火电厂脱硝尿素烟气热解、水解工艺对比探讨

火电厂脱硝尿素烟气热解、水解工艺对比探讨

张涛 ,王静娟

新疆华电高昌热电有限公司 838000

摘要：尿素由于运输储存安全方便和对环境无害的特点，成为燃煤电厂SCR烟气脱硝还原剂液氨的可靠替代品.选择合适的尿素制氨技术是SCR烟气脱硝液氨改尿素工程的关键环节.通过工程比对分析采用尿素热解和尿素水解工艺的投资费用和运行成本，探讨分析在火电厂初期投资过程中采用尿素热解和水解工艺差异。

关键词：尿素；热解；水解

1. 前言

《危险化学品重大危险源辨识》（GB 18218—2009）规定氨的贮存量若超过10 t 即成为重大危险源。由于前期大规模火电厂烟气脱硝改造时主要考虑投资和运行成本因素，目前国内大部分火电厂SCR 烟气脱硝采用液氨作为还原剂，而液氨储存量一般按照满足全厂机组满负荷工况运行5~7 天所需进行设计，因此火电厂氨区基本都属于重大危险源。但随着国内电厂对安全工作要求越来越高，部分火电厂需要将烟气脱硝采用液氨更改为尿素，本文针对尿素热解和水解工艺进行对比分析，探讨那种工艺更为经济。

针对火电厂SCR烟气脱硝尿素热解项目，调研了通辽霍林河坑口发电有限责任公司#1锅炉SCR脱硝尿素法热解炉电加热器改造工程、河北大唐国际唐山热电有限责任公司2号机组脱硝尿素热解系统节能升级改造项目，就以上两个项目的调研情况进行分析，同时比选更适合高昌公司的尿素热解脱硝方案。

2. 尿素水解与尿素热解工艺介绍

2.1 脱硝还原剂制备主要工艺介绍

目前燃煤电厂脱硝还原剂制备主要有液氨、尿素热解、尿素水解三种工艺。本工程环评报告中明确采用尿素制氨工艺。在此仅对尿素水解及尿素热解两种工艺进行比较分析。

2.2.水解系统

尿素水解系统有意大利Siirtec Nigi公司的Ammogen工艺和美国Wahlco公司及Hamon公司的U2A工艺。目前国内尚无Ammogen水解系统使用业绩，而U2A水解工艺国内已有电厂开始采用，如国电青山电厂、云南宣威电厂有采用美国walhco公司的U2A尿素水解工艺。典型的尿素水解制氨系统如下图所示：

尿素颗粒加入到溶解罐，用去离子水将其溶解成质量浓度为40%—60%的尿素溶液，通过溶解泵输送到储罐；之后尿素溶液经给料泵、计量与分配装置进入尿素水解制氨反应器，在反应器中尿素水解生成NH3、H2O和CO2，产物经由氨喷射系统进入SCR脱硝系统。其化学反应式为：

CO(NH2)2 + H2O  NH2-COO-NH4 2NH3 ↑+ CO2↑

尿素水解制氨系统主要设备有尿素溶解罐、尿素溶解泵、尿素溶液储罐、尿素溶液给料泵以及尿素水解制氨模块等。

2.3热解系统

目前尿素热解制氨工艺主要有：美国燃料公司的NOx OUT ULTRA技术，为尿素热解技术的研发者，另外还有奥地利Envigry公司的高温空气加热技术。美国Fuel Tech公司的NOx OUT ULTRA®工艺，其在中国设立了子公司，即北京福泰克。国内有众多业绩，有包括广州珠江电厂4×300MW、广东粤华发电有限公司2×300MW、华能玉环电厂4×1000MW机组等70多个项目130多台机组上成功应用。

尿素热解法制氨系统主要设备包括尿素溶解罐、尿素溶解泵、尿素溶液储罐、供液泵、计量和分配装置、背压控制阀、绝热分解室（内含喷射器）、电加热器及控制装置等。

典型尿素热解制氨工艺系统如下图所示：

储存于储仓的尿素颗粒由螺旋给料机输送到溶解罐，用去离子水溶解成质量浓度为

40%～55%的尿素溶液，通过给料泵输送到储罐；之后尿素溶液经给料泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入高温分解室，在350℃～650℃分解生成NH3、H2O和CO2，分解产物经氨喷射系统进入SCR系统。

