尿素水解制氨在燃煤电厂中的应用及存在的问题

尿素水解制氨在燃煤电厂中的应用及存在的问题摘要：在当前我国安全生产形势日趋严峻的情况下，采用液氨作为还原剂的常规脱氮工艺已越来越不能满足安全、安全性和安全性的需要。目前，新型尿素水解技术已被越来越多的电厂所采用，但在实践中仍有许多新的问题。关键词：尿素水解；氨；燃煤厂；应用；存在的问题引言尿素水解和SCR烟气脱硫装置是否能够安全、平稳地进行，与净烟气出口NOX浓度是否达标有关。运行过程中任何一个环节出现问题都会影响最终净烟气中NOX浓度的排放，在对运行中存在的除盐水污染、氨带水、注氨支管堵塞、氨管路伴热效果差等基础问题进行分析，从以下几个方面分析了整个系统出现各种问题的因素。从整体约束、设备特点、运行方式等方面，并根据设备的实际情况，提出相应的控制和解决方案，以保证系统安全可靠运行。1尿素水解生产氨的工艺原理1.1工艺原理尿素制氨的技术原理是将尿素水溶液分解为二氧化碳、水蒸气、氨气。尿素的制备方法有两种：热解法和水解法。尿素的热解法、水解法反应因其温度、压力等因素而发生变化。水解法是将尿素水解成水溶液，而热解法则是直接加热，使尿素水溶解。具体的方法是：在水解反应器中加入50%的尿素溶液，在130-150℃的温度和0.45-0.55MPa的压力下进行分解，转化为二氧化碳和氨气；尿素水解产生的氨气和二氧化碳进入气液分离器进行气液分离，然后通过管道输送到锅炉的氨气喷射系统进行脱硝，尿素催化水解制氨技术是在普通尿素水解技术的基础上加入催化剂。在催化剂的作用下，反应速率是常规尿素水解反应的10倍，反应时间不超过1分钟。1.2催化剂的作用为使反应速度不变，尿素、水和热量必须按适当的比例供给反应器。反应器内装有一定数量的催化剂，其作用是改变反应路线，使反应速率大幅提高，反应时间缩短。1.3尿素水解制氨的工艺流程

尿素水解系统主要由尿素水解供给系统、蒸汽加热系统、尿素水解产品供应系统、尿素水解反应系统、尿素水解反应系统等组成。将尿素槽内（40%-50%的质量百分比）的尿素溶液抽入脲水解反应器进行水解反应。由该装置产生的热蒸汽流入该换热管，将尿素水解器的温度维持在130-160℃，压力在0.4-0.6MPa之间。氨气经管路进入氨气混合机，与稀气混合，再经注氨格栅喷入烟道，与烟气进行混合。尿素水解反应器内的杂质、废水经排水系统排放到废水池，再由发电站指定的区域进行处置。2尿素水解制氨的应用2.1优化设计方案2.1.1氨气管道要配备蒸气吹扫管道脱硝装置系统停机后，氨管路处于退出状态。此时管道内温度降低，管道内残留蒸汽会与氨气和二氧化碳结合形成氨基甲酸铵，结晶的生成会阻塞管子。一般氨水、蒸汽、二氧化碳的凝结结晶温度约为90摄氏度。因此，在尿素水解系统研制中，氨蒸汽管道应配备蒸汽吹扫管道。氨管路出口后，进行蒸汽吹扫，吹扫管路中残留的混合气体三十分钟以上。如果氨管线布置时间较长，可适当增加吹扫时间。2.1.2尿素进料斗开闭机构的防堵器设计尿素溶液通过人工提升和拆包制备，尿素微粒经斗式升运器进入溶槽。在装料、卸料时，残存的塑料薄膜会渗入到溶槽内，导致尿素溶出泵入口的过滤器常常被堵塞。同时，尿素颗粒易吸附、固化，形成块状，大块的尿素很容易堵塞斗式起重机，造成其失效。因此，需要在斗式提升机的进口处安装防堵装置（如钢格板），避免了大量的尿素和杂质进入到溶解体系中。2.1.3氨气管道应配备双向蒸汽伴热管道氨管路在水解反应器内的氨气排出管线和SCR脱氮系统的远距离设置。当氨气在管子里被冷却后，就会迅速凝结，甚至出现结晶现象。尤其是在寒冷地区，由于氨气管道温度较低，很容易发生结露。一侧蒸汽伴热管不能满足氨管伴热的需要。氨蒸汽伴热管道设计为双向，因此氨蒸汽伴热管道应设置在两侧。同时，氨蒸汽管道较长的机组，应设置分段伴热，用来缩短伴热管长度，保证良好的传热效果。每根蒸汽伴热管应该配备一个疏水阀组。2.2.4氨气管道需要配备排污阀在此基础上，设计了90个弯头和U型管段，这是因为该装置与锅炉脱氮SCR装置相隔较远。当氨气管路关闭时，凝结液不能从管线底部排出，并在管路中滞留，从而导致结晶阻塞。因此，排污管路和排污阀设置在氨管路的低点。氨管路停机后，打开排污阀，将管路中残留的气或者是液排出，防止结晶。2.2控制水解器中的溶液质量定期分析水解器中尿素溶液的质量，了解尿素溶液的老化状况。在废水中杂质浓度高的情况下，应及时将废水排出或换掉，避免废水中的副产品和细小颗粒积聚。