隨著國內的經濟發展 ,燃煤電廠鍋爐煙氣排放的指標控制越加嚴格 ,燃煤電廠煙氣污染物的排放越來越受到國家和社會的廣泛關注。鍋爐煙氣脫硫技術已在國內燃煤電廠實施 ,鍋爐煙氣脫硝技術在北京市已普及 ,在國內其它地方也逐漸推廣 ,作為脫硝還原劑液氨的運用由于受到地域等因素的限制 ,尿素熱解和水解制氨技術逐漸受到青睞 ,將為許多用戶提供選擇。

液氨、 氨水及尿素均可作為煙氣脫硝還原劑 , 脫硝還原劑的選擇主要從經濟角度考慮。由于從地方管理部門獲得液氨的使用與運輸許可證越來越困難 ,防范要求越來越嚴 ,相應的成本越來越大 ,因此 ,氨水和尿素正越來越多地作為脫硝還原劑使用。

鑒于液氨和氨水的上述危險因素和部分火力發電廠地處的特殊位置 ,國內某發電廠早在 2007年就開始采用尿素熱解制氨工藝 ,并在該廠的二期工程中著手研究尿素水解技術應用的可能性。

目前國內已經有多家電廠在脫硝工程中采用尿素熱解技術 ,并且取得了成功的應用經驗。

尿素熱解原理

尿素的分子式為 CO (NH2 ) 2 ,亦稱脲。對熱不穩定 ,加熱到 150～160℃將脫氨成縮二脲 ,若迅速加熱將完全分解為氨氣和二氧化碳。

?主要反應式:CO (NH2 ) 2 +H2O = 2NH3 +CO2

主要工藝流程

尿素粉末儲存于儲倉 ,由稱重給料機 (或計量罐 )輸送到溶解罐里 ,用除鹽水將固體尿素溶解成 50%的尿素溶液 (需要外部加熱 ,溶液溫度保持在 40℃以上 ) ,通過尿素溶液混合泵輸送到尿素溶液儲罐;尿素溶液經由給料泵、 計量與分配裝置、 霧化噴嘴等進入絕熱分解室 ,稀釋空氣經加熱后也進入分解室。霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內分解 ,生成的分解產物為氨氣和二氧化碳 ,分解產物經由氨噴射系統進入脫硝煙道。

?熱解室利用柴油作為熱源 ,來完全分解尿素。在所要求的溫度下 ( 450℃～600℃) ,熱解室提供了足夠的停留時間以確保尿素到氨的 100%轉化率。 ?  熱解室的容積是依據尿素分解所需的體積來確定。熱空氣將通過燃燒器控制裝置以維持適當的尿素分解溫度。尿素經過噴射器注入到熱空氣 ,尿素的添加量是由 SCR反應器需氨量來決定的 ,負荷跟蹤性將適應鍋爐負荷變化要求。系統在熱解室出口處提供空氣 /氨氣混合物。氨 /空氣混合物中的氨體積含量小于 5%。

尿素水解技術介紹

作為應用于脫硝目的的水解技術在 1999年才開始運用在國外鍋爐煙氣脫硝工程 ,目前這樣的技術主要有 AOD法、 U2A法及 SafeDeNOx 法三種。

?水解原理

尿素有水解作用 ,在一定的溫度條件下能水解生成氨和二氧化碳。

主要反應式: CO (NH2 ) 2 +H2O = 2NH3 +CO2

尿素水解主要工藝流程

?用溶解液泵將約 90℃溶解液送入尿素溶解槽 ,顆粒狀尿素經斗式提升機輸送到尿素溶解槽 ,經攪拌后 ,配制成濃度約 40%～50% (wt)的尿素溶液; 經攪拌溶解合格的尿素溶液 ,溫度約60℃,利用溶解液泵打入尿素溶液槽儲存 ,用尿素溶液泵加壓到表壓 2. 6 MPa送到水解換熱器 ,先與水解器出來溫200℃的殘液換熱 ,溫度升到 185℃左右 ,然后進入尿素水解器進行分解。

加熱方式

?尿素水解器的蒸汽加熱方式分為直接加熱和間接加熱方式。

①直接加熱:尿素水解器的操作壓力為 2 . 2MPa,操作溫度約 200℃,水解器用隔板分為 9個小室。采用壓力為 2 . 45 MPa的蒸汽通入塔底直接加熱 ,蒸汽均勻分布到每個小室。在蒸汽加熱和不斷鼓泡、 破裂的蒸汽、 水流攪拌作用下 ,使呈 S形流動的尿素溶液得到充分加熱與混合 ,尿素分解為氨和二氧化碳。

②間接加熱:尿素水解制氨 U2A法將飽和蒸汽通過盤管方式進入水解反應器加熱 ,蒸汽與尿素溶液間不混合 ,氣液兩相平衡體系的壓力約為 1 .4～2 . 1 MPa,溫度約 150℃。從水解反應器出來的低溫飽和蒸汽 ,用來預加熱進入水解反應器前的尿素溶液。

尿素水解和尿素熱解技術經濟性比較

?尿素水解技術方案在前期投資略低于尿素熱解技術方案 ?在運行成本方面卻遠低于后者 ,主要在于尿素熱解技術需要消耗大量的燃油。

由于尿素相對于液氨具有的安全性 ,尿素分解制氨技術在國內逐漸為更多的用戶選擇 ,并且由于專業技術人員的不斷應用創新和技術改造 ,尿素熱解和水解需要的能源逐漸被電廠低品質的能源代替 ,尿素熱解和水解的運行成本將會降低到一個更加合理的水平 ,其應用會逐漸得到推廣。