国产首套尿素水解装置在大型火电厂的工业应用及技术优化


液氨和尿素均可作为烟气脱硝还原剂。液氨法以其简洁的工艺和投资运行费用优势而一度成为脱硝还原剂制备的主流技术,但根据GB18218—2009《危险化学品重大危险源辨识》中对危险化学品临界量的划分,液氨储存量超过10t即成为重大危险源,其运输和储存均有严格要求,且使用资格证书的审批难度也越来越大。

近年来随着国家对安全生产要求的提高,同时根据各大发电集团公司的脱硝改造技术路线要求,为避免安全隐患和再次改造,原则要求采用尿素作为脱硝还原剂。

尿素水解或热解制氨工艺不存在化学危险,可以消除液氨储存及运输所带来的安全隐患,其中尿素热解的制氨运行成本较水解工艺高。

我国尿素制氨脱硝工艺应用起步较晚,主要采用进口技术,为减少尿素制氨脱硝的运行成本,降低初投资成本,避免对进口尿素水解装置的技术依赖,开展国产化尿素水解技术的应用研究很有必要。

为满足国家政策要求以及实现尿素水解国产化,由国电环境保护研究院总负责的国产首套新工艺尿素水解装置在国电东胜热电厂2×330MW机组的脱硝工程上实现正式喷氨运行。国电东胜热电厂的成功经验和技术优化,可为其他电厂烟气脱硝工程中尿素水解技术的应用提供借鉴。

1、尿素水解原理

尿素水解制氨系统主要设备有尿素溶解罐、尿素溶液储罐以及尿素水解反应器等。国电东胜热电厂尿素水解制氨系统如图1所示。

图1 尿素水解系统流程示意

图1尿素水解系统流程示意尿素颗粒加入到溶解罐,用除盐水将其溶解成质量分数为40%~60%的尿素溶液,通过溶解泵输送到储罐;储罐中尿素溶液经给料泵、计量与分配装置进入尿素水解制氨反应器(以下简称尿素水解器),在尿素水解器中尿素水解生成NH3、H2O和CO2,产物经由氨喷射系统进入SCR脱硝系统。其化学反应式为

2、设计参数与指标

国电东胜热电厂2×330MW机组烟气脱硝尿素水解制氨系统采用公用制。在设计煤种、锅炉最大负荷工况(BMCR)、处理100%烟气量、75%脱硝效率的条件下,脱硝氨耗量为116kg/h,单台尿素水解器设计出力为232kg/h,满足2台锅炉的供氨需求。尿素水解制氨工艺系统设计指标包括:

尿素水解器尿素溶液进料质量分数40%~60%;装置可用率不小于98%;水解系统成品气中的氨气供应量应满足30%~100%BMCR负荷下所需的氨气流量;辅助系统设备出力选型按照2×120%容量考虑;用电量、用水量、用汽量及尿素消耗量等指标如表1所示。

表1尿素水解制氨装置各物质用量(2台炉)

3、尿素水解系统主要组成

3.1尿素溶解与输送系统

袋装尿素通过电动葫芦输送到尿素堆料区。配制尿素溶液时,通过电动葫芦将袋装尿素输送到尿素溶解罐卸料口,拆包后的尿素从卸料口进入溶解罐。