国产尿素水解制氨成套装置仪控设计

张觉莉

摘 要：根据我国尿素水解制氨技术的发展，本人旨要探讨尿素水解制氨技术，仪表选型及控制设计，按照实际情况和实验证明，供大家参考。

关键词：燃煤电厂 脱硝 尿素水解制氨 仪表 控制

中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0093-01

随着国家对电站烟气排放标准的提高，烟气脱硝工程列入了“十二五”的发展规划（以下简称规划）。规划中把氮氧化物的总量控制工作提上日程，强调“继续开展氮氧化物控制研究，加快氮氧化物控制技术开发与示范，为实施总量控制创造条件”。而作为脱硝还原剂液氨的运用由于受到安全、地域等因素的限制，尿素水解制氨技术逐渐受到青睐。从对国外目前所发展的几种尿素水解制氨技术来分析，该技术化学反应快、负荷跟踪能力强、原料适应力强，是一种很引人去探讨的尿素制氨技术。大型燃煤电厂烟气脱硝用尿素水解制氨技术及成套装置是国家科技部批复的高技术研究发展计划（863计划）配套研发项目，2013年也已列入了中电联节能环保分会第一批节能环保推广应用课题计划项目。

1 水解原理

尿素具有水解效果，在一定的温度条件下能水解生成氨和二氧化碳。化学反应式：NH2CONH2+H2O→NH2COONH4，NH2COONH4→2NH3+CO2

2 国产尿素水解制氨系统成套装置的特点

（1）采用尿素作为烟气脱硝还原剂的氨源、利用电厂辅汽作为热源，就地将尿素溶液转化成为脱硝所需要的还原剂氨气。解决了采用液氨工艺的原材料运输、储存和使用的安全问题，也解决了采用尿素热解工艺的高能耗、高物耗问题。

（2）经历了实验室试验、中式缩小装置试验到大型燃煤机组实际运行三个阶段，运行可靠。

（3）解决了传统尿素水解制氨工艺的堵塞、腐蚀和跟随机组响应等关键问题。

（4）解决了以前国外企业垄断该技术，转让技术费高，脱硝的成本高，缺乏对脱硝核心技术掌握的问题。

3 尿素水解制氨系统成套装置仪表选型及控制设计

3.1 仪表选型

基于尿素水解系统的特点：高温、易堵塞、易腐蚀，结合系统需要和使用条件，仪表选型均选用具有类似工况使用经验的产品，并考虑经济可靠、实用、先进。与介质接触的仪表部件采用适合于工作环境的材质。所有显示仪表刻度单位应符合国际标准工程计量单位。

3.1.1 料位仪表

水解器本体内待水解的尿素溶液液位测量采用杆式导波雷达料位计，避免罐内沸腾、泡沫对液位测量产生影响。同时配套二次显示仪表，安装在罐侧，便于就地观测。

3.1.2 温度仪表

远传温度测量选择双支热电阻（PT100），就地温度显示采用双金属温度计。为保证密封性，连接方式采用法兰式，并采用了适合高温环境的柔性石墨作为密封垫片。

3.1.3 压力仪表

压力变送器采用进口智能式变送器，输出4～20 mA（两线制）。压力表采用不锈钢压力表，与介质接触的部件采用316L材质。考虑到尿素介质易堵塞易结晶的特点，尿素介质的压力测量均采用法兰式隔膜取压，并设计有冲洗接口。

3.2 控制设计

3.2.1 启动

初次冷启动时，应向容器内加入50%的脱盐水和50%的稀释尿素溶液，直至液面超过管束高度（目标液位）。填料完毕后将启动预热程序。先将尿素溶液加热至略低于尿素反应临界温度值的状态，大约115.6 ℃。当系统转换为“喷氨”状态，更多的蒸汽气流通过管束，尿素被水解为氨基甲酸铵，随后氨基甲酸铵再分解成氨气和二氧化碳。

3.2.2 正常操作

尿素水解反应属于吸热反应，因此需要输入热量（低压蒸汽）以产生氨气随着产品气从水解器中产出，调整输入水解器的热量以维持压力在设定值。一般为0.55 Mpa。为维持设定压力值，温度相应地变化。根据水解器中的压力变化，通过调节加热蒸汽流或出水解器氨蒸气流量使气压维持在设定值。

3.2.3 负荷变化

因为在该过程中尿素溶液被消耗，所以水解器内的液位将在控制程序下由稀释的尿素溶液来补充，维持在目标液位。如果水解器处于准备喷氨状态而不是喷氨状态，控制系统将把水解器压力值控制在0.45 Mpa。为了保持压力值处于0.45 Mpa，温度高低可以为任意值。

3.2.4 停车操作

正常停车过程中，尿素溶液继续进料，热量输入停止。水解器的余热继续产生氨气、二氧化碳和水蒸气，由工艺排放。当水解器温度下降到93 ℃时，系统进入待机状态。如果需要进一步的停机或者维修，则冲入除盐水。如紧急停车，水解器停止供热、供料，产品气出口阀关闭。如果此时水解器压力高，将启用氨蒸汽回流和紧急冷却的预防手段。

4 国产尿素水解法制氨技术及成套装置的成就

该项技术及其成套装置的研发历时5年，经历了实验室试验、中式缩小装置试验到大型燃煤机组实际运行三个阶段。2013年3月，由中国电力企业联合会在成都主持召开了“烟气脱硝用尿素水解制氨技术及其成套装置在大型燃煤电厂应用”的专家评审会。与会专家对该项技术及其成套装置的投运情况给予了高度肯定。

5 结论

尿素水解技术是国内外重要的尿素制氨技术，从对国外目前所发展的几种尿素水解制氨技术来分析，该技术化学反应快、负荷跟踪能力强、原料适应力强，是一种很引人去探讨的尿素制氨技术。开发具有自主知识产权的高效尿素水解制氨技术及其成套装置对促进环保事业的可持续、协调发展都具有重要意义。

参考文献

[1] 乐嘉谦.仪表工手册[M].2版.化学工业出版社，2003（7）.

[2] 李遵基.热工自动控制系统[M].华北电力大学、中国电力出版社，2002（7）.endprint