大唐錫林浩特某電廠2×660MW 機(jī)組脫硝還原劑采用尿素，尿素作為原料制取氨氣相對于氨水及液氨具有較高的安全性，且運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有較高的推廣價值。

1概述

選擇性催化還原法(SCR)是目前世界上技術(shù)最成熟、應(yīng)用最多的電廠煙氣脫硝工藝。根據(jù)其反應(yīng)原理，SCR煙氣脫硝所需還原劑為氨氣。氨氣通常可以通過氨水、液氨或尿素三種原料獲取。

氨水由于建造、運(yùn)行成本高，運(yùn)輸、卸料、儲存、使用等環(huán)節(jié)均存在安全隱患的原因，自20世紀(jì)90年代以后，已經(jīng)很少被用作脫硝還原劑。液氨在前幾年的項(xiàng)目中應(yīng)用廣泛。但由于液氨(NH3)屬易燃、易爆、有毒危險品，因此在運(yùn)輸、卸料、儲存、運(yùn)行、檢修等各個環(huán)節(jié)均存在極大安全隱患。

以尿素作為原料制取氨氣相對于氨水及液氨具有較高的安全性，隨近幾年國家對安全運(yùn)行要求的提高，已逐步代替液氨做為還原劑制備原料。

尿素水解制氨工藝的原理是尿素水溶液在一定溫度下會發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生氨氣。其化學(xué)反應(yīng)式為：NH2-CO-NH2+ H2O → 2NH3 ↑ + CO2 ↑[1]尿素水解制氨系統(tǒng)由1)尿素顆粒儲存和溶解輸送系統(tǒng)2)尿素水解系統(tǒng)組成。

尿素顆粒在尿素溶解罐中配置成約40%-60%濃度的尿素溶液，隨后尿素溶液儲存在尿素溶液儲罐中。尿素溶液通過泵輸送到水解反應(yīng)器中水解產(chǎn)生氨氣，氨氣隨后進(jìn)入SCR區(qū)氨空氣混合器后噴入煙道用作煙氣脫硝的還原劑。

由于尿素水解制氨系統(tǒng)解決了液氨的裝卸、運(yùn)輸、儲存等問題，水解器制氨備案隨制隨用，無需儲存，徹底解決了電廠脫硝工程還原劑制備系統(tǒng)的安全隱患問題。

本機(jī)組尿素水解制氨系統(tǒng)主要的能源方式是電廠的冷再蒸汽，所需要的蒸汽參數(shù)為：壓力1.0MPa，溫度180℃以上，單臺機(jī)組脫硝尿素耗量為380kg/h，蒸汽耗量約為2.0t/h，尿素水解撬塊布置在鍋爐零米。

2尿素水解工藝系統(tǒng)簡介

尿素水解制氨工藝主要由2部分組成：尿素顆粒儲存和溶解輸送系統(tǒng)、尿素水解系統(tǒng)[2]，如圖1

圖1 尿素催化水解系統(tǒng)簡圖

2.1尿素溶解及輸送系統(tǒng)

尿素采用袋裝（50kg，總氮≥46.4，粒徑范圍d1.18-3.35mm，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB2440-2001），尿素通過運(yùn)輸車運(yùn)入到尿素溶液制備區(qū)后，儲存在尿素儲倉間內(nèi)。在配置尿素溶液時，通過拆包破袋后送至斗提機(jī)，尿素顆粒通過斗式提升機(jī)提升到一定高度后進(jìn)入尿素溶解罐。

在溶解罐中，用除鹽水制成一定濃度的尿素溶液。蒸汽盤管加熱系統(tǒng)啟動使溶液的溫度保持在一定的溫度，提供尿素溶解所需熱量，在溶解過程中開動攪拌器，使溶解更加充分。

