烟气脱硝用尿素水解的计算与中试

3.2产品气分析

出口产品气利用在线色谱仪进行成分分析，如图4所示，随着进料尿素溶液质量浓度的提高，尿素水解产物中NH3和CO2的组分浓度上升，而H2O的组分浓度下降，与模拟研究得到的结论一致，检测结果符合装置的反应设计要求。

3.3系统物料平衡和热量平衡

为了进一步的修正工艺设计和计算方法，对反应器换热面积、反应器尺寸、进料速度、蒸汽发生器功率等设计参数进行校核，以装置运行期间的某次试验数据为例，分析尿素水解装置的物料平衡和热量平衡。

其中，物料平衡是通过安装在尿素水解反应器进料入口和产品气出口处的质量流量计，在维持反应器内液位恒定时，检测获得的流量数据进行体系物料平衡的校核。而尿素水解反应器内的热量平衡，主要包括工质吸热量、蒸汽放热量、加热盘管导热量之间的平衡。

加热蒸汽参数为1.0MPa、180℃，在盘管内流动并释放出汽化潜热，经管壁导热给反应器内尿素溶液，尿素溶液的吸热过程可简化为沸腾换热处理。加热盘管内蒸汽放热量主要指饱和蒸汽放出汽化潜热变为饱和水的热量。加热盘管外尿素溶液吸热量包含三部分：尿素溶液由进料温度到反应温度所需的热量;升温后的尿素溶液发生水解反应吸收的化学反应热;水解反应后反应器内剩余水汽化成蒸汽所吸收的汽化潜热。

其中总换热量对应的换热系数由盘管内对流换热系数、盘管导热系数、盘管外沸腾换热系数三部分构成，根据检测获得的加热蒸汽流量进行反应体系热量平衡的校核，如图5。

由图可以看出，当反应体系达到平衡状态时，进出体系的物料质量相等。当反应体系达到平衡状态时，加热蒸汽放出的总热量与反应器内总吸热量相等，并且与换热系数计算得到的总换热量相等。

3.4其他

水解反应的液相产物不是中试评价的主要目标，可以由反应器底部的取样装置进行降温降压后检测，再与相平衡计算结果进行比较，试验表明，不同进料浓度下，反应液中的尿素及其衍生物的浓度均随着操作压力的升高而减小。

4结论

火电厂尿素水解制氨反应体系属于高浓度尿素水溶液体系，本文利用ASPEN软件模拟计算尿素水解过程，假设遵循尿素合成过程的反应平衡常数，进行模拟计算，获得反应器的产氨能力，用中试试验验证假设的可行性。

结果表明，假设条件在修正后是可行的，且与装置实际运行结果相符。多批次测试期间，装置最大氨气出力9.9kg/h，最小氨气出力13.65kg/h，与氨气出力设计值10kg/h相符，装置能满足脱硝系统氨负荷变化要求和调节需求。

随着进料尿素溶液浓度的提高，水解产物中氨气浓度增大，水蒸汽浓度降低，产氨单位能耗减小。当进料尿素溶液质量浓度由50w%提升到60w%后，产品气中氨气组分体积浓度由37.5%提升到48%，水蒸汽则由43%降低到28%。减少过量的水消耗的汽化潜热造成的能量损失，不仅可以提高进料浓度，降低过量水分吸热能耗，也将有益于降低水解工艺的运行成本。

从动力学来说产氨速率也是影响水解制氨工艺运行成本的另一个重要因素。随着进料浓度的增加，平衡状态下反应液中尿素浓度上升，相同产氨速率需求的操作温度下降，从而降低了系统能耗，并提高了装置变负荷的响应能力，有益于提高水解装置的经济性，为下一步开发烟气脱硝用尿素水解制氨工艺设计和水解反应器设备研制提供基础参数。

目前，尿素水解制氨技术已经成功应用于华能烟台发电有限公司、国电龙华延吉热电有限公司和华能左权电厂，已投运设备运行稳定，主要参数达到行业内先进水平。

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