尿素水解制氨在燃煤電廠中的應(yīng)用及存在的問題

尿素水解制氨在燃煤電廠中的應(yīng)用及存在的問題摘要：在當(dāng)前我國安全生產(chǎn)形勢日趨嚴(yán)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(shù)已被越來越多的電廠所采用，但在實(shí)踐中仍有許多新的問題。關(guān)鍵詞：尿素水解；氨；燃煤廠；應(yīng)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(jìn)行，與凈煙氣出口NOX濃度是否達(dá)標(biāo)有關(guān)。運(yùn)行過程中任何一個(gè)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(yùn)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(chǔ)問題進(jìn)行分析，從以下幾個(gè)方面分析了整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)各種問題的因素。從整體約束、設(shè)備特點(diǎn)、運(yùn)行方式等方面，并根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況，提出相應(yīng)的控制和解決方案，以保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)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(shù)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(jìn)入氣液分離器進(jìn)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(jìn)行脫硝，尿素催化水解制氨技術(shù)是在普通尿素水解技術(shù)的基礎(chǔ)上加入催化劑。在催化劑的作用下，反應(yīng)速率是常規(guī)尿素水解反應(yīng)的10倍，反應(yīng)時(shí)間不超過1分鐘。1.2催化劑的作用為使反應(yīng)速度不變，尿素、水和熱量必須按適當(dāng)?shù)谋壤┙o反應(yīng)器。反應(yīng)器內(nèi)裝有一定數(shù)量的催化劑，其作用是改變反應(yīng)路線，使反應(yīng)速率大幅提高，反應(yīng)時(shí)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(yīng)系統(tǒng)、尿素水解反應(yīng)系統(tǒng)、尿素水解反應(yīng)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(yīng)器進(jìn)行水解反應(yīng)。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(jìn)入氨氣混合機(jī)，與稀氣混合，再經(jīng)注氨格柵噴入煙道，與煙氣進(jìn)行混合。尿素水解反應(yīng)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(jìn)行處置。2尿素水解制氨的應(yīng)用2.1優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)后，氨管路處于退出狀態(tài)。此時(shí)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(jié)合形成氨基甲酸銨，結(jié)晶的生成會阻塞管子。一般氨水、蒸汽、二氧化碳的凝結(jié)結(jié)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(yīng)配備蒸汽吹掃管道。氨管路出口后，進(jìn)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(shí)間較長，可適當(dāng)增加吹掃時(shí)間。2.1.2尿素進(jìn)料斗開閉機(jī)構(gòu)的防堵器設(shè)計(jì)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(yùn)器進(jìn)入溶槽。在裝料、卸料時(shí)，殘存的塑料薄膜會滲入到溶槽內(nèi)，導(dǎo)致尿素溶出泵入口的過濾器常常被堵塞。同時(shí)，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(jī)，造成其失效。因此，需要在斗式提升機(jī)的進(jìn)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(jìn)入到溶解體系中。2.1.3氨氣管道應(yīng)配備雙向蒸汽伴熱管道氨管路在水解反應(yīng)器內(nèi)的氨氣排出管線和SCR脫氮系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離設(shè)置。當(dāng)氨氣在管子里被冷卻后，就會迅速凝結(jié)，甚至出現(xiàn)結(jié)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(jié)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(shè)計(jì)為雙向，因此氨蒸汽伴熱管道應(yīng)設(shè)置在兩側(cè)。同時(shí)，氨蒸汽管道較長的機(jī)組，應(yīng)設(shè)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(yīng)該配備一個(gè)疏水閥組。2.2.4氨氣管道需要配備排污閥在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了90個(gè)彎頭和U型管段，這是因?yàn)樵撗b置與鍋爐脫氮SCR裝置相隔較遠(yuǎn)。當(dāng)氨氣管路關(guān)閉時(shí)，凝結(jié)液不能從管線底部排出，并在管路中滯留，從而導(dǎo)致結(jié)晶阻塞。因此，排污管路和排污閥設(shè)置在氨管路的低點(diǎn)。