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尿素水解和尿素热解的工艺介绍及技术经济比较


目录
一、概述 ..................................................................................................................... 2 二、技术介绍 ...................................................

........................................................... 2 2.1 尿素水解制氨技术 ..................................................................................................... 2 2.2 尿素热解制氨技术 ..................................................................................................... 3 三、应用现状 .............................................................................................................. 4 3.1 尿素热解技术 ............................................................................................................. 4 3.2 尿素水解技术 ............................................................................................................ 5 四、投资、运行费用比较............................................................................................ 6 4.1 设备投资、安装费用比较 ......................................................................................... 6 4.2 运行费用比较 ............................................................................................................ 6 五、结论 ..................................................................................................................... 6

关于尿素水解制氨和尿素热解制氨的工艺介绍 及技术、经济比较 一、概述
“十二五”期间国内建设了大量的烟气脱硝装置, 其还原剂制备系统主要由 液氨蒸发、 氨水汽化、 尿素制氨三种方式, 随着国内民众和企业安全意识的加强, 加上国内危化品运输、 储存、 使用事故层出不穷, 尿素制氨技术因其不需要装卸、 运输、储存危险化学品、装置占地面积小、运行安全稳定可靠,逐渐成为电厂选 择脱硝还原剂制备系统的主流技术。 尿素是氨的理想的来源。 尿素(CH4N2O)为无毒无味的白色晶体或粉末,是人 工合成的第一个有机物,广泛存在于自然界中,其理化性质较稳定,应用于农业 及工业领域, 其运输和储存和管理均不受国家和地方法规的限制。尿素是一种稳 定、无毒的固体物料,对人和环境均无害;可以被散装运输并长期储存;不需要 运输和储存方面的特殊程序, 它的使用不会对人员和周围社区产生不良影响。但 固体颗粒尿素容易吸湿, 当空气中的相对湿度大于尿素的吸湿点时,它就吸收空 气中的水分而潮解, 尿素在储存过程中极易吸潮板结,需采取措施防止吸湿结块 的情况发生。 尿素制氨技术中根据其反应机理和核心反应设备的不同分为尿素水解制氨 和尿素热解制氨二种技术。先分别介绍及对比如下:

二、技术介绍 2.1 尿素水解制氨技术
尿素水解制氨工艺的原理是尿素水溶液在一定温度下发生水解反应, 生成的 气体中包含氨气和二氧化碳。其化学反应式为: NH2-CO-NH2 + H2O → 2NH3 ↑ + CO2 ↑ 尿素水解制氨系统由 1)尿素颗粒储存和溶解系统、2)尿素溶液储存和输送 系统及 3)尿素水解系统组成。

尿素颗粒在尿素溶解罐中配置成约 50%浓度的尿素溶液,随后尿素溶液储存 在尿素溶液储罐中以供电厂使用。 尿素溶液通过泵输送到水解反应器中水解产生 氨气,氨气随后进入氨空气混合器后喷入烟道用作烟气脱硝的还原剂。 尿素水解制氨简要工艺流程如下:

尿素水解制氨系统可以采用单元制布置(一台水解器产氨供一台炉) ,也可 采用公用制布置(一台水解器产氨供多台炉,同时备用一台水解器) 。 目前的尿素水解制氨反应器与传统的技术有较大的差异, 水解反应器运行温 度约为 130~160℃,压力:0.4~0.6MPa。 由于尿素水解制氨系统解决了液氨的装卸、运输、储存等问题,水解器制氨 备案随制随用, 无需储存, 彻底解决了电厂脱硝工程还原剂制备系统的安全隐患 问题。 通过实地考察,国内主要水解反应器供货厂家成都锐思环保公司采用橇装 模块化供货,模块上无转动机械,重要仪表均设置有冗余,实现了全自动控制, 能够很好的跟随机组负荷的响应,运行稳定、可靠。尿素水解制氨系统主要的能 源方式是电厂的辅助蒸汽, 所需要的蒸汽参数为: 压力 0.7MPa, 温度 180℃以上。 通常每台炉需氨量约 200kg/h 的情况下,蒸汽耗量约为 0.8 吨/h。

2.2 尿素热解制氨技术
尿素热解制氨的原理是利用辅助能源(燃油、电加热等)在 650℃温度的热 解炉内,将雾化的尿素溶液直接分解为氨气,其反应方程式为:

CO(NH2)2 → NH3 + HNCO HNCO + H2O → NH3 + CO2 尿素热解制氨系统是由 SNCR 技术发展而来,早期的该项技术主要由美国燃 料公司开发。尿素热解制氨系统由 1)尿素颗粒储存和溶解系统、2)尿素溶液储 存和输送系统及 3)尿素热解系统组成。其中 1) 、2)与尿素水解制氨系统几乎一 致。 尿素热解制氨系统简要工艺流程如下:

