國(guó)產(chǎn)尿素水解制氨成套裝置儀控設(shè)計(jì)

張覺(jué)莉

摘 要：根據(jù)我國(guó)尿素水解制氨技術(shù)的發(fā)展，本人旨要探討尿素水解制氨技術(shù)，儀表選型及控制設(shè)計(jì)，按照實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)證明，供大家參考。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠 脫硝 尿素水解制氨 儀表 控制

中圖分類(lèi)號(hào)：X5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（c）-0093-01

隨著國(guó)家對(duì)電站煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，煙氣脫硝工程列入了“十二五”的發(fā)展規(guī)劃（以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)劃）。規(guī)劃中把氮氧化物的總量控制工作提上日程，強(qiáng)調(diào)“繼續(xù)開(kāi)展氮氧化物控制研究，加快氮氧化物控制技術(shù)開(kāi)發(fā)與示范，為實(shí)施總量控制創(chuàng)造條件”。而作為脫硝還原劑液氨的運(yùn)用由于受到安全、地域等因素的限制，尿素水解制氨技術(shù)逐漸受到青睞。從對(duì)國(guó)外目前所發(fā)展的幾種尿素水解制氨技術(shù)來(lái)分析，該技術(shù)化學(xué)反應(yīng)快、負(fù)荷跟蹤能力強(qiáng)、原料適應(yīng)力強(qiáng)，是一種很引人去探討的尿素制氨技術(shù)。大型燃煤電廠煙氣脫硝用尿素水解制氨技術(shù)及成套裝置是國(guó)家科技部批復(fù)的高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）配套研發(fā)項(xiàng)目，2013年也已列入了中電聯(lián)節(jié)能環(huán)保分會(huì)第一批節(jié)能環(huán)保推廣應(yīng)用課題計(jì)劃項(xiàng)目。

1 水解原理

尿素具有水解效果，在一定的溫度條件下能水解生成氨和二氧化碳。化學(xué)反應(yīng)式：NH2CONH2+H2O→NH2COONH4，NH2COONH4→2NH3+CO2

2 國(guó)產(chǎn)尿素水解制氨系統(tǒng)成套裝置的特點(diǎn)

（1）采用尿素作為煙氣脫硝還原劑的氨源、利用電廠輔汽作為熱源，就地將尿素溶液轉(zhuǎn)化成為脫硝所需要的還原劑氨氣。解決了采用液氨工藝的原材料運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用的安全問(wèn)題，也解決了采用尿素?zé)峤夤に嚨母吣芎?、高物耗?wèn)題。

（2）經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、中式縮小裝置試驗(yàn)到大型燃煤機(jī)組實(shí)際運(yùn)行三個(gè)階段，運(yùn)行可靠。

（3）解決了傳統(tǒng)尿素水解制氨工藝的堵塞、腐蝕和跟隨機(jī)組響應(yīng)等關(guān)鍵問(wèn)題。

（4）解決了以前國(guó)外企業(yè)壟斷該技術(shù)，轉(zhuǎn)讓技術(shù)費(fèi)高，脫硝的成本高，缺乏對(duì)脫硝核心技術(shù)掌握的問(wèn)題。

3 尿素水解制氨系統(tǒng)成套裝置儀表選型及控制設(shè)計(jì)

3.1 儀表選型

基于尿素水解系統(tǒng)的特點(diǎn)：高溫、易堵塞、易腐蝕，結(jié)合系統(tǒng)需要和使用條件，儀表選型均選用具有類(lèi)似工況使用經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品，并考慮經(jīng)濟(jì)可靠、實(shí)用、先進(jìn)。與介質(zhì)接觸的儀表部件采用適合于工作環(huán)境的材質(zhì)。所有顯示儀表刻度單位應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工程計(jì)量單位。

3.1.1 料位儀表

水解器本體內(nèi)待水解的尿素溶液液位測(cè)量采用桿式導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)，避免罐內(nèi)沸騰、泡沫對(duì)液位測(cè)量產(chǎn)生影響。同時(shí)配套二次顯示儀表，安裝在罐側(cè)，便于就地觀測(cè)。

3.1.2 溫度儀表

遠(yuǎn)傳溫度測(cè)量選擇雙支熱電阻（PT100），就地溫度顯示采用雙金屬溫度計(jì)。為保證密封性，連接方式采用法蘭式，并采用了適合高溫環(huán)境的柔性石墨作為密封墊片。

