SCR烟气脱硝还原剂液氨改尿素_米玉川.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 4 期 248 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 4 月 SCR 烟气脱硝还原剂液氨改尿素 SCR 烟气脱硝还原剂液氨改尿素 米玉川（华电国际邹县发电厂，山东 济宁 273500）摘 要：摘 要：华电国际邹县发电厂氨区配有 5 台容积为 100m3的液氨储罐用于 SCRSCR 烟气脱硝还原剂，液氨的运输和储存过程存在较大安全风险，被列为重点危险源。鉴于以上原因，邹县电厂采取将还原剂由液氨替代为尿素，并配套相关设施。关键词：关键词：SCR；烟气脱硝；液氨；尿素；还原剂 引 言 引 言 华电国际邹县发电厂氨区为全厂公用，配有 5 台容积为100m3的液氨储罐，现有 SCR 液氨氨区为重大危险源。为消除脱硝还原剂的运输和储存安全风险，邹县电厂采取将还原剂由液氨改为尿素措施。配套建设公用的尿素车间、尿素溶液储罐区和两处水解区，四区分开布置。尿素车间利旧扩建预留场地北侧除灰汽车库，尿素溶液储罐布置于 8 号机组增压风机西侧管架以西空地，尿素水解器布置于 5 号和 7 号锅炉东侧空地。1 锅炉概况 1 锅炉概况 邹县电厂一期、二期 14 号机组配套 DG1000/170-I 型亚临界锅炉，邹县电厂三期 5、6 号机组配套 FWEC-2020/1810-1 型亚临界锅炉，邹县电厂四期 7、8 号机组配套DG3000/26.15-II 型超超临界直流锅炉。其中 14 号机组采用倒 U 型布置、切向燃烧、固态排渣、自然循环、中间储仓、乏气送粉系统，为降低氮氧化物排放，14 号锅炉已对燃烧器进行了改造，在主燃烧器上部区域加装了四层 SOFA 燃烬风，对燃烧器材料和风道等进行了部分更换和改造。2 SCR 烟气脱硝装置 2 SCR 烟气脱硝装置 邹县电厂 8 台机组脱硝采用催化还原法（SCR）工艺，还原剂为液氨。机组进行低氮燃烧器改造后，设计入口和出口 NOx 浓度分别为 450mg/m3、50mg/m3，脱硝效率88.9%。当前环保要求脱硝 NOx 浓度排放控制不高于 50mg/m3，考虑到 NOx 浓度的正常波动和环保运行调节裕度，电厂目前控制 NOx 排放浓度为 35mg/m3。氨区为全厂公用，配有 5 台容积为 100m3的液氨储罐，现有 SCR 液氨氨区为重大危险源。为消除脱硝还原剂的运输和储存安全风险，邹县电厂采取将还原剂由液氨改为尿素措施。根据各台机组实际运行情况和环保要求，本次液氨改尿素工程机组 NOx 浓度按照 450mg/m3进行设计，根据济宁市地方重污染天气预案，I 级应急响应措施要求 NOx 排放浓度小 30mg/m3，本项目出口 NOx 浓度按 I 级应急响应措施要求 30mg/m3进行改造。3 尿素水解制氨工艺系统 3 尿素水解制氨工艺系统 3.1 尿素水解制氨工艺流程简介 尿素水解制氨工艺，根据实际氨气需求量，尿素溶液水解成包括氨气、二氧化碳和水蒸气的气体产物，这就可以避免运输、储存及处理有毒的氨水或液氨。水解制氨反应器中的基本反应如下：(x)H2O+NH2CONH2-NH4COONH2+(x-1)H2O-2NH3+CO2+(x-1)H2O。邹县电厂采取 50%质量浓度的尿素溶液，尿素溶液的运输由输送泵送到水解制氨反应器中，在水解制氨反应器中，尿素溶液水解成产生含有氨气的气体产物。产品气以一定的流量输送至 SCR 反应器用于烟气脱硝。3.2 尿素区工艺设备 3.2.1 尿素储存系统 还原剂采用工业级尿素，纯度不小于 98.5%，总氮含量不小于 46.3%。