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技術文章
尿素熱解SCR脫硝方案
2016-12-20
將尿素人工加入溶液罐中，用除鹽水將尿素制成50~60%濃度的溶液，經混合泵送入儲存罐。尿素溶液經由尿素溶液輸送泵、循環/供應管道、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進入熱解爐內分解，生成NH3、H2O和CO2，分解產物與稀釋風充分混合生成含5%NH3的混合氣體，通過噴氨格柵噴入煙道。NH3與NOX在反應器內催化劑的作用下發生催化還原反應，NOX還原為無害的N2和H2O。但由于并非所有NH3都反應完畢，NH3逃逸會增加脫硝系統后空氣預熱器的堵灰情況。反應器出口的NH3逃逸作為脫硝系統設計的重要指標，控制在5mg/m3以內。
尿素熱解SCR脫硝方案
*部分：尿素熱解及物料計算
-
主要設計原則及技術要求
1.1 主要設計原則
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脫硝工藝采用 SCR法。
采用尿素SCR工藝的煙氣脫硝技術，若沸騰爐已有低NOx燃燒技術(LNB)，煙氣脫硝技術應與之配合使用；
-
吸收劑采用尿素。使用10%尿素水溶液（wt%）作為SCR煙氣脫硝系統的還原劑；按氨流量要求來設計；
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脫硝反應器布置根據設計要求。
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脫硝設備年利用小時暫按6000小時考慮，年運行時間暫按 8000小時考慮。
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脫硝系統整套裝置的可用率在正式移交后的一年中大于98%
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裝置服務壽命為30年。
1.2 主要技術要求
- 本工程采用尿素熱解法制備脫硝還原劑。尿素熱解制氨工藝和設備具有可靠的質量和先進的技術，能夠保證高可用率和低物耗，完全符合環境保護要求，便于運行維護。
- 所有的設備和材料應是新的和優質的。
- 機械部件及其組件或局部組件應有良好的互換性。
- 確保人員和設備安全。
- 觀察、監視、維護簡單。
- 運行人員數量少。
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在設計上要留有足夠的通道，包括施工、檢修所需要的吊裝與運輸通道及消防應急通道。
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規范、規程和標準
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GB8978－1996 |
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《污水綜合排放標準》 |
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GB13223－2003 |
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《火電廠大氣污染物排放標準》 |
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DB11/139-2002 |
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《天津市鍋爐污染物綜合排放標準》 |
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GBZ2－2002 |
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《作業環境空氣中有害物職業接觸標準》 |
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DL5033－1996 |
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《火力發電廠勞動安全和工業衛生設計規程》 |
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GB50187－93 |
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《工業企業總平面設計規范》 |
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DL5028－93 |
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《電力工程制圖標準》 |
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SDGJ34－83 |
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《電力勘測設計制圖統一規定：綜合部分（試行）》 |
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DL/T5032－94 |
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《火力發電廠總圖運輸設計技術規程》 |
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DL5000－2000 |
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《火力發電廠設計技術規程》 |
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DL/T5121－2000 |
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《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》 |
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YB9070－92 |
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《壓力容器技術管理規定》 |
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GBl50－98 |
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《鋼制壓力容器》 |
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GB50260－96 |
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《電力設施抗震設計規范》 |
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DL5022－93 |
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《火力發電廠土建結構設計技術規定》 |
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GB4272-92 |
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《設備及管道保溫技術通則》 |
