尿素热解制氨技术利用高温空气或烟气作为热源,将雾化的尿素溶液完全分解为氨气,氨气作为还原剂进入烟道与烟气混合后进入SCR反应器,在催化剂的作用下将氮氧化物还原成无害的气和水。该技术并已应用于100MW~660MW机组脱硝装置,成功案例表明,该技术各项技术性能指标稳定可靠。
SCR系统(选择性催化还原脱硝工艺)三种主流还原剂制备工艺比较:液氨法、尿素水解法、尿素热解法。
液氨
尿素水解
尿素热解
工艺设备
一般
复杂
一般
响应时间
快
慢
快
运行维护
中
大
小
投资费用
低
高
中
应用广泛性
多
很少
逐年增加
安全风险
重大危险源,受管制
压力高,氨泄露问题
常压,非危险源,安全
尿素热解制氨系统示意图
使用安全的尿素,且易于运输和储存,无危险源建设、运行、管理的困扰;
占地面积小,周围不需要大距离的防火安全间距;
与尿素水解相比,投资与运行费用相当,但不需要压力容器,安全性更高;
精确计量,调节控制容易,响应速度更快;
分解完全,热解炉能将尿素溶液完全分解为还原剂;
热源可根据现场实际情况选择性的组合,一般采用电加热,也可以用燃油、燃气或锅炉高温烟气作为热源。
工艺流程如下:配制好的尿素溶液(约50%浓度),通过尿素溶液混合泵输送到尿素溶液储罐,尿素溶液经由给料泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入分解室,稀释空气(一般取热一次风)经加热后也进入分解室。加热方式有电加热器加热、燃油加热和燃气加热等不同方式,电厂可根据各自实际情况做出最经济性的选择。分解室的温度要维持在合适的温度一般为(300℃ ~650 oC),以保证雾化后的尿素液滴能在绝热分解室内完全分解,分解产物(NH 和CO,)经由氨喷射系统进入脱硝烟道。尿素的耗量由脱硝反应的氨需量计算而来。
尿素结晶有系统设备的问题,例如热解室本身设计不合理。温度和速度分布是热解室设计最重要的因素。热解室本身对流场和温度场设计有很高的要求。体现在,一方面要保证热解室的流场足够均匀,使喷枪喷出的尿素溶液雾滴和热空气充分混合,同时要使整个热解室内热空气尽量旋流,使中心部位流速低,利于增加停留时间,贴近避免部位流速高,不易造成粘结。另一方面应保证热解室内的温度场分布合理。应保证整个热解室都处在能够实现尿素热解的温度区间内,没有
温度分布死角,没有局部的低温区,使尿素溶液不会因为温度达不到分解所需的条件而形成结晶。
喷枪所用的雾化空气纯度不足。尽管所有的尿素热解系统都在运行说明中明确规定了雾化空气必须使用仪用压缩空气,但是具体到各电厂,由于设备条件或管道老化等各方面原因,导致喷枪中的雾化空气纯度不足。雾化空气中的杂质会影响尿素的雾化效果,使雾化后的尿素液滴粒径无法达到热解室所设计要求的粒径范围。同样,雾化空气中的杂质可能会堵塞喷嘴,使喷枪甚至无法完成雾化。
热一次风(热二次风)中灰分含量过高。灰分含量高,则首先会由于颗粒碰撞,对热解室内整个
流场分布造成影响--, ,与设计时的计算流场有差别。其次灰分颗粒物与小粒径的尿素雾滴结合,形成大粒径的尿素、灰分混合颗粒物,大粒径混合颗粒物在旋转气流中结合越来越多的尿素雾滴,粒径越来越大,最终在热解室内无法分解、直接沉淀,形成初始结晶层。最后,灰分还会直接堵塞喷嘴,从而影响喷雾效果,引起结晶。