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尿素热解技术在火电厂烟气脱硝工程中的应用


尿素热解技术在火电厂烟气脱硝工程中的应用 摘要: 本论文对火电厂烟气中氮氧化物减排重要性进行了简单描述; 对国际、 国内脱硝市场不同工艺对比加以介绍; 详细介绍以尿素热解制备还原剂的工艺的 优点及适用范围;以工程实例介绍尿素热解工艺。 关键词:烟气脱硝 尿素热解制备还原剂 工程实例介绍 1、我国的 NOx 污染 氮氧化物是大气主要污染物之一。通常所说的氮氧化物 NOx 有多种不同形 式:如 N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4 和 N2O5,其中 NO 和 NO2 是重要的 大气污染物。我国氮氧化物的排放量中 70%来自于煤炭的直接燃烧,电力工业 又是我国的燃煤大户,因此火力发电厂是 NOx 排放的主要来源之一。 控制 NOX 排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类,一次措施是通 过各种技术手段降低燃烧过程中的 NOX 生成量(如采用低氮燃烧器) ;二次措 施是将已经生成的 NOX 通过技术手段从烟气中脱除(如 SCR) 。 烟气脱硝是目前发达国家普遍采用的减少 NOX 排放的方法,应用较多的有 选择性催化还原法(SCR) 、选择性非催化还原法(SNCR) 。SCR 的脱硝率较高, SCR 的发明权属于美国,而日本率先于 20 世纪 70 年代实现其商业化应用。目 前该技术在发达国家已经得到了比较广泛的应用。 日本有 93%以上的烟气脱硝采 用 SCR,运行装置超过 300 套。我国电厂普遍采用 SCR 技术进行脱硝。 近年来, 我国新建大型燃煤机组均按要求同步采用了低氮燃烧方式,并在环 境敏感地区开始建设烟气脱硝装置。 一批现有火电厂结合技术改造安装了低氮燃 烧器和 SCR 反应器,以实现国家环保局对 NOX 大气排放的要求。 2、脱硝还原剂的研究 SNCR 和 SCR 脱硝反应都是选择了氨气(反应式 NH3) ,产生 NH3 的物质 被称为脱硝还原剂,现在主要有有三种:即液氨、氨水、尿素。下面分别做以介 绍,并比较出各种的优缺点。 ⑴ 以液氨为还原剂的 SCR 脱硝工艺 系统由催化反应器、 氨储存及供应系统、氨喷射系统及相关的测试控制系统 等组成。 简易流程如图 1--液氨作为还原剂的 SCR 脱硝工艺流程液氨由槽车运送 至液氨储罐, 液氨储罐输出的液氨在蒸发器内蒸发为氨气,氨气经加热至常温后 送至缓冲罐备用。 氨气缓冲罐中的氨气送至脱硝反应器区域,与稀释风机送来的 空气混合成氨气体积含量为 5%的混合气体,通过喷氨格栅的喷嘴喷入烟气中, 然后氨气与 NOX 在催化剂的作用下发生氧化还原反应,生成 N2 和 H2O。 ⑵ 以尿素为还原剂的 SCR 脱硝工艺 与液氨不同, 利用尿素作为脱硝还原剂是需要利用专门的热解装置将尿素转 化为氨气,之后输送至 SCR 反应器。 尿素热解法制氨是将尿素在尿素溶解器中溶解为 50%的溶液, 然后将尿素溶 液注入分解室,在 0.31~0.52MPa,343~454℃条件下,尿素首先分解成异氰酸 和氨气,异氰酸再分解为氨气和二氧化碳,反应式如下: CO(NH2)2 NH3 + HNCO HNCO+ H2ONH3 + CO2 分解室提供尿素分解所需要的混合时间、停留时间以及温度,分解出来的氨 基产物作为 SCR 脱硝反应的还原剂,在催化剂的作用下发生化学反应生成 N2 和 H2O。 ⑶ 以氨水为还原剂的 SCR 脱硝工艺 用氨水作为还原剂时, 可以在安全方面较无水液氨得到较大改善。氨水储罐 可以设计成非耐压型的锥顶罐, 与无水液氨的耐压储罐相比, 可以节约大量费用。 同时由于氨水上方 NH3 的蒸汽压力

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