尿素水解制氨在燃煤電廠中的應用及存在的問題

尿素水解制氨在燃煤電廠中的應用及存在的問題摘要：在當前我國安全生產(chǎn)形勢日趨嚴峻的情況下，采用液氨作為還原劑的常規(guī)脫氮工藝已越來越不能滿足安全、安全性和安全性的需要。目前，新型尿素水解技術已被越來越多的電廠所采用，但在實踐中仍有許多新的問題。關鍵詞：尿素水解；氨；燃煤廠；應用；存在的問題引言尿素水解和SCR煙氣脫硫裝置是否能夠安全、平穩(wěn)地進行，與凈煙氣出口NOX濃度是否達標有關。運行過程中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會影響最終凈煙氣中NOX濃度的排放，在對運行中存在的除鹽水污染、氨帶水、注氨支管堵塞、氨管路伴熱效果差等基礎問題進行分析，從以下幾個方面分析了整個系統(tǒng)出現(xiàn)各種問題的因素。從整體約束、設備特點、運行方式等方面，并根據(jù)設備的實際情況，提出相應的控制和解決方案，以保證系統(tǒng)安全可靠運行。1尿素水解生產(chǎn)氨的工藝原理1.1工藝原理尿素制氨的技術原理是將尿素水溶液分解為二氧化碳、水蒸氣、氨氣。尿素的制備方法有兩種：熱解法和水解法。尿素的熱解法、水解法反應因其溫度、壓力等因素而發(fā)生變化。水解法是將尿素水解成水溶液，而熱解法則是直接加熱，使尿素水溶解。具體的方法是：在水解反應器中加入50%的尿素溶液，在130-150℃的溫度和0.45-0.55MPa的壓力下進行分解，轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氨氣；尿素水解產(chǎn)生的氨氣和二氧化碳進入氣液分離器進行氣液分離，然后通過管道輸送到鍋爐的氨氣噴射系統(tǒng)進行脫硝，尿素催化水解制氨技術是在普通尿素水解技術的基礎上加入催化劑。在催化劑的作用下，反應速率是常規(guī)尿素水解反應的10倍，反應時間不超過1分鐘。1.2催化劑的作用為使反應速度不變，尿素、水和熱量必須按適當?shù)谋壤┙o反應器。反應器內(nèi)裝有一定數(shù)量的催化劑，其作用是改變反應路線，使反應速率大幅提高，反應時間縮短。1.3尿素水解制氨的工藝流程

尿素水解系統(tǒng)主要由尿素水解供給系統(tǒng)、蒸汽加熱系統(tǒng)、尿素水解產(chǎn)品供應系統(tǒng)、尿素水解反應系統(tǒng)、尿素水解反應系統(tǒng)等組成。將尿素槽內(nèi)（40%-50%的質(zhì)量百分比）的尿素溶液抽入脲水解反應器進行水解反應。由該裝置產(chǎn)生的熱蒸汽流入該換熱管，將尿素水解器的溫度維持在130-160℃，壓力在0.4-0.6MPa之間。氨氣經(jīng)管路進入氨氣混合機，與稀氣混合，再經(jīng)注氨格柵噴入煙道，與煙氣進行混合。尿素水解反應器內(nèi)的雜質(zhì)、廢水經(jīng)排水系統(tǒng)排放到廢水池，再由發(fā)電站指定的區(qū)域進行處置。2尿素水解制氨的應用2.1優(yōu)化設計方案2.1.1氨氣管道要配備蒸氣吹掃管道脫硝裝置系統(tǒng)停機后，氨管路處于退出狀態(tài)。此時管道內(nèi)溫度降低，管道內(nèi)殘留蒸汽會與氨氣和二氧化碳結合形成氨基甲酸銨，結晶的生成會阻塞管子。一般氨水、蒸汽、二氧化碳的凝結結晶溫度約為90攝氏度。因此，在尿素水解系統(tǒng)研制中，氨蒸汽管道應配備蒸汽吹掃管道。