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大型燃煤机组脱硝尿素水解工艺说明(含与尿素热解对比)

北极星环保网来源:环保技术互联2017/7/19 9:45:16我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝 SCR工艺 烟气脱硝

北极星环保网讯:一、尿素制氨概述

尿素(CH4N2O)为无毒无味的白色晶体或粉末,是人工合成的第一个有机物,广泛存在于自然界中,其理化性质较稳定,应用于农业及工业领域,其运输、储存和管理均不受国家和地方法规的限制。但固体颗粒尿素容易吸湿,当空气中的相对湿度大于尿素的吸湿点时,它就吸收空气中的水分而潮解,尿素在储存过程中极易吸潮板结,需采取措施防止吸湿结块的情况发生。

从目前国内情况来看,SCR工艺中液氨蒸发制氨系统占大多数。但若电厂处于人口密集区,或其用地非常紧张难以满足危险品储存的安全距离要求,或者液氨的采购及运输路线有很大困难时,为克服燃煤电厂烟气脱硝使用液氨存在的安全性问题,尿素制氨工艺被开发出来,尿素系统相对比较复杂,投资和运行成本高于液氨系统,但是其最大的优势是安全性非常高。

尿素是氨的理想的来源,它是一种稳定、无毒的固体物料,对人和环境均无害。它可以被散装运输并长期储存。它不需要运输和储存方面的特殊程序,它的使用不会对人员和周围社区产生不良影响。尿素制氨工艺的原理是尿素水溶液在一定温度下发生水解反应,生成的气体中包含二氧化碳、水蒸汽和氨气。其化学反应式为:

NH2-CO-NH2+H2O→2NH3↑+CO2↑

尿素制氨系统由尿素颗粒储存和溶解系统、尿素溶液储存和输送系统及尿素分解系统组成。尿素制氨方式因初投资高及运行费用高而在国内应用较少,但有增加的趋势。根据尿素制氨工艺的不同,分为水解技术和热解技术。

二、尿素制氨工艺

(一)水解系统

尿素水解系统有意大利SiirtecNigi公司的Ammogen®工艺和美国Wahlco公司及Hamon公司的U2A®工艺。因Ammogen技术工艺较老,已经淘汰,目前国内尚无Ammogen水解系统使用业绩,而U2A®水解工艺国内已有电厂开始采用,如武汉青山电厂2×350MW机组、成都金堂电厂2×600MW机组、大连开发区电厂2×350MW机组、云南宣威电厂6×350MW机组、大同二电厂一期6×200MW机组等16项脱硝工程采用了尿素水解技术。

典型的尿素水解制氨系统如图1所示。尿素颗粒加入到溶解罐,用去离子水将其溶解成质量浓度为40%-60%的尿素溶液,通过溶解泵输送到储罐;之后尿素溶液经给料泵、计量与分配装置进入尿素水解制氨反应器,在反应器中尿素水解生成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:

CO(NH2)2+H2ONH2-COO-NH42NH3↑+CO2↑(1)

该反应是尿素生产的逆反应。反应速率是温度和浓度的函数。反应所需热量可由电厂辅助蒸汽和电加热提供。

尿素水解制氨系统主要设备有尿素溶解罐、尿素溶解泵、尿素溶液储罐、尿素溶液给料泵及尿素水解制氨模块等。

浓度约50%的尿素溶液被输送到尿素水解反应器内,饱和蒸汽通过盘管的方式进入水解反应器,饱和蒸汽不与尿素溶液混合,通过盘管回流,冷凝水由疏水箱、疏水泵回收。水解反应器内的尿素溶液浓度可达到40~50%,气液两相平衡体系的压力约为0.4~0.6MPa,温度约为150~160℃。

脱硝

图1.典型尿素水解工艺系统图

水解反应器中产生出来的含氨气流首先进入计量模块,然后被锅炉热一次风稀释,最后进入氨气-烟气混合系统。

延伸阅读:

大型燃煤机组脱硝尿素热解制氨系统

SCR烟气脱硝尿素热解炉前烟气加热器技术研究

尿素脱硝整套启动操作规程及操作流程

浅谈火电厂尿素炉内直喷热解脱硝技术

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