大型燃煤机组脱硝尿素热解制氨系统

获悉：脱硝用还原剂主要有液氨、氨水和尿素。由于液氨是危化品，随着国家对安全的日益重视，逐渐出台一系列相关的限制措施，使得电厂用液氨时在审批、工期、占地等诸多方面受到越来越多的制约，氨水也因为其运行成本居高而受到应用的局限。作为无危险的制氨原料，尿素(Urea)具有与液氨相同的脱硝性能，是绿色肥料，完全没有危险和法规限制，可以方便的被运输、储存和使用。
1.热解工艺系统流程
尿素热解工艺利用尿素溶液热解工艺为SCR系统提供反应剂，该工艺可用于控制燃煤电厂锅炉、垃圾焚烧锅炉、熔炉、焚烧炉或者加热器所产生的NOx的排放以满足排放要求。尿素热解工艺将尿素分解为氨并通过SCR系统中氨喷射格栅提供脱硝系统所需的还原剂。
2.热解系统
从锅炉空预器处引出约1%总风量的一次或二次空气(约370℃)，通过一个高温风机（如需）输送，再利用电加热器将空气温度再次提升并达到进入热解室的温度（约350——650℃）。随后将尿素溶液喷入在温度窗内具有适当停留时间的热解室，以确保尿素溶液完全转化为SCR还原剂。最后将含有SCR还原剂氨(NH3)的气流导入AIG。整个过程需要监测压力、流量及温度以满足AIG/SCR的设计要求，保证尿素热解系统的正常运行。
尿素热解工艺的主要反应如下：
CO(NH2)2→NH3+HNCO
尿素→氨+异氰酸
HNCO+H2O→NH3+CO2
异氰酸+水→氨+二氧化碳
尿素在温度高时不稳定，会分解成NH3（氨）和HNCO（异氰酸），HNCO再与水反应生成NH3和CO2。该过程产生的反应剂NH3通过AIG注射在锅炉烟气中，与烟气中的氮氧化物NOx反应，生成对环境无害的N2(氮气)和H20(水)。
主要反应描述如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O(主要反应)
氮氧化物+氨+氧→氮+水
4NO+4HNCO+O2→4N2+4CO2+2H2O(可能反应)
氮氧化物+异氰酸+氧→氮+二氧化碳+水
热解系统包括尿素制备系统、尿素溶液储罐、输送装置、计量分配装置、背压控制阀、热解室、高温风机、电加热器及控制装置等。
尿素颗粒由斗提输送到溶解罐里，用去离子水将干尿素溶解成约50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由输送装置、计量分配装置进入热解室内，与经由高温风机、电加热器输送过来的高温空气混合热解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统。
热解系统采用约50%的尿素溶液作为还原反应剂。50%的尿素溶液将保存在不锈钢或玻璃钢(FRP)储存罐中，容量约为5天（或电厂要求天数）的尿素用量（当环境温度过低时，罐体需要加热和保温）。
带泵的循环装置将反应剂提供给每个单元的计量装置，计量后的反应剂被输送至一系列经过专门设计并安装在热解室入口处的喷嘴。计量装置可根据系统的需要自动控制喷入热解室的尿素量。系统还包括备用的高温风机及挡板以保证进入AIG的氨的流量和压力。
3.系统主要设备
尿素热解制氨系统主要包括高流量循环装置、背压控制阀、尿素储仓、给料机、尿素溶解罐、尿素溶液给料泵、尿素溶液储罐、计量和分配装置(MDM)、绝热分解室(DC)、稀释风电加热系统(EH)及控制系统等。整套系统考虑夏天防晒，冬天防冻措施。
尿素储存于储间，由斗提输送到溶解罐里，用除盐水将固体尿素溶解成50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由供液泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室，稀释空气经加热后也进入分解室。雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解，生成的分解产物为NH3、H2O和CO2，分解产物经由氨喷射系统进入脱硝烟道。