3.1.3 壓力儀表

壓力變送器采用進(jìn)口智能式變送器，輸出4～20 mA（兩線制）。壓力表采用不銹鋼壓力表，與介質(zhì)接觸的部件采用316L材質(zhì)?？紤]到尿素介質(zhì)易堵塞易結(jié)晶的特點(diǎn)，尿素介質(zhì)的壓力測(cè)量均采用法蘭式隔膜取壓，并設(shè)計(jì)有沖洗接口。

3.2 控制設(shè)計(jì)

3.2.1 啟動(dòng)

初次冷啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)向容器內(nèi)加入50%的脫鹽水和50%的稀釋尿素溶液，直至液面超過(guò)管束高度（目標(biāo)液位）。填料完畢后將啟動(dòng)預(yù)熱程序。先將尿素溶液加熱至略低于尿素反應(yīng)臨界溫度值的狀態(tài)，大約115.6 ℃。當(dāng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為“噴氨”狀態(tài)，更多的蒸汽氣流通過(guò)管束，尿素被水解為氨基甲酸銨，隨后氨基甲酸銨再分解成氨氣和二氧化碳。

3.2.2 正常操作

尿素水解反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)，因此需要輸入熱量（低壓蒸汽）以產(chǎn)生氨氣隨著產(chǎn)品氣從水解器中產(chǎn)出，調(diào)整輸入水解器的熱量以維持壓力在設(shè)定值。一般為0.55 Mpa。為維持設(shè)定壓力值，溫度相應(yīng)地變化。根據(jù)水解器中的壓力變化，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱蒸汽流或出水解器氨蒸氣流量使氣壓維持在設(shè)定值。

3.2.3 負(fù)荷變化

因?yàn)樵谠撨^(guò)程中尿素溶液被消耗，所以水解器內(nèi)的液位將在控制程序下由稀釋的尿素溶液來(lái)補(bǔ)充，維持在目標(biāo)液位。如果水解器處于準(zhǔn)備噴氨狀態(tài)而不是噴氨狀態(tài)，控制系統(tǒng)將把水解器壓力值控制在0.45 Mpa。為了保持壓力值處于0.45 Mpa，溫度高低可以為任意值。

3.2.4 停車(chē)操作

正常停車(chē)過(guò)程中，尿素溶液繼續(xù)進(jìn)料，熱量輸入停止。水解器的余熱繼續(xù)產(chǎn)生氨氣、二氧化碳和水蒸氣，由工藝排放。當(dāng)水解器溫度下降到93 ℃時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。如果需要進(jìn)一步的停機(jī)或者維修，則沖入除鹽水。如緊急停車(chē)，水解器停止供熱、供料，產(chǎn)品氣出口閥關(guān)閉。如果此時(shí)水解器壓力高，將啟用氨蒸汽回流和緊急冷卻的預(yù)防手段。

4 國(guó)產(chǎn)尿素水解法制氨技術(shù)及成套裝置的成就

該項(xiàng)技術(shù)及其成套裝置的研發(fā)歷時(shí)5年，經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、中式縮小裝置試驗(yàn)到大型燃煤機(jī)組實(shí)際運(yùn)行三個(gè)階段。2013年3月，由中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)在成都主持召開(kāi)了“煙氣脫硝用尿素水解制氨技術(shù)及其成套裝置在大型燃煤電廠應(yīng)用”的專(zhuān)家評(píng)審會(huì)。與會(huì)專(zhuān)家對(duì)該項(xiàng)技術(shù)及其成套裝置的投運(yùn)情況給予了高度肯定。

5 結(jié)論

尿素水解技術(shù)是國(guó)內(nèi)外重要的尿素制氨技術(shù)，從對(duì)國(guó)外目前所發(fā)展的幾種尿素水解制氨技術(shù)來(lái)分析，該技術(shù)化學(xué)反應(yīng)快、負(fù)荷跟蹤能力強(qiáng)、原料適應(yīng)力強(qiáng)，是一種很引人去探討的尿素制氨技術(shù)。開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效尿素水解制氨技術(shù)及其成套裝置對(duì)促進(jìn)環(huán)保事業(yè)的可持續(xù)、協(xié)調(diào)發(fā)展都具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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