(dāng)單支槍檢修時(shí)噴槍位置通入密封風(fēng)，避免分解室內(nèi)熱風(fēng)外逸傷人。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著尿素?zé)峤饧夹g(shù)在燃煤電廠應(yīng)用日益廣泛，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要同時(shí)滿足合理性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的要求。通過(guò)煙氣量、NOX去除效率計(jì)算出需氨量，再進(jìn)一步計(jì)算出尿素耗量，進(jìn)而確定溶解罐、儲(chǔ)罐、輸送泵、電加熱器和熱解爐等設(shè)備的參數(shù)。

［1］DL/T 5480-2013火力發(fā)電廠煙氣脫硝設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

［2］宋小寧,晏敏.燃煤電廠SCR煙氣脫硝設(shè)計(jì)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?zé)峤庵瓢盨CR脫硝技術(shù)在電廠的應(yīng)用與優(yōu)化[J].石家莊:鍋爐技術(shù),2012.