为了避免在尿素水解反应器的底面上积累和沉淀，采用了表层排水和底层排水措施。污水排放的次数和次数要视尿素的操作条件而定。具体的评价指标是：尿素水解反应器操作平稳，液面起伏较小。2.3优化运营在生产过程中，应严格控制蒸气流量，保证尿素水解反应温度在130-160℃之间，避免尿素溶液的高温。通过改变水解器压力、尿素溶液流速、水解器液面等工艺参数，使其在一定的范围内变化，但不能使操作参数变化过大，从而减小尿素水解体系的影响。同时，通过对不同负荷条件下的尿素水解反应器进行实时的预报和调节，以降低对水解体系的影响。3尿素水解制氨存在的问题3.1腐蚀问题尿素水解反应器内的尿素溶液为50%，水解后得到氨气、二氧化碳和水汽的混合气。在140摄氏度以下，氨气和二氧化碳会再次粘合在一起，产生极强的腐蚀性，使氨气管路及相关阀门的阀芯受到腐蚀，导致阀门或氨管路渗漏。为了防止氨管路和阀芯被腐蚀的现象，可采取以下措施：①氨气管道和阀芯应采用耐腐蚀性强的材料，如316L不锈钢；②氨管道应该要进行伴热，增加电伴热和蒸汽伴热装置。为提高伴热效果，蒸汽伴热可以采用多回路进行多次伴热，保证氨气温度在140℃以上；③氨气管道停止后，必须对管道进行蒸汽清洗，用来清除管道中残留的氨气。根据我厂的实际运行经验，我厂虽然采用了耐腐蚀316L不锈钢，并且对伴热系统进行了改造，但局部管道和阀门仍然存在严重腐蚀的现象，因此我们要不断采用新的方法来解决问题。3.2结晶问题尿素水解工艺中，以50%的尿素溶液为反应原料。当温度为30℃以下时，尿素溶液将发生结晶现象，造成尿素溶液管路的阻塞，从而对尿素水解制氨系统的安全运行产生不利的影响。另外，由于尿素溶液水解后产生的气体是氨气、二氧化碳及水蒸气的混合物，当混合气体的温度低于70℃时，会重新结合成固体的氨基甲酸铵，氨气道路造成的堵塞或氨气阀门无法关闭。可采取以下措施来预防尿素溶液及氨管路中结晶现象的发生：①尿素溶液与氨气管路应同时进行伴热，并应增设电伴热及蒸气辅助设备，以避免尿素溶液或氨气的温度降到结晶以下；②尿素管在停用后，应对管线进行清洗。在氨气管线停用后，要对管线进行清洗，以除去残余的液氮和氨气；③为确保系统的正常工作，大多数尿素和氨气都是采用母管操作。所以，必须保证氨气或尿素溶液的阀门一定要紧密，这样才能避免在管路停用后，附近的装置中的氨气或尿素溶液会重新流入管路。如果尿素溶液或氨管路中出现了结晶现象，则应拆掉结晶管道，用水蒸气或水蒸气对结晶部位进行持续冲洗。3.3积灰问题为了避免氨和空气的混合，使其达到爆炸的比例，在进入锅炉烟道前，应用大量空气将氨气稀释至5%以下的浓度。传统的液氨可配备稀释风机，利用常温空气进行稀释，但是尿素水解产生的氨气在温度较低时容易腐蚀结晶，因此必须使用温度高于140℃的空气进行稀释。例如，我厂目前使用空气预热器出口处的热一次风作为稀释风风源。由于空气预热器受热面积灰严重，漏风率高，导致空气预热器出口处的热一次风带灰严重。长期运行后，使得锅炉喷氨格栅中的喷嘴会逐渐被积灰堵塞，脱硝效率会逐渐下降。同时，喷氨量的增加会导致脱硝反应器后溢出的氨气逐渐增多，严重时还会造成空气预热器受热区域的积灰堵塞。为了防止锅炉喷氨格栅中的喷嘴堵塞，可采取以下措施：①如果氨气喷嘴已经堵塞，可定期使用压缩空气吹扫喷嘴。这种方法只能缓解阻塞现象，不能根除；②采用传统的脱硝稀释风机作为稀释风风源，但在稀释风机出口设置电加热器，将稀释风加热到140℃以上。这种方法的缺点是由于使用了电加热器，因此耗电量大；③以冷一次风作为稀释风的风源，配置一套烟气加热器，利用锅炉后部烟道中的高温烟气将稀释风加热到140℃以上。结束语尿素水解反应器是烟气脱硫过程中的一个关键环节，它的安全、稳定运行对烟气中氮氧化物的排放起着决定性的作用。尿素水解反应器的气泡问题与溶液中的杂质及其操作模式有很大关系。溶液起泡后，对尿素水解反应器和烟气脱硝系统的安全稳定运行产生巨大影响，严重时会导致NOx排放超标的环境事故。因此燃烧电厂应该高度重视这个问题。由于尿素水解制氨的安全性高，已经逐渐取代传统的液氨作为还原剂的来源。但由于改性技术发展时间较短，仍存在诸多问题，其中一些甚至可能危及脱硝系统的安全稳定运行，在环保要求越来越高的今天，迫切需要改进。参考文献[1]张元赏倪磊楚.脱硝还原剂制备工艺路线比选.浙能绍兴滨海热电厂二期扩建工程