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尿素热解系统在脱硝改造项目上的应用

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随着国内的经济发展,燃煤电厂锅炉烟气排放的指标控制越加严格,燃煤电厂烟气污染物的排放越来越受到国家和社会的广泛关注。锅炉烟气 脱硝技术已在国内燃煤电厂全面实施。液氨、氨水及尿素均可作为烟气脱硝还原剂,三种反应剂中氨水的有效成分仅为 1 /4 左右,达到同样的脱硝效率所需量大,运输和储存成本高,因此从反应剂的消耗和运输储存方面来说,氨水是不经济的。液氨为液态纯氨属于危险品,危险品的运输需要专门车辆并报批,运输和储存过程中由一定的危险性和局限性。尿素作为还原剂成本最高,不仅采购成本高,而且要经过复杂的反应才能生成氨,但占地面积小,为液氨系统的 1 /10 左右,而且在交通运输十分不便的地方确实是很好选择。


一、尿素热解工艺系统描述

采用尿素为还原剂的选择性催化还原脱硝技术,尿素溶液供应系统的尿素溶液经过计量模块后送入尿素热解系统,热解后并充分稀释的氨气经流量分配控制系统送入反应器入口垂直烟道的喷氨栅格,喷入垂直烟道和省煤器出口的烟气充分混合后,进入反应器本体,经过导流及整流装置后,流经催化剂,在催化剂区域实现烟气的脱硝反应,达到减少烟气中氮氧化物的目的,反应后的烟气依次经过反应器出口烟道进入空气预热器、电除尘装置、脱硫装置后排入大气。


二、尿素系统设备的布置
尿素系统的布置主要分为 2 个区: 尿素溶液存储供应及热解系统、SCR 反应器系统。
1、尿素溶液存储供应及热解系统
尿素热解法制氨系统包括尿素储仓、干卸料装置、给料装置、溶解计量装置、尿素溶解罐、尿素溶液混合泵、尿素溶液储罐、尿素溶液循环泵、计量和分配装置、背压控制阀、绝热分解室( 内含喷射器) 、热风加热系统及控制装置等。
2、SCR 反应器系统
反应器区主要包括: 脱硝钢结构平台及扶梯、喷氨栅格、SCR 反应器、反应器进口烟道、反应器出口烟道等。
3、SCR 反应器区设备布置
以液氨为还原剂的脱硝系统,在 SCR 反应器区只考虑布置稀释风机和氨空气混合器,设备占用空间小,在反应器平台布置容易实现;
尿素热解法制氨系统中,在 SCR 反应器区布置尿素溶液的绝热分解室,热风加热器及相应的控制设备,设备尺寸和载荷大,高度超过 10 m,重量达 30 t 左右,在反应器区域布置难度较大,目前大多数脱硝工程中,单台炉设置两个反应器,一套热解系统共用,热解系统布置主要考虑在锅炉的一侧,通过加固锅炉原有立柱和刚性平台来满足热解系统的布置。热解装置布置在反应器平台附近,不占用锅炉放零米空间,并能方便热一次风道到热解炉之间管道及热解炉道喷氨栅格之间管道的布置,同时热解装置布置在锅炉一侧,不影响催化剂吊装及安装。此种设计方案在热解装置布置上为优先选择方案。
4、SCR 反应器区构架的设计
脱硝构架是脱硝装置的重要组成部份,用于支吊和固定脱硝装置反应器区各部件,并维持反应器区各部件之间相对位置的空间结构,目前主要采用支撑结构形式。

脱硝构架按其作用可划分为二部份,即柱、梁及支撑系统和平台楼梯系统。柱、梁及支撑系统,承担由反应器和绝热分解室传下来的载荷,并将其传到基础上,并且还要承受风、地震的作用,平台楼梯的布置是以方便运行、检修为原则。


三、 尿素热解制氨对催化剂及空预器的影响

目前尿素热解制氨系统技术成熟,NH3 转化率非常高,约 99. 8% 以上尿素转化为 NH3,尿素热解制氨系统热解炉出口 NH3 与 HNCO 的体积比例约为 1 000∶ 1,HNCO 的比例非常低,进入到烟气中时进一步被稀释,稀释后的 HNCO 体积份数约为 0. 1 ppm,同时 HNCO 还会与烟气中的 NO 发生反应,进一步降低了 HNCO 的份额。HNCO 在烟气温度约 200 ℃ 左右时成液态,若此时接触对催化剂,容易吸附灰尘造成催化剂堵塞,由于一般催化剂的最低喷氨温度为 300 ℃,此时已停止喷氨对催化剂没有影响。空预器采用了脱硝空预器,空预器冷端采用了镀搪瓷结构,对空预器几乎没有影响。


四、 结束语
尿素热解制氨工艺操作简洁可靠,基本不需人力和维护,不需要备用设备; 尿素系统不需防火和安全间距,占地面积小( 约 400 m2) ; 低量油耗或无油耗,运行费用低; 负荷变化的跟随能力强,响应时间短至 5 ~ 30 s,停止加氨后,系统中无氨的驻留,无氨泄漏的困扰。由于尿素相对于液氨具有的安全性,尿素分解制氨技术在国内逐渐为更多的用户选择,并且由于专业技术人员的不断应用创新和技术改造,尿素热解的运行成本将会降低。
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