氨管路停機(jī)后，打開排污閥，將管路中殘留的氣或者是液排出，防止結(jié)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(yīng)及時(shí)將廢水排出或換掉，避免廢水中的副產(chǎn)品和細(xì)小顆粒積聚。為了避免在尿素水解反應(yīng)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(jià)指標(biāo)是：尿素水解反應(yīng)器操作平穩(wěn)，液面起伏較小。2.3優(yōu)化運(yùn)營在生產(chǎn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制蒸氣流量，保證尿素水解反應(yīng)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(shí)，通過對不同負(fù)荷條件下的尿素水解反應(yīng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)的預(yù)報(bào)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(yīng)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(qiáng)的腐蝕性，使氨氣管路及相關(guān)閥門的閥芯受到腐蝕，導(dǎo)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(yīng)采用耐腐蝕性強(qiáng)的材料，如316L不銹鋼；②氨管道應(yīng)該要進(jìn)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(jìn)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(jìn)行蒸汽清洗，用來清除管道中殘留的氨氣。根據(jù)我廠的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我廠雖然采用了耐腐蝕316L不銹鋼，并且對伴熱系統(tǒng)進(jìn)行了改造，但局部管道和閥門仍然存在嚴(yán)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(jié)晶問題尿素水解工藝中，以50%的尿素溶液為反應(yīng)原料。當(dāng)溫度為30℃以下時(shí)，尿素溶液將發(fā)生結(jié)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(yùn)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(dāng)混合氣體的溫度低于70℃時(shí)，會重新結(jié)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(guān)閉?？刹扇∫韵麓胧﹣眍A(yù)防尿素溶液及氨管路中結(jié)晶現(xiàn)象的發(fā)生：①尿素溶液與氨氣管路應(yīng)同時(shí)進(jìn)行伴熱，并應(yīng)增設(shè)電伴熱及蒸氣輔助設(shè)備，以避免尿素溶液或氨氣的溫度降到結(jié)晶以下；②尿素管在停用后，應(yīng)對管線進(jìn)行清洗。在氨氣管線停用后，要對管線進(jìn)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(jié)晶現(xiàn)象，則應(yīng)拆掉結(jié)晶管道，用水蒸氣或水蒸氣對結(jié)晶部位進(jìn)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(dá)到爆炸的比例，在進(jìn)入鍋爐煙道前，應(yīng)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(fēng)機(jī)，利用常溫空氣進(jìn)行稀釋，但是尿素水解產(chǎn)生的氨氣在溫度較低時(shí)容易腐蝕結(jié)晶，因此必須使用溫度高于140℃的空氣進(jìn)行稀釋。例如，我廠目前使用空氣預(yù)熱器出口處的熱一次風(fēng)作為稀釋風(fēng)風(fēng)源。由于空氣預(yù)熱器受熱面積灰嚴(yán)重，漏風(fēng)率高，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器出口處的熱一次風(fēng)帶灰嚴(yán)重。長期運(yùn)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(shí)，噴氨量的增加會導(dǎo)致脫硝反應(yīng)器后溢出的氨氣逐漸增多，嚴(yán)重時(shí)還會造成空氣預(yù)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(fēng)機(jī)作為稀釋風(fēng)風(fēng)源，但在稀釋風(fēng)機(jī)出口設(shè)置電加熱器，將稀釋風(fēng)加熱到140℃以上。這種方法的缺點(diǎn)是由于使用了電加熱器，因此耗電量大；③以冷一次風(fēng)作為稀釋風(fēng)的風(fēng)源，配置一套煙氣加熱器，利用鍋爐后部煙道中的高溫?zé)煔鈱⑾♂岋L(fēng)加熱到140℃以上。結(jié)束語尿素水解反應(yīng)器是煙氣脫硫過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的安全、穩(wěn)定運(yùn)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(yīng)器的氣泡問題與溶液中的雜質(zhì)及其操作模式有很大關(guān)系。溶液起泡后，對尿素水解反應(yīng)器和煙氣脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致NOx排放超標(biāo)的環(huán)境事故。因此燃燒電廠應(yīng)該高度重視這個(gè)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(shù)發(fā)展時(shí)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(yùn)行，在環(huán)保要求越來越高的今天，迫切需要改進(jìn)。參考文獻(xiàn)[1]張?jiān)p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(kuò)建工程