燃煤发电厂尿素催化水解制氨工艺运行中出现的问题及处理

菅春树

（天津大唐国际盘山发电有限责任公司，天津 301900）

0 引言

SCR烟气脱硝技术是目前燃煤发电厂脱硝的主流技术，其采用氨气作为还原剂，在催化剂的作用下，将氮氧化物还原成氮气和水，从而达到脱硝的目的。目前，SCR脱硝制氨技术主要有两种：一种是采用液氨法；另一种是采用尿素法。尿素制氨技术主要有尿素热解、普通尿素水解和尿素催化水解。由于液氨作为脱硝还原剂存在较大的安全隐患，以防范重特大事故为重点加强对危险化学品的分级管控，因而城市周边的电厂，尤其是燃煤发电厂，采用尿素制氨技术已成为共识。由于尿素催化制氨反应速度快、能耗低、副产品物少等优点已经作为电厂首先方案。2017年为落实集团要求，加强对危险化学品的分级管控，实施了脱硝还原剂由液氨改尿素催化水解技术制氨工程，项目于2018年8月份投入运行。项目经过在实际中不断改进和完善，目前整体系统在2X600MW机组运行中稳定。工艺结构可以在其它机组改造中加以借鉴。

1 尿素水解制氨系统主要工艺

尿素催化水解制氨流程为：将储存于尿素储存间的袋装尿素人工拆包，拆包后的尿素经斗提机输送到溶解罐里。用除盐水经蒸汽换热器加热将尿素颗粒溶解成40%～50%质量浓度的尿素溶液，再通过尿素溶液混合泵输送到尿素溶液储罐。尿素溶液储存罐里的尿素溶液利用蒸汽换热器加热对其进行保温，温度维持在40～50℃。溶液罐里的尿素溶液通过溶液输送泵持续送至催化水解反应器，进行水解产生氨气。加热蒸汽疏水回收至疏水箱。尿素溶液经由尿素溶液输送高流量泵根据汽侧压力等控制进入水解反应器，利用蒸汽对其进行加热水解，水解产生出来的含氨气流经流量调节模块分配后进入氨空气混合器被热的稀释空气稀释后，产生浓度小于5%的氨气进入氨气—烟汽混合系统，并由氨喷射系统喷入SCR反应塔内.。