氨管路出口后，進行蒸汽吹掃，吹掃管路中殘留的混合氣體三十分鐘以上。如果氨管線布置時間較長，可適當增加吹掃時間。2.1.2尿素進料斗開閉機構的防堵器設計尿素溶液通過人工提升和拆包制備，尿素微粒經(jīng)斗式升運器進入溶槽。在裝料、卸料時，殘存的塑料薄膜會滲入到溶槽內(nèi)，導致尿素溶出泵入口的過濾器常常被堵塞。同時，尿素顆粒易吸附、固化，形成塊狀，大塊的尿素很容易堵塞斗式起重機，造成其失效。因此，需要在斗式提升機的進口處安裝防堵裝置（如鋼格板），避免了大量的尿素和雜質(zhì)進入到溶解體系中。2.1.3氨氣管道應配備雙向蒸汽伴熱管道氨管路在水解反應器內(nèi)的氨氣排出管線和SCR脫氮系統(tǒng)的遠距離設置。當氨氣在管子里被冷卻后，就會迅速凝結，甚至出現(xiàn)結晶現(xiàn)象。尤其是在寒冷地區(qū)，由于氨氣管道溫度較低，很容易發(fā)生結露。一側(cè)蒸汽伴熱管不能滿足氨管伴熱的需要。氨蒸汽伴熱管道設計為雙向，因此氨蒸汽伴熱管道應設置在兩側(cè)。同時，氨蒸汽管道較長的機組，應設置分段伴熱，用來縮短伴熱管長度，保證良好的傳熱效果。每根蒸汽伴熱管應該配備一個疏水閥組。2.2.4氨氣管道需要配備排污閥在此基礎上，設計了90個彎頭和U型管段，這是因為該裝置與鍋爐脫氮SCR裝置相隔較遠。當氨氣管路關閉時，凝結液不能從管線底部排出，并在管路中滯留，從而導致結晶阻塞。因此，排污管路和排污閥設置在氨管路的低點。氨管路停機后，打開排污閥，將管路中殘留的氣或者是液排出，防止結晶。2.2控制水解器中的溶液質(zhì)量定期分析水解器中尿素溶液的質(zhì)量，了解尿素溶液的老化狀況。在廢水中雜質(zhì)濃度高的情況下，應及時將廢水排出或換掉，避免廢水中的副產(chǎn)品和細小顆粒積聚。為了避免在尿素水解反應器的底面上積累和沉淀，采用了表層排水和底層排水措施。污水排放的次數(shù)和次數(shù)要視尿素的操作條件而定。具體的評價指標是：尿素水解反應器操作平穩(wěn)，液面起伏較小。2.3優(yōu)化運營在生產(chǎn)過程中，應嚴格控制蒸氣流量，保證尿素水解反應溫度在130-160℃之間，避免尿素溶液的高溫。通過改變水解器壓力、尿素溶液流速、水解器液面等工藝參數(shù)，使其在一定的范圍內(nèi)變化，但不能使操作參數(shù)變化過大，從而減小尿素水解體系的影響。同時，通過對不同負荷條件下的尿素水解反應器進行實時的預報和調(diào)節(jié)，以降低對水解體系的影響。3尿素水解制氨存在的問題3.1腐蝕問題尿素水解反應器內(nèi)的尿素溶液為50%，水解后得到氨氣、二氧化碳和水汽的混合氣。在140攝氏度以下，氨氣和二氧化碳會再次粘合在一起，產(chǎn)生極強的腐蝕性，使氨氣管路及相關閥門的閥芯受到腐蝕，導致閥門或氨管路滲漏。為了防止氨管路和閥芯被腐蝕的現(xiàn)象，可采取以下措施：①氨氣管道和閥芯應采用耐腐蝕性強的材料，如316L不銹鋼；②氨管道應該要進行伴熱，增加電伴熱和蒸汽伴熱裝置。為提高伴熱效果，蒸汽伴熱可以采用多回路進行多次伴熱，保證氨氣溫度在140℃以上；③氨氣管道停止后，必須對管道進行蒸汽清洗，用來清除管道中殘留的氨氣。根據(jù)我廠的實際運行經(jīng)驗，我廠雖然采用了耐腐蝕316L不銹鋼，并且對伴熱系統(tǒng)進行了改造，但局部管道和閥門仍然存在嚴重腐蝕的現(xiàn)象，因此我們要不斷采用新的方法來解決問題。