洛阳电厂脱硝还原剂液氨改尿素可行性方案设计

1、洛阳电厂2X 300M机组改建工程脱硝还原剂液氨改尿素可行性方案洛阳发电有限公司2016.10目 录脱硝还原剂液氨改尿素可行性方案 11、项目概况12、 尿素制氨工艺12.1 热解制氨系统工艺 12.2 水解系统工艺 33、 现场条件概况 54、尿素水解方案 54.1 尿素水解方案一 55、尿素热解方案 55.1 系统概述55.2 主要设备56、技术比较66.1 尿素热解技术 66.2 尿素水解技术 77、厂用电增容改造 78、方案比较78.1 投资费用比较 78.2 运行费用比较 88.3 方案技术经济定性对比汇总 89、结论和建议99.1 结论99.2 建议91、项目概况洛阳电厂机组容量为

2、2X 300MW，脱硝还原剂采用液氨法，脱硝系统单台机组氨 耗量为127kg/h。根据集团公司指示，需要将我厂脱硝还原剂由液氨更改为尿素方案，现就该方 案更改作如下论证。2、尿素制氨工艺以尿素作为原料制取氨气相对于氨水蒸发及液氨蒸发技术具有较高的安全性， 随近几年国家对安全运行要求的提高，已逐步代替液氨作为还原剂制备原料。尿素 制氨技术目前成熟的有尿素热解和尿素水解制氨两种方法。2.1热解制氨系统工艺尿素热解制氨的原理是利用辅助能源（燃油、电加热等）在650C温度的热解炉 内，将雾化的尿素溶液直接分解为氨气，其反应方程式为：C0（NH2 f NH3 T + HNCOHNCO + HO f NH

3、T + C02?尿素热解制氨系统是由SNC敲术发展而来，早期的该项技术主要由美国燃料公 司开发。尿素热解制氨系统由1）尿素颗粒储存和溶解系统、2）尿素溶液储存和输送 系统及3）尿素热解系统组成。在该系统中，储存于储仓的尿素颗粒由输送到溶解罐，用除盐水溶解成质量浓 度为40%-60%勺尿素溶液，通过泵输送到储罐进行储存；之后尿素溶液经给料泵、 计量与分配装置、雾化喷嘴等进入高温分解室，在650C分解生成NH、HO和CO,分解产物经氨喷射系统进入SCF系统。尿素热解制氨系统采用单元制布置（一台热解 炉产氨供一台机组）。尿素热解制氨系统简要工艺流程如下：'380V次凤 |300t/8-10K

4、Pa冲洗水电加热暮.玉缩空气尿素圣液,熱解窒乘素溶液律环管道氫/空气瀑合气体/去AIG尿索応液台机组固体尿靑习'斗提机泵素该项技术在国内有较多应用，在国内已经应用于200多台机组尿素热解炉现场图片：尿素热解制氨技术来源于SNC戏术，其热解能源前期主要使用燃烧柴油的方式 获得（华能北京高碑店电厂），由于燃烧柴油不方便及会带来储存柴油等其他问题， 后来采用电加热空气到 650°C方式，电耗较高，最后改为电加热一次风的方式，电耗有所降低，但其电耗仍较高。尿素热解炉需布置在脱硝钢架上。2.2 水解系统工艺尿素水解制氨工艺的原理是尿素水溶液在一定温度下会发生水解反应产生氨气。其化学反应

5、式为：NHkCO-NH + H2O f 2NH3 T + CQ T尿素水解制氨系统由1）尿素颗粒储存和溶解系统、2）尿素溶液储存和输送系统 及3）尿素水解系统组成。 其中1）、2）部分与热解系统基本一致。尿素颗粒在尿素溶解罐中配置成约 40%-60%浓度的尿素溶液，随后尿素溶液储存 在尿素溶液储罐中。尿素溶液通过泵输送到水解反应器中水解产生氨气，氨气随后 进入SCRX氨空气混合器后喷入烟道用作烟气脱硝的还原剂。尿素水解制氨简要工艺流程如下：图1典型的尿素水解制氨系统由于尿素水解制氨系统解决了液氨的装卸、运输、储存等冋题，水解器制氨备 案随制随用，无需储存，彻底解决了电厂脱硝工程还原剂制备系统的