尿素溶液在在配制過程中可以通過開啟尿素溶液混合泵將尿素溶液打循環(huán)，使溶解更加充分。尿素溶液在尿素溶解罐內(nèi)配制完畢后通過尿液混合泵輸送至尿素溶液儲罐。尿素溶液儲罐同樣配有加熱盤管，使溶液保持在一定的溫度（50~70℃），防止因溫度過低造成尿素結(jié)晶。

2.2尿素催化水解系統(tǒng)

尿素催化水解制氨系統(tǒng)是將濃度約50%、溫度為50℃的尿素溶液通過高壓泵從尿素儲罐打入尿素水解罐中，在壓力0.4-0.9Mpa、溫度135-160℃和催化劑的作用下進(jìn)行水解反應(yīng)，產(chǎn)生氨氣、二氧化碳、水蒸汽混合氣。

混合氣經(jīng)由減壓、流量控制調(diào)節(jié)與稀釋風(fēng)在氨空氣混合器混合，稀釋氨濃度至5%以下，最后進(jìn)入SCR反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

3.應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

3.1尿素供應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化措施

尿素供應(yīng)采用人工拆袋、間斷供應(yīng)方式，儲存罐液位較高時停止供應(yīng)，液位低時拆袋供應(yīng)。

工人在供應(yīng)前先將袋裝尿素集中在斗提機(jī)下料口周圍，然后拆袋，在人工投料過程中容易存在將袋繩及其他雜物掉入斗提機(jī)內(nèi)，為了防止尿素溶液管道堵塞在尿素溶液混合泵前加裝濾網(wǎng)，定期進(jìn)行清理，可有效的防止因尿素溶液堵塞造成系統(tǒng)停運(yùn)，也可防止雜質(zhì)混入水解模塊，影響制氨效率。

通常尿素供應(yīng)只有一路斗提機(jī)加注尿素的設(shè)備，當(dāng)斗提機(jī)出現(xiàn)故障或大修時，不能滿足尿素正常供應(yīng)，故在尿素溶解罐上部另設(shè)計(jì)一個人工加注口，在斗提機(jī)不能正常使用時可以保證機(jī)組正常尿素供應(yīng)。

3.2尿素溶液室外輸送管道的防凍措施

尿素制備區(qū)與尿素水解區(qū)距離約400米，錫林浩特冬季室外最低溫度可達(dá)-42℃，，為了防止管道結(jié)晶，管道伴熱采用蒸汽伴熱和電伴熱，正常運(yùn)行時用蒸汽伴熱，在蒸汽伴熱出現(xiàn)故障時用電伴熱。伴熱的可靠性對輸送管路正常運(yùn)行至關(guān)重要，。

3.3催化水解排污處理措施

尿素及催化劑含有的雜質(zhì)，以及反應(yīng)過程中產(chǎn)生的污染物，所以需要定時清理反應(yīng)器中的固體、沉積物和其他污染物，使其保持至最小值。排污時間及頻率：①反應(yīng)器廢水排污建議排污時間2分鐘，每周進(jìn)行一次，將反應(yīng)器底部雜質(zhì)排凈；②反應(yīng)器表面排污建議排污時間2分鐘，每3周進(jìn)行一次，將反應(yīng)器表面雜質(zhì)排凈。

根據(jù)化驗(yàn)?zāi)蛩貜U水水質(zhì)，如表1，可將尿素廢水排至鍋爐零米煤泥水池，一周產(chǎn)生廢水約10m3，尿素溶液呈中性，不會對煤泥水系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕作用。

表1尿素水解廢水成分

3.4管道氣體置換措施

氨氣爆炸極限為15.7～27.4%，其火災(zāi)危險性屬于乙類2項(xiàng)物品。對于電廠，在機(jī)組初次投運(yùn)脫硝供氨系統(tǒng)時，噴氨管道需先進(jìn)行惰性氣體（氮?dú)猓┲脫Q，防止在管路中氨氣濃度達(dá)到爆炸極限。當(dāng)供氨管路及箱罐存在檢修工況時，也必須進(jìn)行氣體惰性氣體置換，防止由于氨氣濃度處于極限濃度范圍，導(dǎo)致爆炸現(xiàn)象的發(fā)生。

