脱硝尿素站尿素溶解系统优化研究

【摘 要】目前SCR脱硝还原剂氨气有四种较常用的生成方式，分别为：液氨气化、尿素炉外热解、尿素炉内热解和尿素水解，简要介绍这4种工艺的反应原理、工艺特点，并对其进行了技术经济比较分析。分析结果表明4种工艺方案各有优劣，火力发电厂应根据自己自身条件选择最适合自己的制氨工艺。

【关键词】火力发电厂；烟气脱硝；尿素站；尿素溶解

随着国家对环境保护标准的日益提高及《火电厂大气污染物排放标准》（GB　13223-2011）颁布，越来越多的火力发电厂需要安装烟气脱硝装置以减少NOx气体的排放，满足排放标准的要求。根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160，液氨属乙A类液体，氨气属乙类有毒气体，因此如果采用液氨作为脱硝还原剂，需考虑液氨在运输、储存、使用过程中的安全问题。虽然通过合理的设计及小心的操作可以减少液氨泄露事故的发生，但是对于一些处于市区或引用水源附近的火力发电厂为了杜绝液氨泄露事故的发生对周围的居民产生不良影响，应避免采用液氨作为脱硝还原剂。这种情况下就需要采用通过尿素制氨的工艺来提供脱硝还原剂。

尿素制氨需要将尿素颗粒与去离子水配制成指定浓度（40～60％）溶液后输送至尿素溶液储罐储存，配制好的尿素溶液通过高流量循环模块（HFD）输送到计量分配模块（MDM），该计量模块能根据系统氨需量自动控制尿素溶液进入流量，并利用压缩空气将尿素溶液雾化并通过喷头喷入热解室（DC）内，与经由稀释风机、换热器和电加热器输送过来的高温空气混合热解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统。

本文对尿素溶液溶解系统设备布置进行讨论并提出优化方案。

1　常规尿素站尿素溶解系统介绍

常规尿素溶解系统采用了两种上料途径，考虑尿素采用袋装和散装两种来料运输方式时的存储、溶解的工艺流程。

采用袋装尿素时的基本工艺流程为袋装尿素从仓库运至自动拆包机，经拆包后成为散装尿素颗粒，经由斗提机将尿素颗粒提升至溶解罐进口，将其投进已经加水并加热的溶解罐中进行溶解，溶解后的尿素溶液通过泵输送至尿素溶液储罐储存供后续工段使用。

采用散装尿素时的基本工艺流程为散装尿素运输形式配套了尿素颗粒筒仓，采用气力输送的方式将散装尿素颗粒装入筒仓内。当配制尿素溶液时，筒仓内的尿素经过自动称重模块计量后进入溶解罐。

2　尿素站溶解系统优化的原因

尿素的化学式：CO（NH2）2，是无色或白色针状或棒状结晶体，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒，无臭无味。具有很强的吸湿性，为防止吸湿后板结，在使用前一定要保持尿素包装袋（如采用袋装）完好无损，运输过程中要轻拿轻放，防雨淋，贮存在干燥、通风良好、温度在20度以下的地方。

根据常规尿素溶解工艺，袋装尿素经过自动拆包机拆包后尿素颗粒进入斗提机料斗，经提升后进入尿素溶解罐内。因为尿素颗粒易潮解的特性，吸湿后易粘附在斗提机的板链上，容易使链条发生锈蚀，使得该设备不能正常运行，斗提机出料口与溶解罐进料口连接在一起，即使安装了插板阀防止溶解罐内的水汽进入斗提机，但是在投料时仍然不能避免水汽进入斗提机内。

以广东2x125MW机组为例，该电厂位于广州市黄埔区，共有两台125MW机组，总装机容量为250MW，原有SNCR脱硝于2009年3月完成验收监测投入使用。后经尿素炉内热解SCR脱硝技术改造，两台机组分别于2010年12月，2011年12过通过168试运，脱硝出口NOx排放值低于100mg/Nm3，脱硝还原剂采用尿素。

