SCR烟气脱硝尿素热解和水解技术经济性分析

SCR烟气脱硝尿素热解和水解技术经济性分析烟气脱硝尿素热解和水解技术经济性分析摘要：摘要：尿素由于运输储存安全方便和对环境无害的特点,成为燃煤电厂SCR烟气脱硝还原剂液氨的可靠替代品。选择合适的尿素制氨技术是SCR烟气脱硝液氨改尿素工程的关键环节。通过工程建模对比分析采用尿素热解和尿素水解工艺的投资费用和运行成本,采用热力学方法分析尿素制氨系统能耗水平。结果表明:尿素水解投资略高于尿素热解，但其运行成本较低,技术经济性更优;尿素热解运行成本高的原因主要在于尿素转化率偏低,且采用高品质电能作为热源。0引言引言《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218—2009）规定氨的贮存量若超过10t即成为重大危险源。由于前期大规模火电厂烟气脱硝改造时主要考虑投资和运行成本因素，目前国内大部分火电厂SCR烟气脱硝采用液氨作为还原剂，而液氨储存量一般按照满足全厂机组满负荷工况运行5~7天所需进行设计，因此火电厂氨区基本都属于重大危险源。《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》（国家安全生产监督管理总局令第40号）明确要求安全生产监督管理部门应当责令重大危险源存在事故隐患的企业进行整改乃至停产停业。由于安全监管形势日益严格，作为液氨使用单位的火电厂安全管理工作压力逐渐加大，火电厂SCR烟气脱硝采用液氨作为还原剂越来越受到质疑，尤其是位于人口稠密地区且防火间距不完全达到防火规范要求的火电机组。作为液氨的替代品，尿素由于其运输储存安全方便和对环境无害的特点，显得尤为合适。采用尿素作为还原剂时，先要使尿素溶液受热分解为NH3和CO2，然后稀释混合喷入SCR烟道从而脱除烟气中的NOx。尿素受热分解制氨的工艺有2种：一种为利用电能、燃油或天然气燃烧的热能加热分解雾化的尿素溶液，即热解法；另一种为使用蒸汽加热尿素溶液使之汽化分解，即水解法[10]。尿素热解和水解工艺在国内均有应用业绩，其技术成熟可靠。本文以某电厂2×600MW超临界燃煤机组模型为例，分析其在超低排放形势下由液氨改为尿素热解和水解所分别涉及的改造范围、投资费用和运行成本，为SCR烟气脱硝液氨改尿素工程技术选择提供参考。1工程设计工程设计1.1设计参数设计参数SCR烟气脱硝还原剂由液氨改为尿素涉及的改造范围主要包括新建尿素溶液储存和制备系统、改造稀释风系统和增加尿素制氨装置。通过相关系统的改造确保系统的供氨能力满足运行需求。超低排放形势下，某2×600MW机组SCR烟气脱硝设计参数如表1所示。由表1可得，单台机组满负荷工况下设计氨耗量为230.4kg/h。1.2工艺流程工艺流程粒状尿素在溶解罐内制成浓度为50%左右的尿素溶液并泵入尿素溶液储罐内储存，再由高流量循环泵送入计量分配模块，后由喷枪喷入热解炉，在350~650℃热风的作用下分解出NH3，形成浓度小于5%的混合气，再经喷氨格栅进入SCR入口烟道。国内热解所需要的热源多采用电能。为减少厂用电，可用热一次风或者二次风作为热稀释风，再用电加热器加热，尿素热解制氨系统流程如图1所示。尿素水解工艺与热解工艺的不同之处在于，由计量分配模块过来的尿素溶液进入水解反应器，在压力为1MPa、温度为180℃饱和蒸汽的加热下分解成CO2和NH3，后被热风稀释成氨体积分数小于5%的混合气，最后喷入SCR入口烟道。加热蒸汽引自厂辅汽系统或再热器冷段蒸汽母管，经减温减压后送至水解反应器的蒸汽盘管，尿素水解工艺如图2所示。1.3主要设备选型主要设备选型虽然尿素热解制氨和水解制氨两者的尿素分解率有差异，但对于尿素溶液制备系统的设备选型基本一致。尿素溶液制备系统包括尿素颗粒储仓、尿素溶解罐、尿素溶液输送泵、尿素溶液储罐和尿素溶液循环泵等主要设备。尿素热解系统和水解系统的设备差异较大。以热一次风作为稀释风为例，尿素热解系统包括电加热器/高温烟气换热器、热解炉和计量与分配装置等主要设备；尿素水解系统包括减温减压器、水解反应器、废水箱、疏水箱和氨/空气混合器等主要设备。尿素溶解罐设置1台，材质为SS304不锈钢，罐体配搅拌器和蒸汽加热盘管加速混合溶解。在溶解罐中，采用除盐水将尿素颗粒制成50%左右的尿素溶液。尿素溶解罐容积45m3，满足2台机组BMCR工况一天尿素溶液用量需求。尿素溶液储罐设置2台，采用SS304不锈钢制造，设蒸汽伴热。容积均为135m3，满足2台机组BMCR工况下不少于6天的尿素溶液用量需求。每台机组设置1台电加热器，功率900kW，电压380V，将热一次风加热至350~650℃。每台机组设置1台热解炉，每台热解炉配套10支喷枪，由喷枪喷入的雾化尿素溶液在由电加热器来的热气的作用下分解为NH3和CO2，从而形成氨体积分数小于5%的混合气进入喷氨格栅。热解炉出口混合气的温度不低于350℃，以防尿素结晶。减温减压器设置2台，1用1备，用于将辅汽系统蒸汽减温减压至