PDF《尿素制氨机理及影响因素分析》

50 mg/m3 以下,这对 脱硝技术提出了更严格的要求[1] .

102 热力发电2019 年http://www.rlfd.com.cn 选择性催化还原 (SCR) 脱硝技术因效率较高, 在国内外得到广泛应用[2-3] .SCR 脱硝技术的还原 剂NH3 可以由氨水、液氨和尿素制取,而使用尿素 是最安全的制氨技术.目前,尿素制氨技术主要分 为尿素热解和水解

2 种[4] . 尿素热解技术比较成熟, 而水解技术起步较晚,在许多发电厂尚未得到广泛 应用.惠润堂等[5] 以国电内蒙古东胜热电厂的尿素 水解装置为例,介绍了国产尿素制氨系统的特点及 运行问题. Sahu J N 等[6-8] 利用半间歇反应器对尿素 水解反应进行了实验研究,得到了反应时间、温度 及搅拌速度对氨气产量的影响. 姚宣等[9]分析了尿 素水解装置的运行特点,拟合了 120~180 ℃、 0.3~0.8 MPa 操作条件下的水解反应动力学关系式. Aspen Plus 是大型的化工系统模拟软件,可用 于各种操作过程的模拟,已有学者利用 Aspen Plus 软件研究尿素制氨过程.张向宇等[10] 利用 Aspen Plus 软件中的 UNIQUAC 模型模拟尿素进料质量分 数对尿素水解体系的影响.杨双桥等[11] 利用 Aspen Plus 软件分别建立了尿素热解和水解系统的模型, 但选用的 RStoic(化学计量反应器)模块不能对反 应的动力学过程进行模拟. 本文利用 Aspen Plus 软件中的 RCSTR (全混釜 反应器)模块对反应的动力学过程进行模拟,针对 某电厂

300 MW 机组采用尿素热解和水解

2 种方案 制氨进行了对比, 并分析了发电厂 SCR 脱硝系统中 尿素水解法的尿素进料质量分数、反应温度及压力 对水解产物的影响,得到了适合工程条件下的使用 参数,对同类工程有指导作用.

1 研究对象 大唐武汉某热电厂

1 台300 MW 机组的额定蒸 发量为

1 100 t/h,采用亚临界、一次中间再热的单 炉膛燃煤锅炉,在锅炉最大工况(BMCR) 、燃用设 计煤种的条件下,其SCR 脱硝系统入口烟气量为

1 193

625 m3 /h(标况,下同) ,入口 NOx 质量浓度为

400 mg/m3 ,脱硝系统 NOx 脱除率大于 90%,年运 行小时数为

5 000 h. SCR 脱硝反应器出口 NOx 质量 浓度按

40 mg/m3 计,需要消耗氨气量可用下式[12] 计算: (1) (2) (3) 式中:ΔQNOx 为NOx 去除量,mg/m3 ;

qm,NH3 为NH3 质量流量, kg/h;

qm,CO(NH2)2 为纯尿素质量流量, kg/h;

n 为氨氮摩尔比,此处取 0.9;

Q 为SCR 脱硝系统 入口烟气流量, m3 /h;

MNO、 、 和 分别为 NO、NO

2、NH3 和尿素摩尔质量;

η 为NOx 中NO 的体积分数. 由式(1)―式(3)计算得到该电厂 BMCR 工况下 脱硝需要纯尿素为

281 kg/h.

2 尿素制氨机理及系统模拟 2.1 尿素热解制氨 该电厂现采用尿素热解制氨工艺,热解流程如 图1所示.尿素颗粒在溶解罐中溶解成质量分数 40%~60%的溶液,然后被溶解泵送至尿素储罐中. 为防止结晶,尿素溶解罐和尿素储罐由锅炉抽出的 饱和蒸汽进行伴热,保持温度约为

40 ℃.利用电 加热器将空气预热器出口约

300 ℃的热一次风升 温至

650 ℃.经计量分配,尿素溶液与高温稀释风 送入热解炉发生反应,反应后热解炉出口的氨气空 气混合气中氨气的体积分数小于 5%,可直接进入 SCR 反应器脱硝. 图1尿素热解系统流程 Fig.1 Schematic diagram of the urea pyrolysis system 第2期王晓宁 等 尿素制氨机理及影响因素分析

103 http://www.rlfd.com.cn 热解炉中的反应分