尿素热解系统的尿素溶液制备和储存系统几乎和尿素水解一致, 其主要设备 为热解炉。 尿素热解制氨系统只能采用单元制布置 (一台热解炉产氨供一台炉) 。 尿素热解制氨系统的热解炉温度较高, 其温度场前期主要由燃烧柴油等方式 实现,目前国内主要以电加热一次风为主。2015 年改造的高温烟气加热一次风 的方式实际运行效果不理想。 当热解系统采用应用最广的电加热一次风的方式时, 每台炉需氨量约 200kg/h 时,电加热的功率约为 650KW/台炉。

三、应用现状 3.1 尿素热解技术
尿素热解制氨系统是由 SNCR 技术发展而来,早期的该项技术主要由美国燃 料公司开发, 早期主要依赖于进口,国内目前国产的主要供货商为北京洛卡环保 公司,目前该公司已被厦门三维丝公司收购。 其主要优势是美国燃料公司在国内推广应用较早, 目前业绩相对较水解技术 多,国内业绩约 200 余套。目前国内的某些设计院、工程公司在还原剂制备系统

关注较少,对新技术、新知识接触较少,在方案制定阶段主观上更愿意推荐有现 成资料、现成文档、图纸的方案。 其主要缺点是运行物耗、能耗高,因需要采用雾化喷嘴,雾化风消耗大,喷 嘴易堵塞,导致热解炉内结块严重。机组脱硝需氨量越大,相对水解技术年运行 费用相差也就越大,2×660MW 机组年运行费用相对水解技术每年多支出约 500 万元。国内个别电厂出现热解炉及其尾部烟风道燃烧、爆炸等安全事故。

3.2 尿素水解技术
国内首套尿素水解制氨技术于 2011 年 8 月在湖北武汉长源青山电厂 2× 350MW 机组中投产使用,由龙源环保公司实施。国外主要供货商为美国 walhco 公司,国内供货商为成都锐思环保公司,其技术为始于 2009 年的自主研发,目 前该成都锐思环保公司占据国内 80%市场份额。 其主要优势是年运行费用低,主要供货厂家均采用撬装模块化供货,成品质 量高,免维护,现场工期短,自动化程度高。 其主要劣势是其技术 2011 年前主要掌握在国外厂商,进口设备价格较高, 国内公司厂家于 2012 年才有 2×600MW 机组中投运, 国内电厂对水解系统认识度 不高,目前国内应用业绩约 70 余套。

四、投资、运行费用比较 4.1 设备投资、安装费用比较
尿素热解、 水解制氨系统的设备初投资及占地情况二者相当。 由于水解反应 器采用撬装模块化供货,已经机电控一体化集成了,其现场施工安装费用省,工 期短,可以公用制布置,现场费用采用水解技术较热解技术低。

4.2 运行费用比较
以陆丰宝丽华·甲湖湾电厂 4 × 1000MW 机组为例,单台炉的氨耗量约为 210kg/h,采用尿素水解制氨技术和热解制氨技术年运行费用对比如下:
项目 一 1 2 3 二 耗量 原料耗量(t/h) 除盐水耗(t/h) 电耗(kw) 年运行成本 原料费用 辅助蒸汽费用 水费 运行电费 年运行费用合计 1580.0 万 169.8 万 0.3 万 19.8 万 1772.0 万 1755.6 万 22 万 4.6 万 607.6 万 2391.8 万 尿素单价为 1900 元/吨 辅气单价为 80 元/吨 水单价为 5 元/吨 电费为 0.45 元/kwh 1.51 0.1 80 1.68 1.68 2455 热解转化率按 90%计 尿素水解法 尿素热解法 备注

甲湖湾电厂每年(5500 运行小时数)采用尿素水解技术相比采用尿素热解 技术可节约运行费用约为 620 万元/年。

五、结论
尿素水解制氨系统因其安全、稳定、可靠、运行费用低,逐渐成为尿素制氨 系统的主流技术。 目前国内采用尿素热解系统的电厂正在考察更加节能的尿素水

解制氨系统, 部分电厂正在将尿素热解系统改造为尿素水解制氨系统(山西兴能 2×300MW+2×600MW 机组、大唐河南首阳山电厂 2×300MW+2×200MW 等) ,部分 电厂正在调研(大唐山西云冈电厂、国电山西大同二电厂等) 。 陆丰宝丽华甲湖湾电厂脱硝还原剂制备系统,如采用尿素水解制氨系统,在 投资相当, 并保证可用率、 可考虑的前提下, 可节约运行费用约为 620 万元/年, 推荐采用尿素水解制氨技术方案。


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