1、引言

 

随着各火电厂国家重大危险源液氨的取消，尿素逐渐取代液氨作为脱硝还原剂，投资成本最低、运行最稳定的尿素水解技术不断成为各火电厂的首选工艺路线。

 

我公司现有3500MW机组2台，660MW机组2台，脱硝采用SCR还原技术，还原剂采用尿素。水解区设置三台水解器，单台水解器的氨供应出力为950kg/h，满足全厂4台机组100%BMCR工况下的需求。尿素制备区设置两个70立方米的尿素溶解罐，通过气体将尿素颗粒输送到溶解罐，溶于除盐水，制成50%浓度的尿素溶液，通过泵输送到水解器，在提供蒸汽和电能的条件下产生氨。在尿素水解制氨过程中，首先，尿素和水反应产生氨基甲酸铵中间体：NH2CONH2+H2O←→NH2CO2NH4；氨基甲酸铵在反应中进一步分解为氨：NH2CO2NH4←→2NH3+CO2；尿素水解制氨的总反应方式为:NH2CONH2+(1)+x)H2O←→2NH3+CO2+(x)H2O。尿素水解制氨工艺简图如1-1所示。本文重点介绍了尿素水解技术设计中常见问题的解决及其在脱硝系统中的应用。

 

2、尿素水解技术设计中常见问题的解决

 

2.1尿素溶液及产品汽管道腐蚀堵塞问题

 

正常情况下，水解器使用浓度为50%的尿素溶液储存在尿素溶液储罐中。为避免尿素溶液结晶和氨挥发，尿素溶液储罐的温度应保持在42℃左右。尿素溶液通过尿素泵输送到每个在线操作水解器。流体尿素溶液不易结晶，但在极寒天气条件下，尿素输送管道采用铠装伴热保持恒温。不建议使用蒸汽伴热（如蒸汽伴热，伴热温度不应高于42℃），避免尿素溶液输送管道内溶液热解蒸发，导致管道内压力增加。水解器水解氨含量为28.3%的产品蒸汽。在极寒天气条件下，在机组启停初期，会造成产品汽隔离门后管道结晶堵塞。为避免此类问题，首先选择质量较好的隔离阀，每个机组隔离阀应安装在SCR区测量阀组管道上的压力和温度测点。其次，产品汽车管道应采用双母管公用母管，材料应为316L及以上，并一用一备布置。单个产品汽车管道两侧引用两个伴热气源，气源温度不低于130度，以保持机组正常运行所需的最低温度。

 

2.2产品汽管吹扫盲区问题。

 

机组启动初期或停止时，如果不吹扫产品汽车管道，会造成喷氨调门或产品汽车管道结晶堵塞，严重时无法投入脱硝系统。一般来说，产品汽车管道的吹扫气源来自产品汽车管道的伴热气源。伴热气源应来自各机组的辅助汽车，并从SCR区域自上而下设置，最低点设置疏水阀组。一方面防止伴热管道蒸汽冷凝水不能排出，导致终端管道温度低，另一方面提高产品汽车伴热管道气源的可靠性。产品汽车管道在最低点设置清洗管道。产品汽车管道吹扫时，气体通过清洗管道排出，蒸汽吹扫时间不少于1小时。

 

2.3水解器疏水储存及回收问题

 

水解器蒸汽疏水直接疏入疏水箱，会导致疏水温度高。如果不及时补充常温除盐水降温，疏水箱容易超温超压，导致疏水箱变形和基础分离。一方面，通过增加温度测点和补水阀，及时补充常温除盐水，确保疏水箱内部温度不高于85℃。另一方面，疏水箱顶部应设计两根不小于DN150的排气管，防止蒸汽温度高导致水解箱内部超压。如果疏水箱内的水不及时使用，会造成大量除盐水的浪费。一方面，我公司的水解器疏水用于溶解尿素颗粒，既节约了水量，又节约了用水加热溶解尿素颗粒所消耗的电量；另一方面，用于定期切换尿素溶液输送泵时冲洗尿素溶液输送管道，防止尿素溶液在低温环境下结晶。通过这两种方法，水解器的疏水再利用率提高了85%。