尿素来料主要利用罐车散装供料气力上料，并考虑设计袋装尿素斗提机上料。设一座尿素车间，尿素车间内设尿素储存间、尿素溶溶解罐、控制室和配电间等。将袋装尿素整齐码装于储存间内。尿素储存间上方利旧原有电动单梁起重机，用于尿素的堆放和装卸。散装尿素由罐车运来，通过罐车自带的气泵卸入尿素溶解罐。在尿素上料管处设压缩空气辅助卸料管，当罐车气泵故障时可利用压缩空气辅助卸料。考虑到运行方便，溶解罐设 2 套罐车气动卸料管路。袋装尿素由车运来后，用叉车运入尿素储存间储存。当需要配制时，将尿素袋运至斗提机下料口，拆袋下料，由斗提机将尿素颗粒送入溶解罐。斗提机设计出力 20t/h，满足尿素上料要求。3.2.2 溶解系统 尿素车间内设尿素溶解装置一套，将尿素配制成 50%wt浓度的溶液。尿素溶解罐设 2 台，地上布置，主尺寸50005400mm，有效容积 100m3，满足八台机组机组 1 天BMCR 工况下尿素溶解要求。罐体为 316L 不锈钢材质，带保温。每台溶解罐上设顶进式搅拌器，接液材质为 316L，能够起到搅拌和促进溶解的作用；配置爬梯和护栏，用于搅拌器检修。每台溶解罐底部设 316L 蒸汽加热器，以加热溶解水促进尿素溶解。每台溶解罐罐顶设溶解罐排风机一台，及时将溶解过程中的废气排往室外。首次启动在溶解罐中加入除盐水，用辅助蒸汽将其加热用于尿素溶解，疏水回收至疏水箱。当系统正常运行后，以厂区蒸汽管道来的蒸汽疏水以及蒸汽伴热疏水作为溶解水。尿素溶解罐配 3 台尿素输送泵，设计流量 80m3/h、扬程25m，过流材质 316L 不锈钢，2 用 1 备，将配制好的尿素溶DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.037 米玉川：SCR 烟气脱硝还原剂液氨改尿素 249 液送入尿素溶液储罐。3.2.3 尿素溶液储存系统 设置 3 只尿素溶液储罐，布置在 8 号机组增压风机西侧管架以西空地。每台储罐主尺寸 85009000mm，有效容积为 460m3，总容量满足全厂 8 台机组 SCR 脱硝系统在 BMCR工况下 7 天的尿素溶液储存要求。尿素溶液储罐室外布置，四周加有隔离防护栏，尿素储罐外加保温。加热盘管材料应采用不锈钢 316L，加热蒸汽疏水回收至尿素车间疏水箱。顶部检修平台及保温外护板应考虑防雨防积水。3.2.4 尿素供应系统 8 台锅炉设置共用 1 套公用的尿素溶液供应与循环装置。尿素溶液采用小循环制，尿素供应流量数倍于锅炉实际所需，多余的尿素溶液经循环后返回尿素溶液储罐。尿素溶液循环供应装置包含 5 台多级立式离心泵，3 用2 备，带变频，满足 8 台炉水解尿素溶液输送要求；设计流量 10m3/h、扬程 150m，过流材质 316L。尿素供应装置内嵌过滤器、以及尿素输送管道冲洗和排污阀门。3.3 水解区工艺设备 3.3.1 尿素水解系统 本工程水解器采用两处集中制布置方式，16 号机组水解反应器集中布置于 5 号锅炉东侧空地，共设置 5 台，4 用1 备，单台出力不低于 385kg/h;5 台水解器出口氨气母管采用公用制，水解器互为备用。7、8 号机组水解反应器集中布置于 7 号锅炉东侧空地，共设置 3 台，2 用 1 备，单台出力不低于 454kg/h;3 台水解器出口氨气母管采用公用制，水解器互为备用。为保证尿素水解制氨系统的安全运行，水解区域及氨气管道设置事故报警系统和氨气泄漏检测装置（上方 0.5m)。在水解器上方还配置有事故喷淋装置。8 台水解反应器均采用撬装模块化供货，两个尿素水解区设氨气输送备用联络管，通常情况下处于备用状态以减少维护量和节约能源，紧急情况下可打开联络管保证全厂氨气输送。水解反应器正常反应压力约为 0.50.6MPa，温度约为135150。