电站尿素热解和水解制氨工艺研究

2.2气气换热器方案

常规的尿素热解技术采用电加热器方案，系统能耗过大、运行成本较高。百万机组单台电加热器功率约1200kW，如按电价0.35元、年利用5000小时计，则两台机组年运行费用将高达420万元。为进一步节能减排，满足市场需求，尿素热解气气换热器技术方案最大限度降低了尿素热解的能量消耗，有效降低了电厂运行成本。该技术已在国内电厂上有应用。

2.2.1气气换热器原理及工艺流程

在锅炉的低温过热器或低温再热器区域布置气气换热器管束，将锅炉冷一次风引入管束中，高温烟气对流经管束的冷风进行加热，使其离开管束时的温度达到600~650℃尿素热解所需要的温度，尿素溶液在热解反应器中被高温空气加热后完全分解产生气态NH3，并喷入脱硝反应器烟道中与烟气混合均匀后进入SCR反应器催化剂层参与脱硝还原反应。

气气换热器的工艺流程简图：

图1

气气换热器管束布置间距以及管壁厚度的选取考虑了烟气冲刷可能产生的磨损，提高了换热管的抗磨损能力，满足气气换热器高温运行条件。

气气换热器从锅炉烟气中吸收热量，该热量损失如折算为煤耗量，相当于在整个锅炉机组煤耗量的基础上仅增加约0.03%，烟气量的增加也仅0.03%，这对锅炉整体传热的影响非常小，几乎可以忽略不计。

3尿素水解技术

尿素溶液通过溶液输送泵送到水解反应器中，通过与蒸汽热交换将溶液加热至反应温度从而生成氨气。

该工艺的主要原理是利用尿素溶液在高温、高压条件下(约160℃)分解，另一方面通过高压控制水汽化，将水中残留的氨气等气体解吸出来。

尿素水解工艺的反应式如下：

水解产物成分如下表水解产物成分：

表2水解产物成分

注：从安全考虑，为将水解反应产生的氨气浓度稀释至5%体积浓度以下，水解工艺通常须设置稀释风。

3.1主要工艺流程

尿素水解制氨工艺主要包含：尿素储存及溶液制备系统、尿素水解反应器撬块、蒸汽加热系统、计量供给系统、控制系统等。水解工艺尿素溶液制备、储存系统与热解工艺相同。约40~60%浓度的尿素溶液被输送至水解反应器内，水解反应器中设置有蒸汽盘管，通过蒸汽将尿素溶液加热到水解反应的温度区间。

在水解反应器中严格控制温度、压力、溶液停留时间，尿素在一定条件下被分解成氨和二氧化碳。氨、二氧化碳和水蒸气从水解反应器顶部排出，分解产物与稀释空气混合均匀并喷入烟气脱硝系统。根据SCR系统对于氨的需求量，控制进入尿素水解反应器的尿素溶液流量。具体工艺流程见下图所示：

图2水解法尿素制氨工艺流程

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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）

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