酸洗酸雾系统液氨改尿素工艺设备方案

摘 要：国内特钢钢管厂DeNOx装置还原剂制备及供料系统多采用液氨气化制备氨气作为还原剂。将还原剂改为尿素，能够彻底消除液氨/氨气的存储和使用安全隐患，保证酸雾的处理效果。

关键词：酸洗酸雾；液氨；尿素；还原剂

1 概述

国内特钢钢管厂现有DeNOx（烟气脱硝）装置多采用氨气作为还原剂，由液氨通过气化制备氨气。由于液氨是危险化学品，受到越来越严格的管理，从运输、存储到使用，都有着许多严格的限制，且在存储和使用过程中存在诸多安全隐患，需要长期投入大量人力、物力资源进行严格的管理、维护。现有还原剂制备及供料系统已不再适合目前生产工况及后期规划，故需要对现有还原剂系统进行技术改造。对DeNOx装置还原剂系统进行技术改造，可消除还原剂在运输、存储、使用等方面的安全隐患，提高系统的安全性、易用性。

2 工艺方案

2.1 脱硝工艺简介

烟气脱硝，是指把已生成的NOx还原为N2，从而脱除烟气中的NOx，按治理工艺可分为湿法脱硝和干法脱硝。脱硝方法主要有：酸吸收法、碱吸收法、选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法、固体吸附法、电子束法、离子体活化法等。

湿法脱硝的原理是用氧化剂将NO氧化成NO2，生成的NO2再用水或碱性溶液吸收，从而实现脱硝。酸吸收法、碱吸收法、选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法都属于湿法脱硝。固体吸附法、电子束法、离子体活化法属于干法脱硝方法。

目前选择性催化还原法 （SCR）应用非常广泛，技术成熟，该方法主要以氨气（NH3）或者尿素作为还原剂，在一定温度和催化剂的作用下，氨气有选择地将废气中NO和NO2还原为氮气及水蒸气。

尿素湿法脱硝技术基本原理：尿素湿法烟气脱硝就是采用尿素水溶液喷淋吸收烟气中的NO和NO2，并利用尿素与之反应生成氮气，从而达到烟气脱硝的目的。尿素湿法烟气脱硝的原理如下：首先，烟气中的NO和NO2在气相中生成N2O3和N2O4，具体的化学反应如下所示：

2NO+O22NO2

2NO2N2O4

NO+NO2N2O3

接下来，生成的产物通过分子扩散作用从两相界面由气相扩散到液相主体。在液相中形成HNO3和HNO2，并分别电离成H+、NO3-、NO2-，生成的NO2-与（NH2）2CO（尿素）反应生成N2和CO2等。

具体化学反应如下所示：

N2O3+H2O2HNO2

N2O4+H2OHNO2+HNO3

2NO2+H2OHNO2+HNO3

2HNO2+（NH2）2CO2N2+CO2+3H2O

综上所述，尿素脱除NOx的总化学反应式可以表述为：

（NH2）2CO+NO+NO22N2+CO2+2H2O

由上述机理可见，NOx的去除主要是通过NO氧化，随后溶于水溶液，与尿素发生化学反应达到去除的目的。

2.2 设计方案

现有的国内钢管厂线材酸洗后的酸雾多采用湿法脱硝，选择氨气作为还原剂。目前湿法脱硝中，都是采用尿素或者氨水作为还原剂，但液压是高危化学品。本次设计改造方案还是采用湿法脱硝工艺，但将还原剂由现有的氨气改为尿素。

尿素作为DeNOx还原剂原料是成熟技术，主要原理是将高纯尿素颗粒用脱盐水制成32.5%wt（wt：指重量百分比）浓度的尿素溶液，然后由尿素溶液经过雾化喷枪雾化为极微细颗粒后送入DeNOx装置混合器前段，再经高温热解为氨混合气与NOx废气在催化剂的作用下迅速反应。选择尿素作为还原剂，它的优势在于无论运输、存储、使用都无安全隐患，更无需为安全问题投入大量人力、物力资源。