水解反应器中产生出来的产品氨气直接输送至锅炉 SCR 反应区。3.3.2 催化剂溶解供应系统 在每个水解区各设一套催化剂溶解和制备装置，由水解器厂家成套供应，撬装供货。每套含溶解罐 1 个（含搅拌器1 台），催化剂泵 1 台，接液和过流材质 316L。3.3.3 蒸汽系统 尿素区和水解区的蒸汽引自厂内辅助蒸汽，目前辅汽管道上没有预留接口，需要从管道上开孔。14 号机组厂用汽母管压力约 2.0MPa，温度 290330，根据氨气母管的走向预留产品气伴热蒸汽的接口。联络管引出辅助蒸汽管道上均设置有手动和自动阀。每处水解区均设有两台减温减压站，1 运 1 备，将由辅助蒸汽系统来的蒸汽减至尿素水解所需的温度（165）和压力（0.7MPa）。蒸汽减温减压站撬装供货，每套含气动减压阀、减温水供应泵和控制所需仪表、阀门等。3.4 脱硝 SCR 反应区设备 3.4.1 氨气供应系统 每台机更换两套产品气流量调节和控制系统，用于每台SCR 反应器所需的水解氨气流量计量和调节。原供氨管道在尿素水解供氨管道投运后拆除。氨气流量调节装置含流量计、氨气流量调节阀、氨气气动切断阀和旁路阀，以及温度和压力监测仪表等。3.4.2 稀释风系统#1#4号机每台机组原有2台稀释风机。本次核算#1#4号机每台炉所需稀释风总量约 5700Nm3/h，每台炉设 1 台稀释风蒸汽暖风器，将稀释风加热到 160以上再送入氨/空气混合器以稀释氨气；蒸汽来自蒸汽系统。由于稀释风温高，热稀释风和产品气混合气的实际流量约为原混合气流量的 1.5 倍，原氨/空气混合器出力不足，本次更换为 2205 不锈钢材质的圆筒式氨空气混合器。3.4.3 氨气喷射系统 本次脱硝喷氨格栅也需改造，喷氨格栅采用不锈钢2205 材质。#1#4 号机组每台喷氨格栅前设 16 根 DN125 的喷氨控制管，并配手动调节碟阀;#5#6 号机组每台喷氨格栅前设 16 根 DN1505 的喷氨控制管，并配手动调节碟阀;#7号机组每台喷氨格栅前设 26 根 DN150 的喷氨控制管，并配手动调节碟阀;#8 号机组每台喷氨格栅前设五个分区，并配分区喷氨控制阀共控制 26 根 DN150 的喷氨控制管，喷氨控制管配手动调节碟阀。4 应用效果 4 应用效果 新尿素制氨是当前成熟和可靠的脱硝还原剂制备工艺方案，本工程尿素制氨系统集中布置，简化系统，节约设备和材料。8 台机组 BMCR 负荷氨耗量约 2171kg/h，根据机组统计运行经验，尿素热解和水解的综合转化率约 98%左右，对应的纯尿素耗量约为 3909kg/h，年利用小时按 5000h 计算，年尿素耗量为 19544t。5 结 论 5 结 论 华电国际邹县发电厂采用尿素水解制氨工艺替代原有的液氨储罐，尿素年耗量为 19544t 即可满足 8 个机组的 SCR烟气脱硝还原剂需求。尿素水解制氨工艺作为一项成熟和可靠的脱硝还原剂制备工艺，能够有效降低液氮的运输成本和储运风险，保证了安全生产。参考文献 参考文献 1 周启.循环流化床锅炉烟气脱硝工艺探究J.当代化工研究,2021(07):136-137.2 贾心倩.烟气脱硝还原剂制备工艺及应用进展J.应用能源技术,2020(09):7-9.3 章新伟;李靖菀.脱硝还原剂液氨改尿素技术应用及优化J.中外能源,2022,27(05):92-95.4 易勇.多种烟气脱硝还原技术及经济性对比分析J.节能与环保,2021(05):64-66.5 孙立群;张国新.锅炉烟气脱硝尿素直喷的节能改造与系统优化J.洁净煤技术,2020,26(S1):218-222.6 王艺.循环流化床锅炉 SNCR 脱硝工艺控制系统的实现J.电力科技与环保,2020,36(05):45-48.