火电厂烟气SCR脱硝尿素催化水解制氨技术研究.docx

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火电厂烟气SCR脱硝尿素催化水解制氨技术研究

火电厂烟气SCR脱硝尿素催化水解制氨技术研究

关键词：

SCR脱硝尿素水解尿素热解

尿素水解制氨技术安全性较好,能耗水平较低,但系统响应速率较慢,难以适应SCR烟气脱硝要求。

为此,研究出一种尿素催化水解制氨新技术。

介绍该技术原理、工艺流程和控制策略,并且对几种尿素制氨技术进行了综合对比;以成功应用于大唐长春第二热电厂6号机组脱硝工程尿素催化水解系统为例,介绍该技术的应用效果。

研究结果表明,所研究的尿素催化水解制氨技术是一种先进的低能耗尿素制氨新技术,具有很好的市场应用前景。

随着国家环保标准要求越来越高,脱硝装置已经成为火电机组必备环保设施,其中选择性催化还原（SCR）脱硝装置应用最为广泛。

SCR脱硝装置主要采用氨气作为还原剂,在催化剂作用下,将氮氧化物（NOx）还原成氮气和水,从而达到脱硝的目的。

目前,SCR脱硝制氨技术主要有2种,一种是采用液氨法,一种是采用尿素法。

液氨作为脱硝还原剂,存在较大的安全隐患,因此尿素制氨技术在城市周边电厂和热电厂脱硝工程中得到了应用。

目前,尿素制氨技术主要包括尿素热解制氨技术、普通尿素水解技术和尿素催化水解制氨技术。

尿素热解制氨技术是利用高温空气加热分解制氨,反应速度快,应用广泛但需采用大功率电加热器,耗能较高。

尿素水解技术是在一定温度压力下,尿素溶液进行水解反应产生氨气。

尿素水解又分为普通尿素水解和尿素催化水解。

普通尿素水解技术能耗水平较低,但是系统响应速率较慢[1-3]。

为了提高尿素水解反应速率,本文研究了一种尿素催化水解制氨技术,其在普通尿素水解技术的基础上,加入一种催化剂,极大地提高了水解反应速率,能耗水平较尿素热解有很大降低,反应速率又比普通尿素水解提高很多,因此具有很好的应用前景。

该技术已经成功应用于大唐长春第二热电厂,通过性能试验表明,各项指标均达到预期目标。

1.3控制策略

尿素水解系统采取DCS进行控制,控制策略主要由模拟量控制、顺序控制和连锁保护控制组成。

模拟量控制的主要任务是保证尿素水解系统的温度、液位和压力运行在设定范围内;模拟量控制主要包括水解反应器液位控制、水解反应器温度/压力控制和氨气混合气控制。

关键词：

SCR脱硝尿素水解尿素热解水解反应器液位采用单回路控制系统,通过调节尿素溶液进料量来调节液位。

水解反应器的温度/压力通过控制进入反应器的蒸汽流量进行调节。

在启动状态下,尿素催化水解系统主要控制反应器温度。

在正常喷氨状态,尿素催化水解系统主要控制反应器的压力。

反应器的温度和压力控制在满足条件的情况下可以自动切换。

氨气混合气控制的任务是根据脱硝氨气需求量控制水解反应器产生的氨气混合气量,当氨气需求量变化时,通过调节水解反应器出口的调节阀调节氨气混合气的流量,使产生的氨气量及时跟踪氨气需求量,以保证达到SCR脱硝系统设定的反应器出口氮氧化物浓度。

尿素水解的连锁保护系统主要作用是:

当水解反应器的液位、温度和压力超过正常值时,采取相应措施,确保设备和人员的安全。

压力连锁保护控制是水解系统最重要的保护系统,水解系统设计了双重压力保护系统。

当系统压力超过正常运行值50%时,采取将氨气排入废水箱的方式降低系统压力。

当系统压力接近设备的设计压力时,水解反应器的安全阀将会动作,从而达到泄压的目的。

由表2可见,尿素催化水解技术的系统响应速率远优于普通尿素水解技术,其运行成本又远低于尿素热解制氨技术,因此尿素催化水解技术是一种较理想的尿素制氨技术。

关键词：

SCR脱硝尿素水解尿素热解4尿素催化水解系统的应用效果

目前,尿素催化水解系统示范工程已经在大唐长春第二热电厂顺利完成。

在示范工程中,设计了1台尿素催化水解反应器,设计氨气产量为150kg/h,同时设计了催化剂在线添加系统和废液排放系统,分别用于在线添加催化剂和收集系统排放的废液和废气。

尿素催化水解系统涉及的各变量上下限值如表3所示,表中涉及体积的数值均已换算至标准状态。

大唐长春第二热电厂6号机组尿素催化水解系统主要运行参数的历史曲线如图2和图3所示。

图中所选数据的时间段为2015年1月2日8时—1月3日8时。

为了便于在同一图中表示不同单位的数据,图中所有变量的单位均以其量程（参见表3）百分数表示。

（3）SCR脱硝装置A/B侧,反应器入口NOx质量浓度平均值为375.75/391.35mg/m,出口NOx质量浓度平均值为58.78/59.28mg/m,达到环保要求的排放标准;脱硝效率平均值为84.36%84.86%,满足设计要求。

大唐长春第二热电厂6号机组尿素催化水解制氨系统的168h试运行顺利结束,现已正式投入商业运行。

该系统性能测试由东北电力科学技术研究院进行,主要测试结果如下:

（1）尿素水解率大于99%,平均99.53%。

（2）系统负荷响应速率为13%/min,尿素水解系统能满足脱硝系统氨负荷变化要求和调节要求,水解自动化投入率100%。

（3）尿素水解系统能耗成本为尿素热解系统的14%。

5结语

尿素催化水解制氨技术是一种新的尿素制氨技术,具有运行成本低和系统响应速率快的优点。

该技术的成功应用将为火电厂制氨系统提供一种新的选择,也将推动尿素制氨技术的升级换代。