燃煤电站SCR系统尿素热解和催化水解的能耗

段传和，李春雨，谷小兵

(1.中国大唐集团公司，北京 100033;2.大唐科技产业集团公司，北京 100097)

燃煤电站SCR系统尿素热解和催化水解的能耗

段传和1，李春雨2，谷小兵2

(1.中国大唐集团公司，北京 100033;2.大唐科技产业集团公司，北京 100097)

介绍了在燃煤电站SCR工程中常用的尿素热解与催化水解工艺，以某300MW燃煤电站SCR工程为例，对比分析了两种工艺的标煤能耗情况。结果表明，尿素催化水解技术方案的折算标煤耗最低。从综合节能的角度出发，在燃煤电站SCR的尿素制氨工艺方面，以尿素的催化水解制氨为最佳。

SCR;尿素;热解;催化水解;能耗

1 SCR技术与还原剂［1］

目前燃煤电站SCR脱硝工艺中，直接参加化学反应的是氨，氨可通过液氨、氨水气化直接制取或者通过尿素(催化)水解、热解尿素制取氨气由直接法和间接法制备方法。以液氨、氨水和尿素等获取氨的SCR系统在工程中都有成熟的运行业绩，其中液氨和尿素获取氨气的工程业绩较多，但以液氨系统的投资、能耗和使用成本为三者最低。由于液氨属于易燃易爆物品，必须有严格的安全保证和防火措施，其运输、存储涉及到当地的法规和劳动卫生标准，故一些电站选择了以尿素为原料。

2 尿素催化水解与热解的制氨工艺流程［2］

2.1 尿素催化水解法制氨工艺

水解尿素制取氨气的工艺流程如下:需要水解时，将储存在尿素溶液罐内浓度～50℃、～50% 的尿素溶液，经输送泵加压后输送至水解反应装置内，经合适温度与压力加热蒸汽的加热后在分解室内分解生成NH3和CO2，水解化学反应方程式如下:

根据蒸汽是否与尿素溶液直接接触，尿素水解蒸汽加热方式分为直接加热和间接加热两种。

2.2 热解法制氨工艺

热解尿素制取氨气的工艺流程如下:需要热解时，将储存在尿素溶液罐内浓度～50℃、～50%的尿素溶液，输送泵加压后、经计量及分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解炉，借助外部热源，雾化后的尿素液滴在绝热分解室内在所要求的温度下(450℃ ～600℃)分解，生成的分解产物为NH3和CO2，分解产物经由氨喷射系统进入脱硝烟道，热解炉需提供足够的停留时间以确保尿素到氨的100%转化率。根据工程的实际，外部热源可利用柴油、燃气、电加热器、高温烟气、高温蒸汽等作为热源。

尿素水解和热解的原理、热源有所不同，由于催化水解和热解对锅炉负荷的响应较快，在工程中逐步得到推广应用，以下将以某300MW燃煤SCR脱硝系统为例，对其能耗情况进行对比分析。

3 尿素催化水解与热解的制氨能耗

3.1 某300MW工程SCR系统设计数据

该案例工程的SCR系统拟采用尿素制氨作为还原剂，稀释风来源于热一次风，尿素制氨拟采用催化水解、高温烟气热解和电加热器为候选方案。工程的相关数据见表1。

表1 某300MW工程SCR系统设计参数

3.2 尿素热解和水解能耗核算

图1中(a)、(b)、(c)分别为尿素电加热热解、高温烟气热解和催化水解装置的物质和能量计算模型和相关计算参数。由于热解后的混合气体温度为360℃，水解出口混合气温度较低，为较好的对比分析，水解装置出口混合气体如升温到360℃，外需19.4 kg/h的折合标煤，详见图1(c)。设计工况下，三种技术方案的技术参数及能耗见表2。

表2 尿素热解和水解介质参数与能耗核算(设计工况)

表2中，计算能量消耗量的数值是考虑了发电效率、燃烧效率、锅炉效率等因素的实际工程计算值。相关换热器的效率按100%考虑，机组年利用小时数为5000 h，标煤单价为550元/t。

图1 SCR尿素制氨物质和能量计算模型和相关计算参数

4 结语

通过案例工程三种热源尿素制氨的能耗核算可以看出，电加热热解技术方案折算标煤耗最高;高温烟气热解制氨折算标煤耗次之;尿素催化水解技术方案折算标煤耗最低。因此在燃煤电站SCR系统中的尿素制氨技术选择方面，以尿素水解制氨为最佳，其次为尿素高温烟气热解制氨。

［1］夏怀祥，段传和，等.选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝［M］.北京:中国电力版社，2012.

［2］段传和，谷小兵.燃煤电站SCR烟气脱硝还原剂尿素热解热源的选择［J］.电力科技与环保，2012，28(4):34－36.

Energy consumption of Pyrolysis and catalytic hydrolysis of urea SCR system in coal－fired power station

The decomposition of urea into ammonia technologies(pyrolysis and catalytic－hydrolysis)are introduced，used for coal－fired power plants SCR.A case study of a 300MW coal－fired power station SCR project，comp leted the pyrolysis and catalytic hydrolysis of urea comparative analysis of standard coal consumption.Results showed that the conversion of urea hydrolysis technology standard coal consum ption m inimum.From the perspective of integrated energy－saving，catalytic hydrolysis of urea ammonia is the best，ammonia urea in coal－fired power station SCR system technology.

SCR;urea;pyrolysis;catalytic－hydrolyzation;energy consumption

X701.7

:B

:1674－8069(2016)01－017－02

2015-09-17;

:2015-11-23

段传和(1968-)，男，河南罗山人，高级工程师，主要从事燃煤电站环保和合同能源管理。E－mail:duanch@cdte.com.cn