国产首套尿素水解装置在大型火电厂的工业应用及技术优化.docx
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1、国产首套尿素水解装置在大型火电厂的工业应用及技术优化液氨和尿素均可作为烟气脱硝还原剂。液氨法以其简洁的工艺和投资运行费用优势而一度成为脱硝还原剂制备的主流技术,但根据GB182182009危险化学品重大危险源辨识中对危险化学品临界量的划分,液氨储存量超过10t即成为重大危险源,其运输和储存均有严格要求,且使用资格证书的审批难度也越来越大。近年来随着国家对安全生产要求的提高,同时根据各大发电集团公司的脱硝改造技术路线要求,为避免安全隐患和再次改造,原则要求采用尿素作为脱硝还原剂。尿素水解或热解制氨工艺不存在化学危险,可以消除液氨储存及运输所带来的安全隐患,其中尿素热解的制氨运行成本较水解工艺高。
2、我国尿素制氨脱硝工艺应用起步较晚,主要采用进口技术,为减少尿素制氨脱硝的运行成本,降低初投资成本,避免对进口尿素水解装置的技术依赖,开展国产化尿素水解技术的应用研究很有必要。为满足国家政策要求以及实现尿素水解国产化,由国电环境保护研究院总负责的国产首套新工艺尿素水解装置在国电东胜热电厂2X330MW机组的脱硝工程上实现正式喷氨运行。国电东胜热电厂的成功经验和技术优化,可为其他电厂烟气脱硝工程中尿素水解技术的应用提供借鉴。1、尿素水解原理尿素水解制氨系统主要设备有尿素溶解罐、尿素溶液储罐以及尿素水解反应器等。国电东胜热电厂尿素水解制氨系统如图1所示。图1尿素水解系统流程示意图1尿素水解系统流程示
3、意尿素颗粒加入到溶解罐,用除盐水将其溶解成质量分数为40%60%的尿素溶液,通过溶解泵输送到储罐;储罐中尿素溶液经给料泵、计量与分配装置进入尿素水解制氨反应器(以下简称尿素水解器),在尿素水解器中尿素水解生成NH3、H20和C02,产物经由氨喷射系统进入SCR脱硝系统。其化学反应式为CO(NJI2)2+H2O2Nlh-COO-NIL口2NH3T+CO2T(1)2、设计参数与指标国电东胜热电厂2X330MW机组烟气脱硝尿素水解制氨系统采用公用制。在设计煤种、锅炉最大负荷工况(BMCR)、处理100%烟气量、75%脱硝效率的条件下,脱硝氨耗量为116kg/h,单台尿素水解器设计出力为232kg/h
4、,满足2台锅炉的供氨需求。尿素水解制氨工艺系统设计指标包括:尿素水解器尿素溶液进料质量分数40%飞0%;装置可用率不小于98祝水解系统成品气中的氨气供应量应满足30Q100%BMCR负荷下所需的氨气流量;辅助系统设备出力选型按照2X120%容量考虑;用电量、用水量、用汽量及尿素消耗量等指标如表1所示。表1尿素水解制氨装置各物质用量(2台炉)项目数值备注用电量/(kWh),h/)W101含尿素车间压缩空气(而尸)W90N仪用仅冷启动时需要,除盐水/(舟,国W5u正常运转不需要蒸汽/(th“)1.40.8MPaJ8()尿素/(如下)420GB2440-20013、尿素水解系统主要组成1.1 尿素溶
5、解与输送系统袋装尿素通过电动葫芦输送到尿素堆料区。配制尿素溶液时,通过电动葫芦将袋装尿素输送到尿素溶解罐卸料口,拆包后的尿素从卸料口进入溶解罐。设置1台尿素溶解罐,满足8h配制2台机组100%BMCR工况运行脱硝2天所需的尿素溶液。溶解罐容积22.6m3,材料为304L,罐体保温。在溶解罐中用除盐水将干尿素溶解成质量分数为40%60%尿素溶液,通过尿素溶液循环泵输送到尿素溶液储罐。设置2台尿素溶液储罐,总容量按满足2台机组100%BMCR工况运行7天(每天24h)用量设计。储罐基础为混凝土结构,将储罐放置在室内,尿素水解车间装有暧气。尿素溶液储罐容积72n)3/台,材料为304L,罐体保温。3
6、. 2尿素水解系统所设置的2台尿素水解器布置于尿素车间。每台尿素水解器的容量为2X330MW机组BMCR工况下的供氨量,即每台尿素水解器产氨量为232kg/h。将质量分数409660%的尿素溶液输送到尿素水解器内,蒸汽通过盘管的方式进入尿素水解器,蒸汽通过盘管回流,不与尿素溶液混合,冷凝水由疏水箱回收。尿素水解器内气液两相平衡体系的压力为0.480.6MPa,温度为130160C。由尿素水解器中出来的含氨成品气经厂区气氨管道输送到SCR反应器区。4、工程技术优化结合现场实际,参考对比尿素水解的传统工艺及进口技术,对国电东胜热电厂2X330MW机组脱硝工程尿素水解制氨系统进行了适当的技术优化。3
7、.1 流程优化设计尿素水解传统工艺主要应用于化工化肥领域,属于深度水解的范畴,通常采用多级串联塔的反应形式,技术比较成熟,但工艺流程较为复杂。传统工艺中涉及到尿素水解器的贫液回收问题,贫液排出反应器时有一定的温度和压力,溶于贫液中的氨一旦通入常压设备(贫液回收罐、溶解罐等)便会闪蒸出氨气,需增加氨洗涤塔、氨气闪蒸罐等附属设备,设备多、检修维护量大、氨气泄漏源头多,工作环境不友好。对国电东胜热电厂尿素水解流程进行优化设计,取消了传统工艺中的氨洗涤塔、氨气闪蒸罐等附属设备。优化后的尿素水解流程简单、设备少,与传统工艺比较如表2所示。表2尿素水解流程优化前后技术比较项目优化前优化后整体协调性低高占地
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