1）尿素储间
设置1只尿素料斗，尿素筒仓为碳钢制造。
尿素卸车应考虑三种卸车方法。袋装尿素人工卸车、散装颗粒尿素利用卡车压缩机自动卸车和尿素溶液利用罐车自带压缩机卸车。
2）尿素溶解罐
设置一只尿素溶解罐，体积为全厂12——24小时储量。在溶解罐中，用除盐水或冷凝水制成50%的尿素溶液。当尿素溶液温度过低时，蒸汽加热系统启动使溶液的温度保持在合理的温度，防止特定浓度下的尿素结晶。溶解罐除设有水流量和温度控制系统外，还采用输送泵系统将化学剂从储罐底部向侧部进行循环，使化学剂更好的混合。
溶解罐由304不锈钢制造，内衬防腐材料，罐体保温。容器为中凹底部、圆锥型底的立式304SS容器，容器用支脚支撑。罐体内配置全套的人孔、尿素或尿素溶液入口、尿素溶液出口、通风孔、搅拌器口、液位表、温度表口和排放口等。
尿素溶解设备宜布置在室内。
3）尿素溶液给料泵
尿素溶液泵为不锈钢本体碳化硅机械密封的离心泵，两台泵一运一备，并列布置。此外，溶液泵还利用溶解罐所配置的循环管道将尿素溶液进行循环，以获得更好混合。
4）尿素溶液储罐
尿素溶液经由两台尿素溶液给料泵进入尿素溶液储罐，每台泵的容量为1小时内可将溶解罐内的溶液完全输送到尿素溶液储罐。
设置两只尿素溶液储罐,容积满足3——5天的系统用量（50%尿素溶液）要求。储罐由玻璃钢(FRP)制造（也可采用304型不锈钢），并内涂乙烯树脂涂层。储罐为立式平底结构，装有液面、温度显示仪，装有人孔、梯子及通风孔等。
尿素溶液储罐的开口应有人孔、尿素溶液进出口、通风孔、液位表、温度表口和排放口。尿素溶液储罐应设有梯子、平台、栏杆和液面计支架。
尿素溶液储存设备可布置在室外。设备间距应满足施工、操作和维护的要求，各设备间的连接管道应保温。
4）高流量循环装置(HFD)
尿素溶液供料系统由一套高流量和循环装置组成，该装置为两台机组供应尿素溶液，布置在尿素溶液储罐附近。每套流量传输装置包括2台全流量的多级SS离心泵，一用一备，内嵌过滤器、用于远程控制和监测循环系统的压力、温度、流量等仪表。
5）背压控制阀(PCV)
背压控制回路用于调节供料泵为计量装置供应尿素所需的稳定流量和压力，背压控制阀设置一套。
6）计量分配装置(MDM)
每台热解室配备一套计量分配装置。计量分配装置能够精确测量并独立控制输送到每个喷射器的尿素溶液。计量分配装置布置在热解室附近，计量装置用于控制通向分配装置的尿素流量的供给。该装置将响应电厂DCS提供的反应剂需求信号。分配模块通过独立化学剂流量控制和区域压力控制阀门来控制通往多个喷射器的尿素和雾化空气的喷射速率。
7）绝热分解室(DC)
尿素溶液采用绝热分解室分解，相关设备包括：绝热分解室、尿素喷射器等。绝热分解室布置在SCR附近。经过计量和分配装置的尿素溶液由喷射器喷入绝热分解室，绝热分解室设置1台。经过加热器的高温热风作为分解室的热源，室内温度控制在350——650℃。
8）稀释风电加热系统(EH)
为了节约能源，降低系统的运行费用，热解系统将直接采用锅炉的一次风/二次风作为尿素热解反应的稀释风来源。由于稀释空气量仅为一次风/二次风量的1%左右，对锅炉影响微乎其微。锅炉的一/二次风温度一般为300℃左右，可大幅度减少热解系统的能耗。
锅炉的一次风/二次风由高温风机加压送至电加热器进行温度提升，达到热解室的设计温度，并由加热器控制装置维持适当的尿素分解反应温度。电加热器建议垂直高位置布置，缩短其出口和DC入口之间的距离。更多环保新闻，请关注第一
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