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DL/T630－2001 |
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《火力發電廠保溫材料技術條件》 |
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DL/T5072－1997 |
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《火力發電廠保溫油漆設計規程》 |
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GB12348－90 |
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《工業企業廠界噪聲標準》 |
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GBJ87－85 |
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《工業企業噪聲控制設計規范》 |
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DL/T5054－96 |
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《火力發電廠汽水管道設計技術規定》 |
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SDGJ6－90 |
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《火力發電廠汽水管道應力計算技術規定》 |
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GBJ16－1987（2002） |
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《建筑設計防火規范》 |
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GB50160－92（1999） |
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《石油化工企業設計防火規范》 |
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GB50229－1996 |
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《火力發電廠與變電所設計防火規范》 |
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GB50116－98 |
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《火災自動報警系統設計規范》 |
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DL/T5041－95 |
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《火力發電廠廠內通信設計技術規定》 |
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GBJ42－81 |
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《工業企業通訊技術規定》 |
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NDGJ16－89 |
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《火力發電廠熱工自動化設計技術規定》 |
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DL/T657－98 |
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《火力發電廠模擬量控制系統在線驗收測試規程》 |
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DL/T658－98 |
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《火力發電廠順序控制系統在線驗收測試規程》 |
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DL/T659－98 |
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《火力發電廠分散控制系統在線驗收測試規程》 |
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NDGJ92－89 |
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《火力發電廠熱工自動化內容深度規定》 |
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DL/T5175－2003 |
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《火力發電廠熱工控制系統設計技術規定》 |
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DL/T5182－2004 |
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《火力發電廠熱工自動化就地設備安裝、管路及電纜設計技術規定》 |
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GA/T75－94 |
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《安全防范工程程序與要求》 |
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GB14285－93 |
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《繼電保護和安全自動裝置技術規程》 |
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GB50062－92 |
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《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》 |
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DL/T 5153－2002 |
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《火力發電廠廠用電設計技術規定》 |
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DLGJ56－95 |
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《火力發電廠和變電所照明設計技術規定》 |
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GB9089.4－92 |
