脫硝SCR液氨站改尿素制氨技術(shù)探討

脫硝SCR液氨站改尿素制氨技術(shù)探討摘要：近年來,由于尿素制氨比液氨法具有更高的平安性,在SCR脫硝新建或改造項目中,液氨站越來越多地被尿素制氨系統(tǒng)取代.本文以遼寧某電廠為例,探討與對比了尿素?zé)峤馀c尿素催化水解兩種尿素制氨技術(shù).從電廠長期運行角度來說,尿素催化水解制氨法更具有經(jīng)濟性.選擇性催化還原法(SelectiveCatalyticReduction,SCR)是目前脫硝最常用的技術(shù)手段，它應(yīng)用廣泛、效率高、技術(shù)成熟。SCR常用的還原劑有三種，液氨、尿素和氨水。其中，氨水投資成本最高，液氨最低，且液氨法的脫硝運行成本也最低。因此，目前燃煤電廠投運的SCR煙氣脫硝中常采納液氨作為還原劑。但是，隨著科技與社會的進展，平安生產(chǎn)更受重視，液氨泄露的危急因素漸漸成為還原劑選擇時的重要考慮因素。而尿素作為無危急的制氨原料，可以被便利地運輸、儲存和使用。相應(yīng)的，尿素?zé)峤庵瓢焙湍蛩厮庵瓢奔夹g(shù)就得到了更多的推廣和應(yīng)用。由于國家要求在2020年之前對燃煤電廠全面實施超低排放和節(jié)能改造，其中氮氧化物排放濃度需滿意不超過50mg/Nm3，各燃煤電廠先后進行了超低排放改造。遼寧某電廠于2013年為3#、4#機組（2×350MW）配置了煙氣脫硝系統(tǒng)，采納液氨作為SCR工藝還原劑。借此超低排放改造的契機，也為了進一步滿意工廠平安生產(chǎn)的要求，該電廠打算將原液氨站拆除，改造為尿素制氨系統(tǒng)，為3#、4#機組煙氣脫硝系統(tǒng)供應(yīng)所需的還原劑氨。1工藝介紹1.1尿素?zé)峤庵瓢惫に嚹蛩責(zé)峤庵瓢惫に?，是從空預(yù)器處引出約1%總風(fēng)量的鍋爐一次風(fēng)或二次風(fēng)(約300℃)。在一次風(fēng)或二次風(fēng)壓力低的狀況下，需用高溫風(fēng)機輸送。由于熱解需要在約350～650℃下進行，一次風(fēng)或二次風(fēng)需再次經(jīng)過電加熱器的加熱。經(jīng)過加熱后的熱風(fēng)溫度達(dá)到熱解需要的溫度后，50%質(zhì)量濃度的尿素溶液被噴入熱解室進行熱解。尿素?zé)峤庵瓢惫に嚨姆磻?yīng)如下：CO(NH2)2→NH3+HNCOHNCO+H2O→NH3+CO2其基本原理如圖1所示。1.2尿素催化水解制氨工藝尿素催化水解技術(shù)是在傳統(tǒng)尿素水解工藝的基礎(chǔ)上，提出的一種改進型尿素制氨技術(shù)。在催化劑的作用下，水解反應(yīng)速率大幅提高。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Tech/202009202325545271.jpg”alt=“1.jpg”width=“482”height=“308”/尿素催化水解制氨工藝反應(yīng)如下：CO(NH2)2+2H2O→CO2+2NH4OH（1）2NH4OH+催化劑→中間產(chǎn)物++2H2O（2）中間產(chǎn)物→2NH3+催化劑（3）綜合反應(yīng)：CO(NH2)2+H2O→CO2+2NH3其基本原理如圖2所示：<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Tech/202009202325547641.jpg”alt=“2.jpg”width=“423”height=“192”/在溫度135~160℃、壓力約0.4~0.9MPa時，熔融狀態(tài)的尿素在催化劑的催化作用下進行快速水解反應(yīng)，生成氨氣（NH3）、CO2和水蒸氣的混合氣。其中NH3體積分?jǐn)?shù)為37.5%，反應(yīng)器出口氨氣濃度較高，需要將其稀釋至5%后供脫硝系統(tǒng)使用。稀釋風(fēng)為鍋爐一次風(fēng)或加熱后的空氣。近年來，該系統(tǒng)已越來越多地應(yīng)用于大型機組，平安、穩(wěn)定，技術(shù)成熟先進。1.3尿素?zé)峤馀c催化水解工藝比較<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Tech/202009202325548447.jpg”alt=“3.jpg”width=“495”height=“193”/<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Tech/202009202325557901.jpg”alt=“4.jpg”width=“485”height=“121”/2工程概況及改造方案比較遼寧某電廠3#和4#機組BMCR工況脫硝系統(tǒng)入口煙氣NOx濃度為400mg/Nm3（標(biāo)、干、6%O2），脫硝裝置的設(shè)計效率87.5%，SCR出口濃度為50mg/Nm3（標(biāo)、干、6%O2）。