 

2.4运行机组SCR区稀释风热源问题

 

机组正常运行时，在产品蒸汽温度不低于150度的情况下，脱硝SCR区采用加热器工艺系统，加热器蒸汽源应为相应机组的高辅助蒸汽源，确保产品蒸汽进入喷氨格栅喷嘴的温度不低于140℃。加热器应采用设备设计，单个加热器充分考虑蒸汽管道的疏水情况，疏水点一般在气源管道水平的最低点。

 

2.5水解器初期产品汽压控制问题

 

我公司2x3500MW，2x6600MW机组SCR公用3台水解器，任何2台及以上机组50%BMCR工作条件下，水解器采用两备一用的运行方式。当水解器退出或投入运行时，SCR区域的氨供应系统会不稳定。水解器投入运行初期，应注入适当的除盐水，并将尿素溶液的50%注入低液位。水解器的热源来自运行机组的辅助蒸汽或冷再气源，压力控制在0.8Mpa，温度控制在170℃。慢慢打开蒸汽侧调节阀，关闭产品蒸汽出口调节阀。当内部温度达到130度以上，压力保持在0.5mpa以上时，慢慢打开氨蒸汽出口调节阀，保持压力稳定。水解器蒸汽源温度严禁超过190℃，避免水解器换热管束因温度过高而破裂。

 

 

3、尿素水解技术运行中遇到的问题解决

 

3.1水解器出力下降问题

 

水解器属于不锈钢压力容器，尿素溶液加热后产生大量腐蚀性气体，特别是当水解器内部温度低于110℃时，会产生强烈的氨基甲酸铵腐蚀性物质。其次，尿素颗粒中混合的不溶性物质也附着在水解器热交换管束周围，导致水解器长期运行时产量下降。在这种情况下，为了增加水解器运行期间的底部污水处理，我公司在线运行水解器污水处理频率为2天/次，污水处理时间不少于10分钟。污水处理后，及时打开蒸汽吹扫废液管道，吹扫时间不少于20分钟，防止尿素溶解结晶。其次，水解器在线运行3月后应及时停止沸腾和清洗，以减少热交换管束表面的不溶性物质，提高水解器热交换管束的热交换效率。

 

3.2脱硝系统产品汽供异常问题

 

通常，尿素溶液通过水解器热解产生的蒸汽压力为0.4Mpa，温度为130度。冬季极寒天气，在相同负荷和入口NOx浓度不变的情况下，SCR区供氨调门开度频繁异常。在这种情况下，我公司供氨调门组采用双向调门设计。正常运行下，旁路调门手动设置10%的开度维持运行，防止产品蒸汽结晶；主路调门设置自动模式，保持机组出口氮氧化物小于50mg/N3。当调门开度异常增加时，应清理调阀内部不溶物，并在供氨阀组处安装铠装伴热，确保SCR区供氨温度不低于130℃。

 

3.3脱硝SCR区喷氨格栅喷嘴堵塞问题

 

正常情况下，脱硝SCR区稀释风热源取自加热器，以提高氨空混合器内部温度，使产品蒸汽进入喷氨格栅喷嘴的温度不低于150℃。当温度低于110度时，产品蒸汽会反向反应产生氨基甲酸铵中间体，具有很强的腐蚀性。一方面会导致氨空混合器内部气体凝结水频繁波动，另一方面会导致氨空混合器喷嘴和脱硝喷氨格栅喷嘴严重堵塞。导致脱硝烟道内氨喷射量不均匀，催化剂脱硝效率降低，氨逃逸增加，导致空气预测器堵塞，腐蚀性气体通过电除尘，导致电除尘板极线包裹灰尘，降低除尘效率。经分析，确保运行机组加热器的最低温度不低于150度。