2 水解制氨工艺设备投入后存在的问题及处理

两台水解器设计共用一个材质316L出口母管，产品汽输送管采用套管伴热方式进行伴热防止系统结晶，在产品汽输送管外面套装材质为碳钢的蒸汽管，蒸汽管外再加上绝热保温棉工艺。工作时辅助蒸汽从产品汽管外和加套管内通过，蒸汽直接加热产品汽管。蒸汽从夹套管上部引入，冷凝水由套管下部排出，冷凝水管在套管根部设置一次隔断门，冷凝水进入冷凝水收集管回疏水箱中二次利用，在实际投入运行时从管廊架至地面上的疏水阀管道内积存较多冷凝液，出现伴热温度低，且冬季频繁出现竖直疏水管与二次手动门处冻固焊口结冰开裂；疏水阀疏水不畅，导致疏水大量积存，故障疏水阀直接排出蒸汽，增加了蒸汽的耗量；在竖直疏水管道安装DN32截止阀，管道内的残留杂质，堵塞管路导致疏水阀无法疏水和流通蒸汽；套管式伴热，伴热蒸汽170℃左右，产品汽在138℃左右，两种不同材质管道热缩性不一致，造成产品管道拉长变形严重出现泄漏现象，疏水箱内出现了氨水味。两台水解器出口公用一根母管给两台机组供氨，非单元制设计。一台机组停运后，无法实现吹扫。为解决上述问题，在机组检修时对产品汽输送管道结构进行单元制改造，每台水解器对应一台机组，单元母管之间设置联络门。对产品汽管道伴热改造为伴热管铺设。与产品汽及尿素溶液接触阀门内漏或杂物卡涩，产品汽管道吹扫管道阀门内漏，产品汽体进入吹扫蒸汽管道内使材质差的阀门、管道腐蚀泄漏。蒸汽吹扫管道设计母管一个，分支引出到底部排污管道吹扫、表面排污吹扫、尿素溶液输送管道吹扫，全部混用蒸汽母管造成产品汽互通，造成薄弱点泄漏。尿素溶液输送管道排污排管与水解器加热管道疏水管联通，在与尿素溶液连接阀门内漏时会造成了疏水管道结晶堵塞问题。尿素颗粒物含有杂质以及同时人工拆卸袋子时加装尿素颗粒。把水泥地面上杂质也随尿素颗粒一同送入溶解罐中，细小颗粒部分进入尿素水解器中，部分杂物沉积水解器底部；还有部分杂物随产品器进入管道，粘结在阀门球体和阀体。颗粒物造成阀门卡涩无法开关或关闭不严。产品汽母管至3、4号机组出口手动门、联络门、事故排放阀门等发生过卡涩，严重影响设备安全和环保事件。针对阀门内漏及颗粒杂物问题，厂内决定所有与尿素水解产品汽以及尿素溶液接触的阀门材质采用2205及以上等级的不锈钢。人工溶解尿素颗粒物加装吸料机及铺设铁板槽，尿素溶解罐制作了罐装车接口管道，尽快能减少杂质随尿素颗粒进入尿素溶液中。机组负荷高，水解器出力大时，适当增加水解器排污时间和排污次数。机组负荷低，水解器出力小时，适当减少水解器排污时间和排污次数。水解器蒸汽管道排污管与尿素溶液疏送管排污实现单独铺设。杜绝蒸汽与氨气互通腐蚀。

尿素水解区域内没有设置氨汽吸收系统，事故状态下氨汽主要排放至地坑中，造成地坑四周环境中氨味较大。制作氨气吸收罐、连接管道和喷淋水管。水解器安全门排放管道连接至氨汽吸收罐。当出现异常时，氨气排入氨汽吸收罐，当吸收罐内温度达到30℃时，自动开启喷淋，大量消防水喷出吸收氨气。含氨废水通过氨气吸收罐的溢流水管排出，进入废水坑。

水解器加热后疏水、溶解罐、储存罐、产品汽管道伴热疏水全部进入疏水箱，疏水由于温度高于100℃，会全部从疏水箱排气管排入大气，在冬季排出蒸汽特别明显，热量损耗较大。对于疏水箱排空管冒蒸汽问题，公司技术人员对排空管口进行改造，将管引向上至屋顶，并设置不锈钢水箱，冷凝水回至排汽管竖直管段。对蒸汽进行降温冷凝，回收至疏水箱。改造后，通过疏水箱排空管排放的蒸汽约减少了很多，但不能实现全部蒸汽的回收。新建系统电厂可以考虑实现各路疏水单独进入疏水箱，至少将溶解罐、水解器、尿素水解车间伴热疏水三路分开，并在各支路上设隔离门，以方便检修检查。

两台水解器在检修时，需要对水解器内尿素溶液从底部排污管道排尽。近年电厂控制总排水口废水氨氮指标。控制水解器废液和检修时罐内溶液进入总排口水中，在水解器的底部排污管引支管进入催化剂罐，临时收集排放尿素溶液等待检修后通过泵打回水解器内或直接打入另一台水解器内。

随着对尿素催化水解制氨技术工艺不断完善升级，现场设备检修频率降低了，运行参数在保持在正常状态，整体系统设备运行稳定。基本上解决了尿素水解处理系统运行中管道出现结晶、堵塞、阀门卡涩、检修困难等问题。系统满足地标控制NOx排放指标需求、改善当地环境、承担社会责任。同时对原有还原剂制备系统将要进行改造尿素水解系统的燃煤电厂提供借鉴经验。