脫硝超低排放改造設(shè)計需氨量為每臺爐160kg/h，兩臺鍋爐共用一個還原劑儲存與供應(yīng)系統(tǒng)。2.1尿素溶液制備和儲存系統(tǒng)遼寧某電廠于2014年進行了1#、2#機組（容量2×670t/h）SNCR脫硝改造，已配套建設(shè)了一套尿素溶液制備和儲存系統(tǒng)。廠區(qū)現(xiàn)有尿素溶液配制罐1個，V=10m3。如仍舊需要根據(jù)1次/天的要求配制尿素溶液，則尿素配制罐容積要求V=31m3。廠區(qū)現(xiàn)有尿素儲存罐，2個，單個儲罐V=40.5m3，總?cè)莘e81m3，原設(shè)計按6.4天用量考慮。假如加上3#、4#爐尿素用量，若不擴容，僅能存儲2.1天尿素用量；若仍需根據(jù)7天的尿素儲存量考慮，則需尿素儲存罐總?cè)莘e216m3。依據(jù)實際運行負(fù)荷狀況綜合考慮，電廠為3#和4#鍋爐新建一套尿素配制及儲存系統(tǒng)，并在新尿素車間統(tǒng)一考慮4臺鍋爐的尿素堆料場。2.2尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)設(shè)置2臺熱解爐（每臺機組各一臺），每臺熱解爐配置1套計量安排裝置。經(jīng)過計量和安排裝置的尿素溶液由噴射器噴入熱解爐。該廠鍋爐的一次風(fēng)溫度為300～330°C，壓力為10～17kPa，可直接作為尿素?zé)峤夥磻?yīng)的稀釋風(fēng)來源。設(shè)置2臺電加熱器（每臺機組各1臺），功率約700kW。高溫風(fēng)機將鍋爐一次風(fēng)加壓后，送至電加熱器進行加熱，使其溫度提升并維持適當(dāng)?shù)哪蛩責(zé)峤夥磻?yīng)溫度。熱解爐出口氨氣濃度5%，可直接由噴氨系統(tǒng)進入煙道與煙氣中的NOx進行反應(yīng)。2.3尿素催化水解制氨系統(tǒng)每臺機組設(shè)置1套尿素催化水解模塊，單臺水解器最大制氨力量按單臺機組需氨量的1.5倍設(shè)計，即最大制氨力量為240kg/h。兩臺水解器中間設(shè)有聯(lián)絡(luò)管線，可以實現(xiàn)熱備用。稀釋風(fēng)系統(tǒng)利舊，另設(shè)置一套催化劑供應(yīng)料系統(tǒng)、減溫減壓系統(tǒng)、尿素催化水解反應(yīng)器用廢水系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)。每臺機組設(shè)置2套氨氣空氣混合器，給鍋爐兩個煙道供應(yīng)脫硝用氨氣。設(shè)置1套氨氣計量模塊對進入SCR反應(yīng)器的氨氣流量進行調(diào)整，以滿意脫硝裝置在鍋爐50%BMCR～100%BMCR之間任何負(fù)荷運行的要求。2.4技術(shù)經(jīng)濟比較對該電廠脫硝超低排放改造采納尿素?zé)峤庵瓢惫に嚺c采納催化水解制氨工藝進行技術(shù)經(jīng)濟比較，結(jié)果如表2所示。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Tech/202009202325558138.jpg”alt=“5.jpg”width=“484”height=“200”/就公用系統(tǒng)而言，尿素水解與熱解的尿素車間大致相同。尿素催化水解車間一般考慮與尿素車間合建，而熱解爐則布置于爐區(qū)SCR四周。從占地來說，尿素?zé)峤庵瓢辈贾酶鼮榫o湊。但對該電廠來說，廠區(qū)有足夠空地，且為3#、4#鍋爐新建的尿素車間可與催化水解反應(yīng)區(qū)合建，整體布置更為協(xié)調(diào)。因此，占地并不是該廠主要考慮的因素。從項目投資來看，尿素催化水解工藝系統(tǒng)造價與熱解系統(tǒng)相比略低（或相當(dāng)），但其能耗明顯低于熱解方案，其運行費用也明顯低于熱解方案。而經(jīng)濟效益是電廠更為關(guān)注的內(nèi)容，因此，從長期運行的經(jīng)濟性角度來說，尿素催化水解工藝系統(tǒng)優(yōu)勢明顯。3結(jié)論尿素水解制氨系統(tǒng)因