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尿素热解制氨技术存在的问题分析及对策

北极星环保网来源:电力行业节能环保公众服务平台 喻小伟2018/12/18 8:49:38我要投稿

大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂3~8号燃煤机组采用尿素热解法制备脱硝还原剂, 6台锅炉的脱硝装置共用1个尿素溶液制备/存储区, 即按照2×250MW+4×200MW机组消耗量设计。稀释风机抽取空气预热器出口的热二次风, 经电加热器升温到600℃, 作为热源进入绝热分解室。

中煤新集利辛发电有限公司一期建设两台1000MW超超临界燃煤机组, 同步建设SCR烟气脱硝工程, 还原剂方案选用尿素热解制氨工艺。热解室热源采用热二次风经电加热升温至600~650℃的高温烟气, 由于热二次风风压较小, 空预器热二次风抽气口使用增压风机为烟气增压。

尿素热解制氨技术在国内许多大型燃煤电厂都得到了应用, 工艺技术也是以NOxOUT ULTRA技术为主, 只是在绝热分解室的热源取用方式上有所不同:早期的如华能北京热电有限公司、华能玉环电厂、石景山热电厂等采用燃烧柴油加热冷空气的方式;大唐华银株洲发电有限公司则是采用天然气燃烧的热烟气与热一次风混合后的热烟气作为绝热室热源;国华锦界能源公司3号机组和大唐清苑热电厂采用热一次风经电加热器升温的方式;大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂和中煤新集利辛发电有限公司则是采用热二次风经电加热升温的方式。

4运行过程存在的问题

(1)运行费用高。以燃烧柴油或天然气提供热源的尿素热解系统需要消耗大量的燃料, 以华能北京热电厂为例, 按2007年4台炉的年平均利用小时数6435h计算, 4台锅炉每年的燃油量为2377t, 按每吨柴油7000元计算, 每年仅柴油一项, 成本就达1622万元, 每台机组成本约405万元。大唐华银株洲发电有限公司4号机组装机容量310MW, 采用天然气加热尿素热解制氨, 年平均利用小时数按5 500h计算, 1台炉燃烧热值为8000~8500kcal/m3的天然气量为180m3/h, 按天然气价格3.45元/m3计算, 每年仅天然气一项, 成本达341万元。

而采用热一/二次风经电加热升温提供热源的工艺, 根据机组容量大小或者工艺设计的不同, 电加热器的功率也有所不同, 大唐国际王滩电厂1号机组装机容量600MW, 采用970kW的电加热器作为热源进行尿素热解制氨, 年平均利用小时数按5000h计算, 1台炉累计年耗电量为420万kW·h, 按照厂用电0.35元/kW·h计算, 每年电费成本达147万元。

陕西国华锦界能源有限责任公司3号机组 (600MW) 电加热器总额定功率为750kW, 按上式计算每年电费成本达113万元。中煤新集利辛发电有限公司尿素热解系统除了电加热器之外还有增压风机, 单台炉电加热器的功率为1000kW, 增压风机电机功率为90kW, 同样按上式计算每年电费成本达可达162万元。相比之下, 采用电加热器加热热一/二次风的工艺其运行成本要低于以燃烧柴油或天然气的工艺。

(2)燃烧器运行不稳定。北京京能热电股份有限公司石景山热电厂燃烧器布置在绝热分解室的顶部, 曾因操作不当造成回火, 导致燃烧器烧毁。

(3)绝热分解室内易形成沉积物。调查表明, 几乎每套尿素绝热分解室内都会产生沉积物, 这主要是由尿素热解过程的复杂性决定, 尿素受热分解时会产生大量且复杂的中间反应, 生产复杂的中间反应产物。

通过分析, 发现沉积物的主要化学成分为三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺或三聚氰酸聚合物, 如果绝热分解室内反应温度偏低或尿素溶液喷嘴雾化效果不好, 则会产生大量的中间反应产物。绝热分解室热源如果选用热一次风或热二次风, 由于热一次风或热二次风含有从锅炉烟气在空预器处漏入的粉尘, 因此也会造成尿素绝热分解室内结晶形成沉积物。

一旦形成沉积物, 绝热分解室内热空气的流场会受到影响, 一方面热空气在热解室内无法均匀流动, 影响温度均匀分布, 使热解室无法达到满足尿素分解所需的温度条件;另一方面大量的结晶占用了热解室内的空间, 使尿素溶液在完全分解之前就沾附到结晶物上, 形成新的结晶层。如此恶性循环之下, 整个热解室都可能会完全堵塞从而引起严重事故。

5解决对策

目前, 新建机组或技术改造机组一般都采用热一/二次风经电加热升温提供热源的工艺, 可节约大量的运行成本。热二次风风压一般在2~3 kPa, 如采用热二次风作为稀释风, 由于风压不足10kPa, 需设置高温增压风机, 而热一次风的风压在10kPa左右, 满足热解室风压>10kPa的设计要求, 无需增加高温增压风机。并且根据空预器的结构可知, 锅炉烟气先与二次风发生热交换, 理论上热二次风的粉尘含量会高于热一次风, 因此选用热一次风作为绝热分解室稀释风, 经济型和可靠性都会好于热二次风。

用高温烟气替代电加热器加热热一次风也是另一种有效节约能耗的方式, 将绝热分解室前电加热器系统作为旁路, 另安装高温烟气加热器, 从高温再热器后、低温再热器前的水平烟道, 取一定量的高温烟气作为高温烟气加热器气源。在高温烟气通道的出口, 设置调节烟气门和关断烟气门, 用于调节以及截断高温烟气。

运行检修必须引起足够的重视。很多出现结晶情况的电厂, 均是在运行检修上没有足够的重视, 因此建议电厂加强尿素热解系统的巡检和维护, 发现问题及时处理。

尿素绝热分解室内直喷系统改造已经成为趋势。大唐国际陡河电厂和王滩电厂均已经完成尿素绝热分解室内直喷系统改造, 陡河电厂保留了原尿素热解系统, 新增尿素绝热分解室内直喷系统, 在锅炉转向室位置增加尿素溶液喷射器和计量分配控制装置, 利用喷枪把尿素溶液直接喷射到锅炉600℃的转向室内高温烟气空间。

新热解系统与原系统不交叉, 可随时方便的进行系统切换操作。而王滩电厂则是取消了原尿素热解系统的电加热器及绝热分解室, 储罐内的尿素溶液经由供液泵, 从尿素溶液循环母管抽出, 经计量分配装置、喷射器进入锅炉转向室内高温烟气空间。尿素绝热分解室内直喷系统改造, 基本解决了原尿素热解技术的热一次风的消耗、电加热器的能耗以及绝热分解室的沉积物堵塞问题, 简化了热解系统, 提高了系统可靠性, 降低了维护成本。

6结束语

尿素热解制氨工艺已经在不少燃煤电厂取得应用, 虽然存在一些问题, 但是经过改造和技术升级, 可以取得良好的效果, 经济性和可靠性都得到了提升。相比于液氨和氨水制氨工艺, 尿素热解制氨工艺技术成熟, 具备良好的经济效益和社会效益。

延伸阅读:

火电厂高温旁路烟道尿素热解制氨工艺及其应用

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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