[发明专利]一种火电厂烟气脱硝用尿素水解制氨装置和方法

说明书

本发明涉及一种火电厂烟气脱硝用尿素水解制氨装置和方法，利用釜式反应器将40‑60％质量浓度的尿素溶液水解为氨气，然后送入电站锅炉SCR装置中作为脱硝还原剂。整套水解装置运行所需的水电汽全部由电站锅炉提供，蒸汽在水解反应器和尿素溶解罐中通过盘管换热，不与尿素溶液接触，放热后再回到电站锅炉中加热形成循环。采用FeAl粉和Al₂O₃混合固体粉末制备水解催化剂，与尿素溶液混合后形成悬浊液，同时利用循环泵将反应液送入给料尿素溶液中形成反应液的循环流动，促进催化剂颗粒的均匀分布，从而提高水解反应速率。

技术领域

本发明涉及火电厂烟气脱硝技术，具体为一种火电厂烟气脱硝用尿素水解制氨装置和方法。

背景技术

在火电厂SCR脱硝系统中，还原剂是最大的消耗品，其消耗成本直接影响到脱硝系统的整体经济指标。脱硝还原剂的制备可采用液氨法和尿素法，其中液氨法工艺系统简单，投资、运行成本较低，在目前的工程中已广泛应用，但缺点是对系统的安全性要求较高。根据《危险化学品重大危险源辨识标准》(GB18218—2009)，液氨储量超过10吨即视为重大危险源，并且液氨具有腐蚀性且容易挥发，运输过程存在很大风险。尿素相对于液氨、氨水具有较高的安全性，易于运输和储存，在某些特殊地区及距离城市、居民区较近的燃煤电厂中，尿素制氨已成为制备SCR脱硝还原剂的推荐工艺。

尿素分解法制备脱硝还原剂，分为尿素热解法和尿素水解法。尿素分解法制备脱硝还原剂，分为尿素热解法和尿素水解法。目前尿素热解法和尿素水解法的初投资相当，但水解法采用低品质的蒸汽作为加热热源，运行成本大大低于采用电加热的尿素热解法。尿素水解法已在大、中型合成氨-尿素厂得到普遍应用，主要用于回收工艺废液中的尿素；而火电厂烟气脱硝尿素水解装置是为了更方便、经济地制备脱硝需要的氨气，与传统的化工行业尿素水解技术相比，其反应机理和工艺设计均具有显著的差别。

尿素水解制氨工艺是尿素溶液在压力釜中发生水解，生成氨气、二氧化碳、水。尿素水解有AOD和U2A两种工艺。AOD法起始于1996～1997年，是将浓度约5％～10％的尿素溶液被输送到水解器内，高温饱和蒸汽直接从底部喷入水解器内的溶液里，尿素溶液被加热分解成氨气与二氧化碳，水解器内形成气液两相平衡体系，平衡体系的压力约为1.9MPa，温度约为190℃。U2A水解法尿素制氨系统与AOD法的不同点在于：加热蒸汽通过盘管的方式进入水解器，加热蒸汽不与尿素溶液混合，通过盘管回流，需要增加1个冷凝水回收装置，水解器内的气液两相平衡体系的压力约为1.4～2.1MPa，温度约150℃。U2A技术水解后的产物为氨气、二氧化碳、水的混合蒸汽，经除雾器除掉携带的水滴后，通过自身压力送往氨气稀释系统，加入空气后稀释成浓度约5％的氨气，送往喷氨系统。与液氨或氨水系统不同的是，稀释空气需要加热到175℃以上，以避免氨气在低温下逆向反应，生成氨基甲酸盐。

现有尿素水解制氨工艺在运行过程中存在一些问题，例如：尿素溶液低温结晶导致输送管道堵塞；尿素溶液受热会产生固体沉积物，这种沉积物主要是由凝结的尿素和分解副产物缩二脲组成，造成尿素水解系统堵塞；尿素在水解过程中会产生一些酸性物质(如氨基甲酸铵等)，破坏不锈钢表面的氧化薄膜，使管道的腐蚀速度加快；水解反应速率较慢，反应器体积偏大，变负荷响应时间难以满足锅炉脱硝需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用固体催化剂和反应液再循环单元的尿素水解制氨装置，具有体积小、安全性高、运行成本低和反应速率快的特点。

本发明是通过以下技术方案来实现：