6、安全隐患问题。 尿素水解制氨系统主要的能源方式是电厂的辅助蒸汽，所需要的蒸汽参数为：压力 0.7MPa,温度180C以上。通常每台300MW机组脱硝需氨量约200kg/h的情况下，蒸 汽耗量约为1.0t/h 。尿素水解制氨系统可以采用单元制布置（一台水解器产氨供一台机组），也可采用公用制布置（一台水解器产氨供多台机组）。尿素水解制氨反应器为机电控一体化的撬装设备，出厂前所有管道、阀门、仪 表等均已安装、调试完成，并做好了油漆防腐和保温伴热。设备到现场后接上管口 和电缆即可启动。尿素水解制氨反应器可以放置在脱硝钢架上，也可布置在尿素车间，送产品氨 气至脱硝区。水解器项目模块三维设计图:水解器项目

7、模块现场图片:3、现场条件概况项目规划时脱硝还原剂按液氨法考虑。目前脱硝已按液氨作为还原剂方式建成投运（脱硝钢架未考虑尿素制氨反应器荷载）。4、尿素水解方案由于脱硝钢架未考虑尿素制氨反应器荷载，本次尿素水解方案按照常规布置放 在尿素车间，利用管道将产品氨气送至脱硝区。根据实际情况有如下两个方案：4.1尿素水解方案尿素溶液制备及储存系统按照两台机组进行设计。尿素水解区安装2台尿素水解器，一用一备。单台尿素水解器的出力按照两台炉110%勺出力进行设计，即单台水解装置气氨出力为254kg/h。尿素车间占地为28.5 x 31m可在？场地上规划建设。5、尿素热解方案5.1 系统概述尿素热解法制氨系统包

8、括尿素储存间、斗提机、尿素溶解罐、尿素溶液给料泵、 尿素溶液储罐、供液泵、计量和分配装置、背压控制阀、绝热分解室（内含喷射器）及控制装置等。尿素储存于储存间，由斗提机输送到溶解罐里，用除盐水将干尿素溶解成约50% 质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐。尿素溶液经由供 液泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解器内分解，生成NH、HO和CO，分解产物与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统。尿素制氨工艺应满足：还原剂的供应量能满足锅炉不同负荷与脱硝效率的要求， 调节方便、灵活、可靠。尿素储存区与其他设备、厂房等要有一定的安全防火距离， 并在适当位置设置室外防火栓，设有防雷、防静电接

9、地装置。尿素制氨工艺应配有 良好的控制系统。5.2 主要设备（1）计量分配装置尿素溶液的计量分配装置应能精确地测量和控制输送到分解室的尿素溶液流 量。每台炉设置1套计量分配装置，用于控制每只尿素溶液喷射器的流量及雾化和 冷却空气的压力和流量。(2) 绝热分解室每台锅炉设一套尿素溶液分解室。 尿素溶液由316L不锈钢制造的喷嘴雾化后喷 入分解室，在350600C的高温热风/烟气条件下，尿素液滴分解成 NH、HO CQ尿素热解采用高温空气，由空预器出口约300C次风用电加热器将高温空气加 热到约600Eo热解炉尾部部分钢材材质为16Mn最高允许温度值为450C，高于工作温度约 100C。每台热解炉

10、出口至SCF反应器管道要求有流量测量装置并有相应的调节阀门。热解炉雾化空气的品质要求必须满足雾化系统长期可靠运行。卖方将确保尿素分解完全，杜绝氨气混合物管中出现再结晶或加热空气中的飞 灰沉积现象。卖方提供热解炉出口产物中的 NH与HNCO勺体积比例，并保证中间产 物HNCO寸下游烟道设备不存在潜在负面影响。热解炉布置在脱硝支架上方。热解炉设置有冷风吹扫管路系统，通常从二次风冷端取气接到热解炉，作为紧急情况下热解炉吹扫降温用。热解炉一次风的阀门为电动阀门。(3) 伴热系统对尿素溶液输送管道，卖方应配置伴热系统。热解炉后的气氨输送管道合理保温，保证氨喷射系统前的温度不低于 300Eo泵、管道、阀门

11、等与尿素接触的设备的材料均为不锈钢。输送尿素溶液时，当管道的公称直径小于DN50时，管道内尿素溶液流速不大于1m/s;当管道的公称直径大于 DN50时，管道内尿素溶液流速不大于 2m/s。(4) 水冲洗系统尿素溶液管道均应有保温措施避免尿素溶液结晶，在尿素溶液管道上要设置完 善的除盐水冲洗系统，消除尿素溶液结晶的影响。冲洗水最终回到尿素溶解罐。5.3 尿素热解方案&技术比较6.1 尿素热解技术1) 尿素热解制氨技术自国内2009年投运以来，在国内有较多应用，约在200多台机组脱硝系统中使用，主要供应商为美国燃料公司和北京洛卡公司。2) 尿素热解技术的主要问题是其消耗的能源量大，运行成本

