燃煤电厂脱硝还原剂液氨改尿素工艺比选

北极星环保网讯:随着安全要求的提高,液氨作为燃煤电厂脱硝还原剂将逐步被尿素取代。描述尿素水解与尿素热解技术,并以2×1000MW燃煤发电机组改造项目为例,从技术性与经济性角度比较了尿素水解与尿素热解工艺。

燃煤电厂脱硝用还原剂一般有液氨、氨水和尿素。液氨方案在投资与运行成本上具有明显优势， 国内大部分燃煤电厂都选择液氨作为还原剂。电厂液氨储量一般超过10t，根据《危险化学品重大危险源辨识》(GB/18218-2009) 的相关规定，构成重大危险源。国家对安全运行的要求日益严格，随着《关于加强燃煤机组脱硫脱硝安全监督管理的通知》( 国能安全[2013]296 号)、《燃煤发电厂液氨罐区安全管理规定》等文件的出台， 燃煤电厂将脱硝还原剂由液氨升级为尿素是势在必行的。

1 尿素制氨工艺简介

尿素制氨工艺的主要可分为尿素溶液制备与存储以及尿素分解制氨两部分。根据尿素分解制氨工艺的不同，尿素制氨工艺分为尿素水解工艺和尿素热解工艺。

(1)尿素水解工艺。尿素水解技术用于脱硝还原剂制备在国外锅炉烟气脱硝工程中得到应用已有较长时间。尿素水解反应是尿素生产过程的逆反应，其反应可以认为由2步组成：

NH2CONH2+H2O=NH2COONH4-15.5kJ/mol

NH2COONH4=2HN3+CO2+177kJ/mol

第1步反应为尿素与水生成氨基甲酸胺盐，该过程为微放热反应，反应过程非常缓慢;第2步反应为强吸热反应，氨基甲酸胺迅速分解生成NH3和CO2，反应过程非常迅速。

对于水过剩的尿素溶液，过量水的存在可加快反应速度。

在有过量水参与的情况下，尿素水解总的化学反应式为：

NH2CONH2+xH2O=2NH3↑+CO2↑+(x-1)H2O+161.5kJ/mol

尿素溶液在130～160℃反应温度和0.4～0.6MPa 反应压力条件下发生水解反应，产生NH3、H2O 和CO2的混合气体。水解反应器内部结构如图1所示， 水解反应器内尿素溶液容积率一般控制在70%以下，上部空间作为水解气的缓存空间，一般预留3～5min 的需氨量，以提高其对锅炉负荷的响应性。

催化水解是在普通水解的基础上，在初次投运时添加一种磷酸铵盐类催化剂到水解反应器内，通过催化剂的催化作用，使尿素在温度135～160℃、压力0.4～0.9MPa 下进行快速水解反应，响应时间可达到1min 以内。

催化水解法其化学反应式为：

CO(NH2)2+2NH4H2PO4+H2O→2(NH4)2HPO4+CO2↑

2(NH4)2HPO4→2NH3↑+2NH4H2PO4

综合反应：CO(NH2)2+H2O→CO2↑+2NH3↑

尿素催化水解是在普通水解的基础上， 在尿素水解过程中添加磷酸盐作为催化剂改变反应路径，加快反应速率，提响应速率。

(2) 尿素热解工艺。热解技术是利用热空气作为热源在450～600℃快速分解40%-50%的尿素溶液。反应方程式为：

CO(NH2)2→NH3↑+HNCO

HNCO+H2O→NH3↑+CO2↑

尿素热解法的尿素溶解剂储存系统与水解法相同。尿素溶液经由高流量循环模块输送到计量分配模块。该计量模块能根据系统需氨量自动控制尿素溶液进入流量， 并利用压缩空气将尿素溶液雾化并通过雾化喷嘴喷入热解炉内， 与经过加热器加热后的稀释风混合后分解，生成NH3、H2O 和CO2;再通过氨喷射系统喷入脱硝反应器。尿素热解炉需按机组靠近锅炉单元布置。

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