緊急關(guān)機(jī)時，必須及時手動吹掃氨氣管線，停機(jī)后必須及時手動吹掃廢氣管線，以防止氨氣在管路中凝結(jié)堵塞管路。

3.5反應(yīng)器長期使用的維護(hù)

如系統(tǒng)運(yùn)行超過兩年以上，建議每兩年堿煮一次（如系統(tǒng)運(yùn)行能滿足脫硝需要則不需要堿煮），堿煮過程如下：

（1）反應(yīng)器內(nèi)溶液排凈后加除鹽水至高液位沖洗后，在加除鹽水煮洗，煮洗完成后排空除鹽水；

（2）利用催化劑罐加水溶堿（用脫鹽水溶解純堿Na2CO3 250kg、磷酸三鈉15kg至催化劑罐液位1500mm），開攪拌機(jī)，使溶劑盡快溶解；

（3）利用催化劑泵將溶好的堿液打入反應(yīng)器，補(bǔ)除鹽水至高液位，同時用蒸汽加熱反應(yīng)器內(nèi)水溶液提壓至0.1MPa；

（4）注除鹽水和升溫同時進(jìn)行，最終達(dá)到壓力0.2MPa，飽和溫度（120℃）下煮洗至少24小時左右；（堿洗過程中不排氣，每隔4小時排污兩分鐘，保持液位）

（5）脫鹽水再次清洗：堿洗結(jié)束后先從各個導(dǎo)淋排放口排放堿液直至完全排空，再充入脫鹽水沖洗一遍。

4?尿素水解罐合理布置及安全性評價

合理優(yōu)化氨氣管道路徑可以有效防止氨氣管道因溫降導(dǎo)致結(jié)晶的故障，經(jīng)過綜合考慮將尿素水解罐布置在鍋爐房零米，尿素水解后的氨氣管道布置在鍋爐房內(nèi)，可有效的降低熱損失，提高氨氣管道輸送的可靠性。

在尿素水解項(xiàng)目水解器制氨系統(tǒng)是集壓力容器、閥門、儀表、電氣控制、鋼結(jié)構(gòu)底座、電伴熱系統(tǒng)、防腐保溫為一體的整體撬塊模塊化產(chǎn)品，其壓力容器的檢測、閥門管道的檢測已在出廠前進(jìn)行了全面檢測，并且其中的電機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和相關(guān)設(shè)備均采用防爆產(chǎn)品。水解器制氨系統(tǒng)不屬于火災(zāi)危險性較高的設(shè)備，從以下兩方面進(jìn)行說明：

4.1設(shè)備設(shè)計(jì)角度闡述

水解器本身有多重安全防護(hù)，包括但不限于關(guān)斷蒸汽輸入、泄放水解器內(nèi)氣相壓力、泄放水解器內(nèi)液相溶液、安全閥起跳、爆破片爆破等，以及在可能會產(chǎn)生泄漏的管道接口、法蘭接口處均設(shè)置有進(jìn)口氨泄漏監(jiān)測儀，一旦檢測到氨氣泄漏將連鎖控制關(guān)斷反應(yīng)器的運(yùn)行，停止繼續(xù)產(chǎn)生氨氣并且將壓力容器內(nèi)的氨氣排入水解器旁的廢水箱融水稀釋處理。

4.2產(chǎn)品氣成分闡述

水解器產(chǎn)品氣為尿素分解后的氨氣、二氧化碳、水蒸氣的混合氣，其中氨氣體積僅占產(chǎn)品氣的37.5%。氨氣分類為非易燃?xì)怏w，由于其引燃的靈敏度較小，在正常處理中很少發(fā)生易燃的情況，在溫度為651°C的條件下如果出現(xiàn)火焰或火花，氨蒸汽將會被點(diǎn)燃，但僅限于空氣中氨的體積占15%~28%的范圍之內(nèi)，燃燒所產(chǎn)生的熱量不足以維持繼續(xù)燃燒，因此在移除火源之后將會被撲滅。