其化学反应方程式：

CO(NH2)2 → NH3 + HNCO

HNCO + H2O → NH3 + CO2

3.调研代表企业运行情况说明

3.1霍林河坑口发电有限责任公司尿素热解项目简介

公司成立于2005年3月3日是蒙东能源的大型发电企业，厂址位于科尔沁草原南段的霍林格勒市南段，距离市中心2.8km公司规划装机容量为4×660MW直接空冷机组，一期2×660MW机组于2008年7月18日和2008年7月23日通过168小时试运，投入商业运行。  

烟气脱硝改造工程采用SCR工艺，还原剂制备方式为尿素热解，电厂2#机组脱硝装置已更改为尿素水解工艺。

3.2大唐唐山热电厂尿素热解项目简介

本项目由北京洛卡环保技术有限公司总承包，原采用尿素热解制氨SCR脱硝工艺，本工程改造旁路直喷热解制氨取代原热解炉系统达到节能效果，旁路烟道不仅能满足尿素热解还应能满足50%负荷时脱硝反应器入口烟温由292℃升至305℃的要求。加装旁路烟道，设置旁路烟道调整门。

将高温烟气从再热器入口烟道取出，然后通过高温烟气旁路进入SCR反应器入口烟道内。将尿素溶液直接喷射到取出的高温旁路烟道中，利用高温烟气的热量对尿素溶液进行加热分解，消除了传统尿素热解技术消耗大量高品质能源（电）的弊端。

    当锅炉处于低负荷运行，SCR反应器入口温度低于催化剂的使用温度时，可以增大高温烟气的抽取量，通过抽取较高温度烟气与省煤器出口的低温烟气混合，使低负荷时SCR入口处烟气温度达到最低喷氨温度要求。

3.3技术因素对比表

3.4经济性对比

尿素热解系统总价格约450万元/套（北京洛卡报价），两台热解炉系统约900万（不含尿素溶液制备系统）；尿素水解系统的报价单台为900万元（新叶能源报价），两台炉约需要1400万元。

尿素水解需要消耗的蒸汽及除盐水，烟气热解需要抽取部分锅炉烟气，锅炉效率略有下降。

以下对业绩较多的新叶能源水解系统和北京洛卡环保烟气热解系统做投资和运行成本对比：

两台机组（2×500kg/h）投资成本对比表

两台机组（2×500kg/h）运行成本对比表

综合计算初建费用尿素烟气热解比水解低500万元，但年运行费用较水解高152万元。

4.调研论证结果

通过调研和与各方交流，并对两种工艺做技术、经济和市场比较，对脱硝还原剂制备工艺的调研论证结果如下：

4.1.技术方面：尿素催化水解和尿素烟气热解工艺均能满足锅炉脱硝系统运行需要，烟气经两种工艺处理后均能达到氮氧化物小于50㎎/Nm3的排放要求；尿素水解工艺，存在压力容器，并对设备材质、防腐要求较高；尿素烟气热解工艺无压力容器，对设备材质、防腐要求低。

4.2.经济方面：尿素水解初投资较烟气热解高约500万元，尿素烟气热解工艺年运行成本较水解高约158万。

4.3.市场方面：尿素催化水解技术在国内应用较晚，且国内拥有尿素催化水解技术的厂家只有一家，新叶能源；尿素热解技术在国内应用较早，拥有热解技术的厂家有4家，业绩较多，但拥有烟气热解技术只有一家，目前投运的厂家仅有一家，运行时间不到一年，和设备上存在的问题还未经时间充分检验验证。

     综上所述，两种技术均能满足生产需要，但尿素水解每年可节约大量运行费用，因此建议本工程采用尿素水解工艺。

作者简介 姓名：张涛 出生月年：1981.2 性别：男、民族：汉、籍贯：河南 毕业学校：长沙理工大学 学位：工学学士 职称：高级工程师