尿素溶液制备及给料系统

主要工艺流程如图1。

首先打开脱盐水阀（PV1301）向尿素溶液配制罐（ET01）内注入脱盐水（由LI2001控制液位），开启搅拌器（A1100），然后通过输送机将尿素颗粒送入ET01内，再经蒸汽加热器（开启PV1101） 加热升温，制成32.5%wt浓度的尿素溶液。

制备的尿素溶液经由尿素溶液输送泵（P1101，1102）送入尿素溶液给料罐（ET02）存储，并通过蒸汽加热器（开启PV1102）保持尿素溶液温度在70℃左右。ET02液位由LI2002控制。

尿素溶液给料系统主要由给料泵（P1201，1202）、控制阀组（PV1501，1502，1503；CV1401，1402；FI4001）以及雾化喷枪组成。

脱硝系统待机运行时给料泵（P1201，1202）始终处于回流状态，此时回流阀（CV1402）打开，尿素溶液给料切断阀（PV1501）关闭，流量调节阀（CV1401） 开度为零，仪表空气切断阀（PV1503）开启；正常运行时尿素溶液切断阀打开（PV1501），回流阀（CV1402）关闭，给料阀（CV1401）根据NOx在线分析仪检测数据自动调节控制尿素溶液投加量（FI4001）；

为防止尿素溶液给料管路和喷枪结晶堵塞，需要对其进行吹扫。吹扫过程为关闭尿素溶液给料切断阀（PV1501），全开流量调节阀（CV1401），再打开仪表空气吹扫阀（PV1502）进行吹扫。吹扫完成后，所有阀门复位。

尿素溶液制备及给料系统配有独立的电气控制系统，并通过现场HMI触摸屏操作管理。系统预留有通讯模块，可与现有系统进行通讯，方便统一操作管理。

3 设备方案

3.1 主要设备（见表1）

3.2 主要材料（表2）

3.3 供配电方案

酸洗酸雾系统液氨改尿素项目改造总功率约为10KW。用电情况见表3。

3.3.1 电源需求

本项目中所有用电设备电负荷等级均为三级。

还原剂配置及给料系统 电压：AC 380V 频率：50Hz

接地要求：电气系统及电气设备的接地电阻：≤1Ω。

3.3.2 供配电需求

供配电方案：设备装机功率约为10KW，可在钢管厂现有DeNOx装置电气系统进线柜内增加配电开关，以提供此次新增设备的供电。

3.3.3 电气工程

设备布置：新增设备为机电一体品，安装在现场。

电缆工程：新增设备供电电缆沿原有电缆沟或桥架进行敷设，改造区域其他电缆采用桥架或明管敷设。

系统接地：设备接地包括电气柜设备的外壳接地，以及所有电气设备的金属外壳和金属管线的接地与厂房内原有接地系统分类做可靠的电气系统，接地方式与原有接地保持一致，本次改造不再考虑重新制作接地系统。

3.3.4 防火措施

（1）配电电缆采用阻燃型交联聚乙烯动力电缆。

（2）所有电气设备的孔洞、电气管口必须用防火材料进行封堵，孔洞两侧电缆一米距离内的电缆表面涂刷防火涂料。

4 结束语

酸洗酸雾系统还原剂由液氨改为尿素后，消除了原液氨作为还原剂的安全隐患，同时也提高了系统的易用性，酸雾处理效果和原来一致。本项目无特别新增能耗。使用能源仍为电力、脱盐水、蒸汽、仪表空气。对于水泵采用节能电机，对于蒸汽冷凝热水可通过冷凝水管道回收利用。

4.1 安全消防

本项目中尿素没有直接安全隐患，但对于尿素的物化性质和设备安全，仍需注意安全防护，严禁非相关人员进行操作，在区域内设置安全醒目标识。本项目的实施不会对周边设备带来安全隐患。本项目不新增消防设备，现有车间的消防措施满足本项目要求。

4.2 污染源

本项目项目实施后不增加污染源和危险源，不会对区域环境产生不利影响。本项目中的所有设备均采用不产生环境污染、符合环境保护要求的设备，采用的材料均符合国家的法规卫生、环保要求。本项目无新增环保设施的投资。