根據(jù)GB50058-2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》，氨氣的引燃溫度為651°C，爆炸極限下限為15%，上限為28%，相對密度0.6，規(guī)范條文說明 “經(jīng)驗(yàn)表明，氨很難被點(diǎn)燃，而且在戶外釋放的氣體將會迅速擴(kuò)撒，因此爆炸性氣體環(huán)境的范圍將被忽略?！?/p>

根據(jù)GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第3.1.2 “同一座廠房或廠房的任一防火分區(qū)內(nèi)有不同火災(zāi)危險性生產(chǎn)時，廠房或防火分區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)火災(zāi)危險性類別應(yīng)按火災(zāi)危險性較大的部分確定；當(dāng)生產(chǎn)過程中使用或產(chǎn)生易燃、可燃物的量較少，不足以構(gòu)成爆炸或火災(zāi)危險時，可按實(shí)際情況確定；當(dāng)符合下述條件之一時，可按火災(zāi)危險性較小的部分確定：

（1） 火災(zāi)危險性較大的生產(chǎn)部分占本層或本防火分區(qū)建筑面積的比例小于5%或丁、戊類廠房內(nèi)的油漆工段小于10%，且發(fā)生火災(zāi)事故時不足以蔓延至其他部位或火災(zāi)危險性較大的生產(chǎn)部分采取了有效的防火措施；”規(guī)范條文說明3.1.2條規(guī)定“另外，有的生產(chǎn)過程中雖然使用或產(chǎn)生易燃、可燃物質(zhì)，但是數(shù)量少，當(dāng)氣體全部逸出或可燃液體全部氣化也不會在同一時間內(nèi)使廠房內(nèi)任何部位的混合氣體處于爆炸極限范圍內(nèi)，或即使局部存在爆炸危險、可燃物全部燃燒也不可能使建筑物著火而造成災(zāi)害。

如：機(jī)械修配廠或修理車間，雖然使用少量的汽油等甲類溶劑清洗零件，但不會因此而發(fā)生爆炸。所以，該廠房的火災(zāi)危險性仍可劃分為戊類。

又如，某場所內(nèi)同時具有甲、乙類和丙、丁類火災(zāi)危險性的生產(chǎn)或物質(zhì)，當(dāng)其中產(chǎn)生或使用的甲、乙類物質(zhì)的量很小，不足以導(dǎo)致爆炸時，該場所的火災(zāi)危險性類別可以按照其他占主要部分的丙類或丁類火災(zāi)危險性確定。

(2)一般情況下可不按物質(zhì)危險特性確定生產(chǎn)火災(zāi)危險性類別的最大允許量，參見表2。

表2 可不按物質(zhì)危險特性確定生產(chǎn)火災(zāi)危險性類別的最大允許量

表2中氨的最大允許值為，與房間容積比值5L/m3，總量50m3。錫林浩特某電廠水解器壓力容器的體積為27m3，兩臺水解器壓力容器的總體積僅有54m3，其中一半體積為待反應(yīng)的尿素溶液，產(chǎn)品氣混合氣中的氨氣全部量不足11m3。按規(guī)范規(guī)定可不按乙類火災(zāi)危險性判定，故水解模塊可放置在鍋爐零米。

5結(jié)束語

由于國內(nèi)近幾年液氨儲存和運(yùn)輸事故頻發(fā)，脫硝還原劑由液氨變?yōu)槟蛩貏菰诒匦?，通過對尿素水解系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的問題進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，保證了尿素水解制氨系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，有效的保障了脫硝效率，滿足了NOX的排放指標(biāo)，具有較高的推廣價值。