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《戶外嚴酷條件下電氣裝置裝置要求》 |
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GB7450－87 |
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《電子設備雷擊保護導則》 |
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GB50057－94 |
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《建筑物防雷設計規范》 |
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GB12158－90 |
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《防止靜電事故通用導則》 |
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GB50052－95 |
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《供配電系統設計規范》 |
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GB50054－95 |
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《低壓配電設計規范》 |
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GB50055－93 |
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《通用用電設備配電設計規范》 |
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GB50056－93 |
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《電熱設備電力裝置設計規范》 |
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GB50058－92 |
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《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》 |
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DL/T620－1997 |
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《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》 |
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GB50217－94 |
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《電力工程電纜設計規范》 |
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DLGJ154－2000 |
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《電纜防火措施設計和施工驗收標準》 |
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GB12666.5-90 |
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《耐火試驗（ 耐高溫電纜 ）》 |
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DL/T621－97 |
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《交流電氣裝置的接地》 |
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CECS31：91 |
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《鋼制電纜橋架工程設計規范》 |
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DLGJ158－2001 |
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《火力發電廠鋼制平臺扶梯設計技術規定》 |
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GB50017－2003 |
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《鋼結構設計規范》 |
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GBJ135－90 |
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《高聳結構設計規范》 |
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GB50003－2001 |
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《砌體結構設計規范》 |
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GB50040－96 |
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《動力機器基礎設計規范》 |
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JGJ107－96 |
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《鋼筋機械連接通用技術規程》 |
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GB/T11263－1998 |
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《熱軋H型鋼和部分T型鋼》 |
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YB3301－92 |
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《焊接H型鋼》 |
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YB4001－91 |
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《壓焊鋼格柵板》 |
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NDGJ5－88 |
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《火力發電廠水工設計技術規定》 |
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GBJ14－87 1997版 |
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《室外排水設計規范》 |
