随着国内的经济发展 ,燃煤电厂锅炉烟气排放的指标控制越加严格 ,燃煤电厂烟气污染物的排放越来越受到国家和社会的广泛关注。锅炉烟气脱硫技术已在国内燃煤电厂实施 ,锅炉烟气脱硝技术在北京市已普及 ,在国内其它地方也逐渐推广 ,作为脱硝还原剂液氨的运用由于受到地域等因素的限制 ,尿素热解和水解制氨技术逐渐受到青睐 ,将为许多用户提供选择。

液氨、 氨水及尿素均可作为烟气脱硝还原剂 , 脱硝还原剂的选择主要从经济角度考虑。由于从地方管理部门获得液氨的使用与运输许可证越来越困难 ,防范要求越来越严 ,相应的成本越来越大 ,因此 ,氨水和尿素正越来越多地作为脱硝还原剂使用。

鉴于液氨和氨水的上述危险因素和部分火力发电厂地处的特殊位置 ,国内某发电厂早在 2007年就开始采用尿素热解制氨工艺 ,并在该厂的二期工程中着手研究尿素水解技术应用的可能性。

目前国内已经有多家电厂在脱硝工程中采用尿素热解技术 ,并且取得了成功的应用经验。

尿素热解原理

尿素的分子式为 CO (NH2 ) 2 ,亦称脲。对热不稳定 ,加热到 150～160℃将脱氨成缩二脲 ,若迅速加热将完全分解为氨气和二氧化碳。

•主要反应式:CO (NH2 ) 2 +H2O = 2NH3 +CO2

主要工艺流程

尿素粉末储存于储仓 ,由称重给料机 (或计量罐 )输送到溶解罐里 ,用除盐水将固体尿素溶解成 50%的尿素溶液 (需要外部加热 ,溶液温度保持在 40℃以上 ) ,通过尿素溶液混合泵输送到尿素溶液储罐;尿素溶液经由给料泵、 计量与分配装置、 雾化喷嘴等进入绝热分解室 ,稀释空气经加热后也进入分解室。雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解 ,生成的分解产物为氨气和二氧化碳 ,分解产物经由氨喷射系统进入脱硝烟道。

•热解室利用柴油作为热源 ,来完全分解尿素。在所要求的温度下 ( 450℃～600℃) ,热解室提供了足够的停留时间以确保尿素到氨的 100%转化率。 •  热解室的容积是依据尿素分解所需的体积来确定。热空气将通过燃烧器控制装置以维持适当的尿素分解温度。尿素经过喷射器注入到热空气 ,尿素的添加量是由 SCR反应器需氨量来决定的 ,负荷跟踪性将适应锅炉负荷变化要求。系统在热解室出口处提供空气 /氨气混合物。氨 /空气混合物中的氨体积含量小于 5%。

尿素水解技术介绍

作为应用于脱硝目的的水解技术在 1999年才开始运用在国外锅炉烟气脱硝工程 ,目前这样的技术主要有 AOD法、 U2A法及 SafeDeNOx 法三种。

•水解原理

尿素有水解作用 ,在一定的温度条件下能水解生成氨和二氧化碳。

主要反应式: CO (NH2 ) 2 +H2O = 2NH3 +CO2

尿素水解主要工艺流程

•用溶解液泵将约 90℃溶解液送入尿素溶解槽 ,颗粒状尿素经斗式提升机输送到尿素溶解槽 ,经搅拌后 ,配制成浓度约 40%～50% (wt)的尿素溶液; 经搅拌溶解合格的尿素溶液 ,温度约60℃,利用溶解液泵打入尿素溶液槽储存 ,用尿素溶液泵加压到表压 2. 6 MPa送到水解换热器 ,先与水解器出来温200℃的残液换热 ,温度升到 185℃左右 ,然后进入尿素水解器进行分解。

加热方式

•尿素水解器的蒸汽加热方式分为直接加热和间接加热方式。

①直接加热:尿素水解器的操作压力为 2 . 2MPa,操作温度约 200℃,水解器用隔板分为 9个小室。采用压力为 2 . 45 MPa的蒸汽通入塔底直接加热 ,蒸汽均匀分布到每个小室。在蒸汽加热和不断鼓泡、 破裂的蒸汽、 水流搅拌作用下 ,使呈 S形流动的尿素溶液得到充分加热与混合 ,尿素分解为氨和二氧化碳。

②间接加热:尿素水解制氨 U2A法将饱和蒸汽通过盘管方式进入水解反应器加热 ,蒸汽与尿素溶液间不混合 ,气液两相平衡体系的压力约为 1 .4～2 . 1 MPa,温度约 150℃。从水解反应器出来的低温饱和蒸汽 ,用来预加热进入水解反应器前的尿素溶液。

尿素水解和尿素热解技术经济性比较

•尿素水解技术方案在前期投资略低于尿素热解技术方案 •在运行成本方面却远低于后者 ,主要在于尿素热解技术需要消耗大量的燃油。

由于尿素相对于液氨具有的安全性 ,尿素分解制氨技术在国内逐渐为更多的用户选择 ,并且由于专业技术人员的不断应用创新和技术改造 ,尿素热解和水解需要的能源逐渐被电厂低品质的能源代替 ,尿素热解和水解的运行成本将会降低到一个更加合理的水平 ,其应用会逐渐得到推广。