3.2結晶問題尿素水解工藝中，以50%的尿素溶液為反應原料。當溫度為30℃以下時，尿素溶液將發(fā)生結晶現(xiàn)象，造成尿素溶液管路的阻塞，從而對尿素水解制氨系統(tǒng)的安全運行產(chǎn)生不利的影響。另外，由于尿素溶液水解后產(chǎn)生的氣體是氨氣、二氧化碳及水蒸氣的混合物，當混合氣體的溫度低于70℃時，會重新結合成固體的氨基甲酸銨，氨氣道路造成的堵塞或氨氣閥門無法關閉?？刹扇∫韵麓胧﹣眍A防尿素溶液及氨管路中結晶現(xiàn)象的發(fā)生：①尿素溶液與氨氣管路應同時進行伴熱，并應增設電伴熱及蒸氣輔助設備，以避免尿素溶液或氨氣的溫度降到結晶以下；②尿素管在停用后，應對管線進行清洗。在氨氣管線停用后，要對管線進行清洗，以除去殘余的液氮和氨氣；③為確保系統(tǒng)的正常工作，大多數(shù)尿素和氨氣都是采用母管操作。所以，必須保證氨氣或尿素溶液的閥門一定要緊密，這樣才能避免在管路停用后，附近的裝置中的氨氣或尿素溶液會重新流入管路。如果尿素溶液或氨管路中出現(xiàn)了結晶現(xiàn)象，則應拆掉結晶管道，用水蒸氣或水蒸氣對結晶部位進行持續(xù)沖洗。3.3積灰問題為了避免氨和空氣的混合，使其達到爆炸的比例，在進入鍋爐煙道前，應用大量空氣將氨氣稀釋至5%以下的濃度。傳統(tǒng)的液氨可配備稀釋風機，利用常溫空氣進行稀釋，但是尿素水解產(chǎn)生的氨氣在溫度較低時容易腐蝕結晶，因此必須使用溫度高于140℃的空氣進行稀釋。例如，我廠目前使用空氣預熱器出口處的熱一次風作為稀釋風風源。由于空氣預熱器受熱面積灰嚴重，漏風率高，導致空氣預熱器出口處的熱一次風帶灰嚴重。長期運行后，使得鍋爐噴氨格柵中的噴嘴會逐漸被積灰堵塞，脫硝效率會逐漸下降。同時，噴氨量的增加會導致脫硝反應器后溢出的氨氣逐漸增多，嚴重時還會造成空氣預熱器受熱區(qū)域的積灰堵塞。為了防止鍋爐噴氨格柵中的噴嘴堵塞，可采取以下措施：①如果氨氣噴嘴已經(jīng)堵塞，可定期使用壓縮空氣吹掃噴嘴。這種方法只能緩解阻塞現(xiàn)象，不能根除；②采用傳統(tǒng)的脫硝稀釋風機作為稀釋風風源，但在稀釋風機出口設置電加熱器，將稀釋風加熱到140℃以上。這種方法的缺點是由于使用了電加熱器，因此耗電量大；③以冷一次風作為稀釋風的風源，配置一套煙氣加熱器，利用鍋爐后部煙道中的高溫煙氣將稀釋風加熱到140℃以上。結束語尿素水解反應器是煙氣脫硫過程中的一個關鍵環(huán)節(jié)，它的安全、穩(wěn)定運行對煙氣中氮氧化物的排放起著決定性的作用。尿素水解反應器的氣泡問題與溶液中的雜質(zhì)及其操作模式有很大關系。溶液起泡后，對尿素水解反應器和煙氣脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生巨大影響，嚴重時會導致NOx排放超標的環(huán)境事故。因此燃燒電廠應該高度重視這個問題。由于尿素水解制氨的安全性高，已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)的液氨作為還原劑的來源。但由于改性技術發(fā)展時間較短，仍存在諸多問題，其中一些甚至可能危及脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，在環(huán)保要求越來越高的今天，迫切需要改進。參考文獻[1]張元賞倪磊楚.脫硝還原劑制備工藝路線比選.浙能紹興濱海熱電廠二期擴建工程