尿素溶液热解系统概述和工艺设计

黄春艳 马继伟

（1.北京洛卡环保技术有限公司，辽宁 沈阳110013；2.山东国瑞环保产业有限公司沈阳分公司，辽宁 沈阳110021）

0 引言

SCR烟气脱硝的还原剂应具有效率高、价格低、安全性高、仓储便利、占地面积小等特点，目前常用的还原剂主要有液氨、氨水和尿素三种。

液氨虽然具有来源广、投资费用低等优点，但因其是有毒物质，具有很强的安全威胁性和毒性，同样氨水也具有安全问题，这两种还原剂逐渐被尿素所取代。尿素制氨工艺包括水解和热解两种技术，其中热解工艺具有很高的稳定性、安全性和可利用率，越来越受到业内的认可和青睐。

1 原理介绍

尿素热解反应方程式为：

CO(NH2)2→NH3+HNCO

尿素 氨+异氰酸

HNCO+H2O→NH3+CO2

异氰酸+水 氨+二氧化碳

2 流程介绍

尿素热解法制氨系统分为尿素溶液制备系统和热解系统两部分，其中尿素制备包括斗提机、溶解罐、溶液给料泵、储罐、尿素溶液循环装置（HFD），热解包括计量分配装置（MDM）、电加热器（EH）、含喷射器(INJ)的绝热分解室（DC）。

（1）袋装尿素经过破袋后，由斗提机输送到溶解罐里，用除盐水将干尿素溶解成40～60%（一般为50%）质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐。

（2）尿素溶液经由尿素溶液循环泵输送至计量分配装置母管接口，再通过循环管路经由背压控制阀回到尿素溶液储罐。

（3）50%尿素溶液结晶温度约为18℃，为防止设备及管路内溶液结晶，罐体需要内置蒸汽盘管，管路可设置疏水、电伴热并采用硅酸铝或岩棉管壳保温。

（4）尿素溶液经过计量分配装置精确地测量和控制输送到喷射器，经过雾化喷嘴喷入分解室后热解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物喷入SCR脱硝系统。

（5）尿素热解采用锅炉热一次风或二次风，风量设计值由热平衡计算所得，风压不低于8.5KPa，如达不到此压力值，需设置增压风机。用电加热器将高温空气加热到约350~600℃后进入绝热分解室。

3 核心设备的设计理念及优化

3.1 尿素溶解罐

材料采用S30408不锈钢，溶解罐除设有水流量和温度控制系统外，还采用输送泵将尿素溶液从储罐底部向侧部进行循环，使尿素溶液更好地混合。尿素溶液浓度的精准配制是通过装在循环回路上的密度计信号控制溶解罐进水自动完成的。当尿素溶液温度过低时，蒸汽加热系统启动使溶液的温度高于28℃（确保不结晶）。

尿素溶解罐设有人孔、颗粒尿素进口、蒸汽进口、溶解水进口、循环回流口、尿素溶液出口、溢流管、排污管、搅拌器、液位、温度测量等设施。尿素溶解罐上设置排风机。尿素溶解罐的溶解水进口设置两路，一为除盐水，二为加热用的蒸汽疏水，两者可根据实际情况自动切换。

3.2 尿素溶液储罐

满足6天的用量（40～60%尿素溶液）要求，采用不锈钢制造，为立式平底结构，装有液面、温度显示仪、人孔、梯子、通风孔及蒸汽加热装置，罐体外实施保温。储罐基础为混凝土结构，室外布置时考虑现场其他情况变量包括地震带，风载荷、雪载荷和温度变化等。

尿素溶解罐及储罐蒸汽冷凝水由疏水器排出汇入疏水箱进行回收，作为设置尿素溶液伴热水，伴热后的水将回到疏水箱。

3.3 尿素溶液循环装置

该装置包含2台全流量的多级变频离心泵，一用一备、1套过滤器、1只背压控制阀及用于远程控制和监测循环系统的压力、温度、流量等仪表。高流量循环泵的设计流量为尿素溶液耗量设计值的5倍，出口压力应能满足克服循环管道的沿程阻力和管件的局部损失打入计量分配装置。

3.4 计量分配装置

能精确地测量和控制输送到分解室的尿素溶液流量，其中尿素溶液支管调节阀采用美国进口品牌，调节精度高，能满足30%-100%氨需量的要求。装置内及装置出口至喷枪段的尿素溶液管道要求电伴热，保温使用橡塑海绵。模块设计冲洗水管路，喷枪入口处的冲洗水压力要求高于0.5MPa，可以将伴热热水作为冲洗水水源。雾化空气母管压力0.6MPa-0.8 MPa。

3.5 电加热器

根据热风的流量和电加热器进出口温度，计算出加热器的电耗和装机功率，留有适当的设计裕量，用以补偿因锅炉负荷变化引起热风温度的浮动和设备的负偏差。电加热器电压等级为380V,采用可控硅控制方式，功率100%可调，避免出现大幅度的电流波动。电加热器热响应速度0.5℃/S

3.6 绝热分解室

尿素溶液由316 L不锈钢制造的喷射器雾化后喷入分解室，在350～600℃的高温热风条件下，尿素液滴分解成NH3、H2O、CO2。根据尿素溶液分解的时间和覆盖面积确定喷射器在热解炉内的位置，确保尿素分解完全，杜绝氨气混合物管中出现再结晶或加热空气中的飞灰沉积现象。保证中间产物HNCO（异氰酸）对下游烟道设备不存在潜在负面影响。

喷枪的喷嘴采用优质产品，能随机组的负荷调节，自动调节喷枪的喷入量。热解炉设置有喷枪检修的密封风，通常杂用压缩空气，当单支枪检修时喷枪位置通入密封风，避免分解室内热风外逸伤人。

4 结语

随着尿素热解技术在燃煤电厂应用日益广泛，整个系统的设计需要同时满足合理性、安全性、经济性的要求。通过烟气量、NOX去除效率计算出需氨量，再进一步计算出尿素耗量，进而确定溶解罐、储罐、输送泵、电加热器和热解炉等设备的参数。

［1］DL/T 5480-2013火力发电厂烟气脱硝设计技术规程[S].

［2］宋小宁,晏敏.燃煤电厂SCR烟气脱硝设计的影响因素分析[J].杭州:安全与环境工程,2013.

［3］郭伟,崔宁.尿素热解制氨SCR脱硝技术在电厂的应用与优化[J].石家庄:锅炉技术,2012.