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尿素热解制氨SCR脱硝技术在电厂的应用与优化初探

北极星环保网来源:山东工业技术 郭超民2019/1/3 10:54:08我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:尿素热解 脱硝技术 SCR

北极星环保网讯:随着社会经济的持续发展,我国对环境保护方面的重视程度逐渐提升,环保局对电站锅炉的氮氧化物排放量又提出了新的要求,促进热电厂对氮氧化物的排放实施有效控制,采用科学有效的催化还原技术来符合环保局的新要求。通过相关实验研究表明,尿素热解制氨系统具有较强的安全性与稳定性,各项指标均符合SCR技术要求,但由于在氨量的输出与调节方面存在缺陷,因此需要对其进行进一步的优化与研究。

在整个脱销系统中,还原剂的选择属于十分关键的环节,由于还原剂属于消耗品,其成本与脱销系统的经济性产生较大关联,目前主要使用的还原剂类型为氨水、液氨与尿素。但是,将三者相比较来看,尿素在性能、安全性等方面存在较为明显的优势,因此成为优先选择的还原剂,得到众多热电厂的广泛应用。

1 尿素热解技术的应用现状

(1)尿素系统概述。尿素的供应由运输卡车运送至尿素储存间存放,把干尿素通过气力输送设备送入至尿素溶解罐。尿素在溶解罐中与除盐水或蒸汽疏水混合、加热、均匀搅拌,确保尿素的完全溶解(40~50%的尿素溶液);经搅拌溶解合格的尿素溶液, 温度约60℃, 利用尿素溶液输送泵打入尿素溶液储罐储存, 用尿素溶液循环泵加压送至水解换热器, 经饱和蒸汽通过盘管间接加热,在一定温度、压力下分解成氨气和二氧化碳,从水解反应器出来的产品气输送到SCR反应区后被热一次风稀释成小于5%的氨气,由氨喷射装置喷入脱硝装置与烟气中的NOx 反应。

(2)运行稳定性较差。氨蒸汽管道、水解器的泄放管道、各尿素溶液管道均设置有伴热系统,防止其内温度降低带来结晶危险。其中,各尿素溶液管道,水解器尿素回流至尿素溶解罐管道,水解器排污至尿素区地沟管道采用疏水伴热,产品气采用蒸汽伴热。水解器出来的氨蒸汽管道,水解器安全阀排气管道采用蒸汽伴热。

(3)供氨管道容易腐蚀。某电厂在使用液氨改尿素设备后,炉前供氨管道由于未替换为不锈钢质管道,还用之前的铸铁管道,造成系统投运两周后出现管道局部锈蚀穿孔现象,是由于水解尿素是由尿素与水混合加热生成氨气与二氧化碳,其中有不完全反应的氨水造成。

尿素水解化学反应方程式:

CO(NH22 + H2O = CO2↑ + 2NH3

系统内阀门应采用不锈钢材质,尿素溶液管道采用304不锈钢材质,水解器至氨混合器间管道采用316L材质。

2 尿素热解制氨SCR脱硝技术的优化

(1)氨/空气混合系统的优化。在尿素脱销系统中,将干尿素通过气力输送设备输送到尿素溶解罐当中,在与除盐水混合、加热、搅拌以后,保障尿素完全溶解,得到溶液的温度在60℃左右。尿素溶液将通过循环泵加压放入到水解换热器当中,当其饱和以后放入到尿素溶液中进行储存,在一定温度、压力作用下形成二氧化碳与氨气,再将产品送入到SCR反应器当中,稀释成小于5%的氨气,发挥氨喷射装置的作用完成脱销工作。热解室中的稀释风风压均应超过10kPa。

对于1000MW火力发电机组来说,其送风机压头通常在4.5-5kPa范围内,而一次风机的压头通常超过11kPa。由于空气预热器自身存在一定的阻力,因此一次风压头在10kPa以上,二次风压头在2-3kPa范围内。对此,需要对一次风风压进行优化,如若采用一次风作为风源,则其风压能够超过10kPa,既满足了一次风风压的需求,又无需额外增加其他风机,使脱销设施的运行费用得到显著降低,并且使热电厂获得良好的经济性与社会效益。

(2)水解系统的优化。水解反应器中产生出来的含氨气流首先进入计量模块,然后被热一次风混合,最后进入氨气、烟气混合系统,保证氨气和烟气混合均匀。氨在空气中的体积浓度达到16~25%时,会形成II类可燃爆炸性混合物。为保证注入烟道的氨与空气混合物绝对安全,除控制混合器内氨的浓度远低于其爆炸下限外,还应保证氨在混合器内均匀分布。每台SCR反应器设置AIG喷氨格栅,由氨/空气混合系统来的混合气体喷入位于烟道内的AIG喷氨格栅处,在注入AIG喷氨格栅前设手动调节阀,在系统投运时可根据烟道进出口检测出的NOx浓度来调节氨的分配量,以达到最佳配比。

(3)尿素溶液循环泵的优化。由于厂用压缩空气中通常具有油污、灰尘、沙子等物质,在长时间的运行中很容易对其雾化效果产生不良影响,因此尽量对压缩空气的来源进行转变,采用仪用压缩空气,以此来提升雾化效果,使热解室尿素堆积问题得到有效解决。

经过相关调查研究发现,热解室尾管出现尿素沉积问题,主要是由于尿素没有得到完全的熱解而成。由于尿素自身的结构较为稳定,要想使其得到完全热解需要保障两种因素,一种为热解温度,另一种为尿素溶液雾化程度。如若热解室中的温度变化幅度较大,则会对尿素的溶解效率产生不良反应,进而使其在尾部管道内部堆积。

根据某热电厂的相关实践表明,只有保障尾部出口温度得到良好的控制,使其保持在320℃时,才能够达到最为良好的效果。因此,对热解技术进行优化时,需要借助温度测量装置的力量,对该处的温度进行实时检测,使其符合温度条件,达到最佳热解效果[2]。

在尿素雾化方面,其品质主要受到雾化压缩空气压力所决定,采用适当的压缩空气能够使雾化方案变得更加方便可行。与相关脱销厂家各项参数相结合后,确定最为合理的空气压力值为0.6MPa。

3 结论

综上所述,我国目前大部分热电厂在热解方面存在运行费用、尿素堆积等方面问题,本文在此基础上展开研究,指出尿素属于脱销系统中十分有效的还原剂,在性能、安全、稳定性方面具有较大优势。同时,在对热解SCR技术进行优化时,应尽量选择热一次风作为稀释风风源,使用电加热器来提升温度,采用仪用压缩空气,以此来提升雾化效果,使脱销设施的运行费用得到显著降低,并且使热电厂获得良好的经济性与社会效益。

延伸阅读:

尿素热解制氨技术存在的问题分析及对策

某电厂尿素热解炉结晶堵塞原因分析

尿素热解法在SCR脱硝中的应用


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