图3　广东2x135MW机组尿素站流程示意图

根据广东2x135MW机组发电公司其尿素溶解系统即常规尿素站溶解系统，采用斗提机将尿素颗粒输送至尿素筒仓，然后进入尿素溶解池溶解，或直接从溶解池入口将尿素倒入，尿素溶解池为地下布置。根据长期的使用尿素作为脱硝还原剂并运行的经验，由于尿素易板结导致尿素筒仓基本无法正常使用，日常配料采用人工从尿素溶解池进口倒入。

综上所述，在尿素溶解过程中采用斗提机投料和筒仓具有一定的风险性，可能会因为溶解时的水汽等因素导致斗提机和筒仓腐蚀、卡死等。因此为解决这个问题对尿素溶解系统提出了两套优化方案。

3　尿素站溶解系统优化方案

3.1　尿素站溶解系统优化方案一

把溶解罐放置在地上，取消斗提机，为了使拆包后的尿素颗粒通过重力直接进入溶解罐，则需要把自动拆包机布置在溶解罐的上方。为了降低劳动强度，专为拆包机增加输送皮带，把仓库里的袋装尿素直接通过皮带运输至拆包机。

此方案可解决尿素板结引起的设备故障问题，但是同时带来了以下的问题：

（1）此工艺方案要求拆包机安装布置在较高位置，标高约4.4米，才能保证尿素颗粒能直接进入溶解罐，增加了尿素车间平台荷载。

（2）自动拆包机布置在二楼，检修也较困难，需增设相应的检修平台。

（3）需要增设一条皮带，长约16米。

3.2　尿素站溶解系统优化方案二

把溶解罐布置在地面以下，混合泵安装在地面上，拆包机布置在地面上，拆包后的尿素颗粒可直接投入溶解罐或者用斗提机提升后投入筒仓。

其中溶解罐布置在地面以下也有三种方式。一、将溶解罐埋入地下，二、在地下挖一个池子，内壁设防腐，当做溶解罐使用，三、设置一个罐池，将溶解罐设置在坑内，地坑顶部设置盖板，供人员操作检修使用，在罐池内设置集水坑，配备废水泵。

在使用操作上三种方式基本一样，但是前两种方式如果溶解罐发生泄漏则清理与维修难度非常大，因此优化方案中建议使用第三种。

将尿素溶解罐布置在罐池内时，斗提机不直接落料进入尿素溶解罐，避免了斗提机与水汽直接接触的机会，降低斗提机的故障几率；同时对尿素溶解系统的设备选型、操作、检修、维护也产生了相应的影响，但是通过设置相应的应对措施，可避免产生负面影响，并起到优化作用。

（1）设备选型方面：尿素溶液混合泵由离心泵改为自吸泵。自吸泵在化工领域使用较为广泛，是一种成熟且稳定的输送设备。因此本方案选择使用该种形式的泵并不存在技术上的风险性。

（2）在运行、操作方面：尿素投料口位置降低，在地面即可投料，操作方便。尿素溶液混合泵任设置在零米，现在与投料口处于同一标高层，方便相应的阀门、设备操作。

（3）在检修、维护方面：溶解罐设置在罐池内，周围预留了检修清理的空间，溶解罐的日常检修维护与布置在零米时基本相同。在地坑内设置集水坑配备废水泵，日常检修、维护时产生的废水也可及时排出。

4　结论

优化方案二将尿素溶解罐布置在罐池内，即能提高尿素溶解系统的自动化，又能减少因为尿素吸潮特性引起的设备故障，并且可减少尿素车间的占地，具有较好的优化效果。

参考文献：

[1]李晓芸，蔡小峰.混合SNCR-SCR烟气脱硝工艺极其应用[J].华电技术，2008（3）.

[2]胡浩毅.以尿素为还原剂的SNCR脱硝技术在电厂的应用[J].电力技术，2009（3）.

[3]李群.电厂烟气脱硝技术分析[J].华电技术.2008（9）.