SCR烟气脱硝尿素热解和水解技术经济性分析

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180℃、1MPa饱和蒸汽后供给2台水解反应器。水解反应器采用公用制布置，单台水解反应器制氨量达465kg/h，能同时满足2台机组BMCR工况用氨需求。水解反应器由蒸汽盘管加热，质量浓度为50%的尿素溶液进入反应器后在135~160℃、0.4~0.9MPa下水解反应生成含NH3、CO2和H2O的混合气。反应器材质为SS316L，上部设置汽水分离器。每台机组设置2台氨/空气混合器，用于将水解反应生成的含氨混合气与热一次风混合。2分析与讨论分析与讨论2.1投资费用投资费用SCR烟气脱硝液氨改尿素，2台机组均采用热解工艺或水解工艺，其投资如表2所示。尿素热解工艺投资较水解工艺投资低10%，主要体现在尿素制氨装置费用上，具体情况如表3所示。2.2能耗分析能耗分析尿素制氨工艺耗能包括尿素溶解吸热、尿素溶液相变吸热、尿素分解吸热和整个系统伴热。由于环境温度会随季节变化，本部分不对伴热能耗进行分析。尿素颗粒溶解吸热量为243kJ/kg。尿素水解的化学反应式为NH2CONH2+H2O=2NH3+CO2+161:5kJ=mol（1）根据焓值变化计算[15]尿素完全水解所需热量为4.8MJ/kg，尿素分解率按99%考虑，则生产氨气的能耗为8.5MJ/kg，以1MPa、180℃的蒸汽为热源制取1kg氨气所耗蒸汽量为4.2kg，2台机组设计工况下总计蒸汽耗量为1.94t/h；尿素完全热解所需热量为6.3MJ/kg，由于尿素热解过程中会产生三聚氰胺等副产物，尿素转化率按85%考虑，则生产氨气的能耗约为12.1MJ/kg，2台机组设计工况下总计电耗为1550kW。折算为煤耗，尿素热解增加煤耗0.4g/(kW·h)，尿素水解增加煤耗0.1g/(kW·h)。尿素热解工艺能耗较水解工艺高，主要原因在于尿素热解炉出口烟温较水解反应器出口烟温高以及尿素热解转化率低。采用尿素热解工艺煤耗增加较多，主要原因在于热解所需能耗较高且采用的是高品质电能。2.3运行成本运行成本两种尿素制氨工艺的各种消耗品用量如表4所示。按尿素单价2400元/t、低压蒸汽单价150元/t、除盐水单价30元/t、厂用电价0.300元/(kW·h)计算，采用尿素热解工艺运行成本为1419万元/年，采用尿素水解工艺运行成本为1155万元/年。热解运行成本比水解运行成本高264万元/年，其中尿素费用占比超过60%，能耗费用（含电费和蒸汽费用）不足40%。近年出现采用高温气–气换热器替代电加热器，以650~800℃的高温烟气加热热一次风使之达到350~650℃，加热后的热风进入热解炉，其对锅炉效率的影响微乎其微。采用烟气热量替代电能极大地降低了能耗费用，但尿素热解运行成本仍然略高于水解方式，且采用高温烟气换热器替代电加热器投资费用会明显上升。3结论结论（1）尿素热解工艺和尿素水解工艺作为两种成熟的制氨技术，能实现火电厂由尿