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GBJ13－86 1997版 |
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《室外給水設計規范》 |
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GBJ69－84 |
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《給水排水工程結構設計規范》 |
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DLGJ24－91 |
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《火力發電廠生活、消防給水和排水設計技術規定》 |
- 熱解工藝系統說明
脫硝用還原劑主要有液氨、氨水和尿素。由于液氨是�；�，隨著國家對安全的日益重視，逐漸出臺一系列相關的限制措施，使得電廠用液氨時在審批、工期、占地等諸多方面受到越來越多的制約，氨水也因為其運行成本居高而受到應用的局限。作為無危險的制氨原料，尿素(Urea)具有與液氨相同的脫硝性能，是綠色肥料，完全沒有危險和法規限制，可以方便的被運輸、儲存和使用。
3.1熱解工藝系統流程
尿素熱解工藝利用尿素溶液熱解工藝為SCR系統提供反應劑，該工藝可用于控制燃煤電廠鍋爐、垃圾焚燒鍋爐、熔爐、焚燒爐，沸騰爐或者加熱器所產生的NOx的排放以滿足排放要求。尿素熱解工藝將尿素分解為氨并通過SCR系統中氨噴射格柵提供脫硝系統所需的還原劑。
3.2熱解系統
從鍋爐引出約1%總風量的一次或二次空氣(約500℃)，因為尿素熱解的溫度窗口為350-650度，如達不到要求，必須通過一個高溫風機（如需）輸送，再利用電加熱器將空氣溫度再次提升并達到進入熱解室的溫度（約350～650℃）。隨后將尿素溶液噴入在溫度窗內具有適當停留時間的熱解室，以確保尿素溶液完全轉化為SCR還原劑。*后將含有SCR還原劑氨(NH3)的氣流導入反應器。整個過程需要監測壓力、流量及溫度以滿足SCR的設計要求，保證尿素熱解系統的正常運行。(不同的溫度反應生成的氨量不一樣)
尿素熱解工藝的主要反應如下：
CO(NH2)2 → NH3 + HNCO
尿素 → 氨 + 異氰酸
HNCO + H2O → NH3 + CO2
異氰酸 + 水 → 氨 + 二氧化碳
尿素在溫度高時不穩定，會分解成NH3（氨）和 HNCO（異氰酸），HNCO再與水反應生成NH3 和CO2。該過程產生的反應劑NH3通過噴射裝置進入脫硝反應器，與煙氣中的氮氧化物NOx反應，生成對環境無害的N2(氮氣)和H20(水)。
主要反應描述如下：
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
(主要反應)
氮氧化物 + 氨 + 氧 → 氮 + 水
4NO + 4HNCO + O2 → 4N2 +
4CO2 + 2H2O (可能反應)
氮氧化物 + 異氰酸 + 氧 → 氮 + 二氧化碳 + 水
熱解系統包括尿素制備系統、尿素溶液儲罐、輸送裝置、計量分配裝置、背壓控制閥、熱解室、高溫風機、電加熱器及控制裝置等。
尿素顆粒由螺旋輸送到溶解罐里，用自來水將干尿素溶解成約10%質量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐；尿素溶液經由輸送裝置、計量分配裝置進入改裝的熱解室內，與經由高溫風機（如需）、電加熱器輸送過來的高溫空氣混合熱解，生成NH3、H2O和CO2，分解產物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統。
熱解系統采用約10%的尿素溶液作為還原反應劑。10%的尿素溶液將保存在不銹鋼或玻璃鋼(FRP)儲存罐中，容量約為8-16小時的尿素用量（當環境溫度過低時，罐體需要加熱和保溫）。帶泵的循環裝置將反應劑提供給每個單元的計量裝置，計量后的反應劑被輸送至一系列經過專門設計并安裝在熱解室入口處的噴嘴。計量裝置可根據系統的需要自動控制噴入熱解室的尿素量。系統還包括備用的高溫風機及擋板以保證進入反應器的氨的流量和壓力。
3.3系統主要設備
標準的尿素熱解制氨系統主要包括高流量循環裝置、背壓控制閥、尿素儲倉、給料機、尿素溶解罐、尿素溶液給料泵、尿素溶液儲罐、計量和分配裝置(MDM)、絕熱分解室(DC)、稀釋風電加熱系統(EH)及控制系統等。整套系統考慮夏天防曬，冬天防凍措施。
尿素儲存于儲間，由斗提輸送到溶解罐里，用自來水將固體尿素溶解成50%質量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐；
尿素溶液經由供液泵、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進入設計的絕熱分解室，稀釋空氣經加熱后也進入分解室。霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內分解，生成的分解產物為NH3、H2O和CO2，分解產物經由氨噴射系統進入脫硝反應器。
- 尿素儲間
設置1只尿素料斗，尿素筒倉為碳鋼制造。
尿素卸車應考慮三種卸車方法。袋裝尿素人工卸車、散裝顆粒尿素利用卡車壓縮機自動卸車和尿素溶液利用罐車自帶壓縮機卸車。
- 尿素溶解罐
設置一只尿素溶解罐，體積為全廠8~16小時儲量。在溶解罐中，用自來水制成50%的尿素溶液。當尿素溶液溫度過低時，蒸汽加熱系統啟動使溶液的溫度保持在合理的溫度，防止特定濃度下的尿素結晶。溶解罐除設有水流量和溫度控制系統外，還采用輸送泵系統將化學劑從儲罐底部向側部進行循環，使化學劑更好的混合。
溶解罐由304不銹鋼制造，內襯防腐材料，罐體保溫。容器為中凹底部、圓錐型底的立式304SS容器，容器用支腳支撐。罐體內配置全套的人孔、尿素或尿素溶液入口、尿素溶液出口、通風孔、攪拌器口、液位表、溫度表口和排放口等。
尿素溶解設備宜布置在室內。
- 尿素溶液給料泵
尿素溶液泵為不銹鋼本體碳化硅機械密封的離心泵，兩臺泵一運一備，并列布置。此外，溶液泵還利用溶解罐所配置的循環管道將尿素溶液進行循環，以獲得更好混合。
- 尿素溶液儲罐
尿素溶液經由兩臺尿素溶液給料泵進入尿素溶液儲罐，每臺泵的容量為1小時內可將溶解罐內的溶液完全輸送到尿素溶液儲罐。
設置兩只尿素溶液儲罐, 容積滿足3~5天的系統用量（50%尿素溶液）要求。儲罐由玻璃鋼(FRP)制造（也可采用304型不銹鋼），并內涂乙烯樹脂涂層。儲罐為立式平底結構，裝有液面、溫度顯示儀，裝有人孔、梯子及通風孔等。
尿素溶液儲罐的開口應有人孔、尿素溶液進出口、通風孔、液位表、溫度表口和排放口。尿素溶液儲罐應設有梯子、平臺、欄桿和液面計支架。
尿素溶液儲存設備可布置在室外。設備間距應滿足施工、操作和維護的要求，各設備間的連接管道應保溫。
- 背壓控制閥(PCV)
背壓控制回路用于調節供料泵為計量裝置供應尿素所需的穩定流量和壓力，背壓控制閥設置一套。
- 計量分配裝置(MDM)
每臺熱解室配備一套計量分配裝置。計量分配裝置能夠精確測量并獨立控制輸送到每個噴射器的尿素溶液。計量分配裝置布置在熱解室附近，計量裝置用于控制通向分配裝置的尿素流量的供給。該裝置將響應電廠DCS提供的反應劑需求信號。分配模塊通過獨立化學劑流量控制和區域壓力控制閥門來控制通往多個噴射器的尿素和霧化空氣的噴射速率。
- 絕熱分解室(DC)
尿素溶液采用絕熱分解室分解，相關設備包括：絕熱分解室、尿素噴射器等。絕熱分解室布置在SCR附近。經過計量和分配裝置的尿素溶液由噴射器噴入絕熱分解室，絕熱分解室設置1臺。經過加熱器的高溫熱風作為分解室的熱源，室內溫度控制在350～650℃。
- 稀釋風電加熱系統(EH)
為了節約能源，降低系統的運行費用，熱解系統將直接采用沸騰爐的一次風/二次風作為尿素熱解反應的稀釋風來源。由于稀釋空氣量僅為一次風/二次風量的1%左右，對爐影響微乎其微。爐的一/二次風溫度一般為