12、偏高。由于热解炉内流场、温度分布不均导致热解炉内尿素转化率低，尿素消耗量大。3）热解炉必须布置的脱硝钢架上，改造工作量大。4）热解反应所需热量由燃烧天然气、柴油或电加热稀释风等方式提供，为了保 证其物料场和温度场的分布，其反应能耗不能随机组负荷降低而降低，不能多机组 公用，运行成本偏高。但该系统对氨气需求信号的响应时间较短，适应负荷变化能 力较强，且由于热解过程远离腐蚀性条件，其热解炉材质要求较低，可以采用碳钢 材质即可满足使用要求，相应工程造价较低。6.2 尿素水解技术1）尿素水解制氨技术在国内于 2011年投运，目前在国内约100台机组中进行 了使用。2）水解系统通过尿素水解器设置上部缓冲

13、空间的方式，做到了对锅炉负荷变化秒级响应，该原理与液氨系统中的缓冲罐类似，根据现有机组的运行情况，解决了 响应锅炉负荷慢的问题。3）尿素水解制氨反应器蒸汽供热后的蒸汽冷凝水可送至尿素车间供尿素溶液 配制循环使用，从而降低尿素水解制氨工艺运行成本。4）与热解技术相比，水解技术采用电厂辅气以代替热解的电加热器，运行费用 低，采用撬装模块化供货，现场工期短。5）水解反应器模块可以布置脱硝钢架上或厂区om可以共用或单元制布置，布置灵活。7、厂用电增容改造对于热解方案，增加的电负荷较大。每台机组热解电加热器负荷约600kW对应水解方案，厂用电系统基本没有大的改动。8、方案比较8.1 投资费用比较投资成本

14、比较表项目类别水解方案热解方案备注SCR区改造（万兀）200850尿素区设备投资（万兀）1340750含机电控厂用电增容改造投资（万兀）50200总计（万兀）15901800注：提资投资不含土建及建安施工费8.2 运行费用比较尿素水解和热解运行成本比较表（方案1）项目类别尿素水解尿素热解耗量单价/元年费用/万元耗量单价/元年费用/万兀原料t/h1.2118001309.21.3518001454.7辅助蒸汽t/h3.1480150.70.58024除盐水0.2050.60.8552.5电(380V)kW70.00.416.82323.90.4557.7安全管理、维护2.02.0年运行总费用14

15、79.3万兀2041.0万兀尿素水解和热解运行成本比较表（方案2）项目类别尿素水解尿素热解耗量单价/元年费用/万兀耗量单价/元年费用/万兀原料t/h2.2518002430.02.518002700.0辅助蒸汽t/h5.980283.21.08048除盐水0.2050.61.554.5电(380V)kW80.00.419.242720.41025.3安全管理、维护2.02.0年运行总费用2735.0万元3779.8力兀8.3 方案技术经济定性对比汇总技术经济定性对比表序号项目尿素热解法尿素水解法备注1初期投资高低2运行成本高主要耗量：电低主要耗量：蒸汽3安全要求低没有氨气储存高水解器内有氨气储

16、存，需作 为乙类容器考虑，尿素区需 要考虑防爆4公用区占地面积小仅需考虑尿素储存、制备功能。大当水解区布置在公用区域，需要增加遮阳蓬等建筑物5改造难易程度高热解炉与电加热器布置在SCF区，单个热解炉重量在 20吨左 右，需考虑钢架加固；此外电加 热器电耗量大，需要考虑单独配 电，需增加电气小室。低冰解器可以布置在公用区 域，成品氨气通过管路输送 到SCR区。水解器成品氨气 需要热风稀释，一般采用热 一次风。9、结论和建议由于国内近几年液氨储存和运输事故频发，国内各个电力集团在脱硝还原剂制 备技术方面都做了技术推荐，其中：国电集团从2014年9月1日后的脱硝工程原则上要求采用尿素制氨技术，基本上全部采用了尿素水解制氨工艺；大唐集团如采用 尿素的情况，首先考虑尿素水解，不采用尿素热解技术；中电投集团正准备将集团 内的液氨项目全部改为尿素水解项目，其中中电国际芜湖电厂、福溪电厂于2016年完成立项，2017年上半年实施完成。尿素水解制氨系统因其安全、稳定、可靠、运行费用低等优势，逐渐成为尿素 制氨系统的主流技术。目前国内采用尿素热解系统的电厂正在改造为更加节能的尿 素水解制氨系统，部分电厂已将尿素热解系统改造为尿素水解制氨