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火电厂尿素水解系统与液氨系统的区别


电力产业网获悉:随着全球经济的高速发展,煤的开发利用已经给环境带来了严重污染,特别是燃煤电厂锅炉排放大量的硫氧化物和氮氧化物更进一步加剧了环境恶化。我国是以燃煤发电为主的发展中国家,伴随着发电行业的快速发展,燃煤电厂NOx的排放迅速增加。2011 年9 月21 日,《火电厂大气污染物排放标准》正式出台。对NOx 污染物排放标准提出了更加严格的要求。因此,近年来,国内火电厂增加脱硝工程,在此之前脱销还原剂采用传统的液氨制备,如今也正有被采用更安全的尿素制备所取代的趋势。

目前控制氮氧化物排放的主流技术主要是选择性催化还原法(SCR),SCR主要的反应原理是利用还原剂氨在适当温度下和烟气中的NOX反生化学反应,以去除烟气中的氮氧化物。目前,SCR脱硝系统的还原剂有三种:液氨、氨水和尿素。其中最常用的是液氨和尿素。

由于液氨是危险化学品受到越来越严格的监管,从运输、储存、到使用,有许多严格的限制,而且各地不时发生的液氨泄漏和交通事故也让用户对它敬而远之,在人口密集、和靠近饮用水源的大城市和地区,越来越多的电厂脱硝系统开始倾向于选用安全的尿素作为还原剂。

作为无危险的制氨原料,尿素具有与液氨相同的脱硝性能,完全没有危险和法规限制,可以方便的被运输、储存和使用。本文将从还原剂的特性、技术、经济、安全等方面对液氨和尿素作为SCR脱硝系统还原剂进行分析和对比。

1、还原剂为液氨和尿素的基本特性

比较SCR 技术是还原剂(NH3、尿素)在催化剂作用下,选择性地与NOx 反应生成N2和H2O,而不是被O2所氧化,故称为“选择性”。

主要反应如下:

NO + NO2 + 2NH3→2N2 + 3H2O

4NO + 4NH3 + O2→4N2 + 6H2O

1.1 液氨的基本特性

(1)氨为无色气体,有刺激性恶臭味。

(2)氨气与空气会形成爆炸性混合物,在浓度为16% ~ 25%时,明火会产生爆炸。

(3)氨是有毒物质,为GB12268 - 90 规定的危险品,会导致人急、慢性中毒,严重时可致人死亡。储存量超过40 t,则属于重大危险源,被纳入国家安全监察机构重点监控范围。

(4)液氨的运输与储存有严格的标准规定,这使得液氨的运输费用很高。液氨储罐与周围的道路、厂房、建筑等的防火间距不允许少于15 m。

1.2 尿素的特性

尿素是白色或浅黄色的结晶体,易溶于水,在高温(350 ~ 650 ℃)下可完全分解为NH3。因尿素在运输、储存中无需安全及危险性的考虑,从本世纪初开始,尿素越来越多的应用于SCR 系统,并逐渐引领SCR 领域的潮流。

2技术方面对比

2.1 选用尿素作为SCR系统的还原剂,目前国内主要采用尿素热解的方法来制取NH3。很少采用尿素水解法。尿素热解法为美国燃料技术公司特有的制氨方法。

工艺流程为袋装尿素储存于干尿素储藏间,由斗式提升机输送到溶解罐里,用去离子水将干尿素溶解成50~60%质量浓度的尿素溶液,通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐;尿素溶液经由循环/传输装置、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室,从锅炉空气预热器抽取的一次风进入电加热装置加热后进入热解室。雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解,生成SCR脱硝系统所需的还原剂NH3,分解产物经由氨喷射系统(AIG)进入烟气脱硝系统。

还原剂采用尿素热解法制氨系统包括:干尿素储藏间、斗式提升机、尿素溶解罐、尿素溶液给料泵、尿素溶液储罐、循环/传输装置、计量和分配装置、背压控制阀、绝热分解室(内含喷射器)、电加热装置及控制装置等。

2.2 选用液氨作为还原剂时,其工艺流程为液氨储存和供应系统包括液氨卸料压缩机、液氨储槽、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽及氨气稀释槽、废水泵、废水池等。液氨的供应由液氨槽车运送,利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入液氨储槽内,储槽输出的液氨在液氨蒸发槽内蒸发为氨气,经氨气缓冲槽送达脱硝系统。氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释槽中,经水的吸收排入废水池,再经由废水泵送至废水处理厂处理。

还原剂采用液氨法制氨系统包括:脱硝剂储存、制备、供应系统包括液氨卸料压缩机、储氨罐、液氨蒸发罐、氨气缓冲罐、氨气吸收罐、废水泵、废水池等。此套系统提供氨气供脱硝反应使用。

3 经济性比较

在前期投资中,液氨系统较尿素系统投资较低,但从占地面积看,由于液氨属于危化品,液氨储罐需要额外的占地,尿素系统只需300m2,而液氨系统需要3000m2;尿素系统的年运行费用远高于液氨系统,系统维护简单。

由于液氨属于危险化学品,在建设项目安全许可工作的各个审查阶段,要分别通过十数个审查报告,这些阶段耗时费力,将对工期造成重大影响。尿素热解系统在审批、占地、工期等各方面均具有明显的优势,正成为脱硝还原剂的首选。

4 安全方面

液氨,无色气体,有刺激性恶臭味,是有毒物质,具有腐蚀性,为GB12268-90规定之危险品,危险物编号23003。根据我国《危险化学物品名表》(GB12268-90)和《重大危险源辨识》(GB18218-2000)的有关规定,液氨、氨水构成危险货物,液氨在储存场所超过10吨时构成重大危险源。氨储存和制备系统应遵循相应的安全规范。

与液氨相比,尿素是无毒、无害的化学品,是农业常用的肥料,无爆炸可能性,完全没有危险性。尿素在运输、储存中无需安全及危险性的考量,更不须任何的紧急程序来确保安全。并且中国是全球最大的尿素生产国,可以方便的就近采购。

结语

根据上述分析,液氨和尿素的制备工艺都是很成熟的技术,采用尿素热解法工艺系统初期投资偏高,设备较复杂,运行费用较高、占地面积小,审批耗时短,工期短,运输、储存中安全性高,能够确保电厂脱硝系统长期安全运行,在越来越重视安全问题的背景下,正在成为脱硝还原剂的首选。来源:电力设备  黄保桦


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