燃煤電站SCR系統(tǒng)尿素?zé)峤夂痛呋獾哪芎?/h1>
2016-04-14 02:27:02段傳和李春雨谷小兵
電力科技與環(huán)保 2016年1期
段傳和，李春雨，谷小兵
(1.中國大唐集團公司，北京 100033;2.大唐科技產(chǎn)業(yè)集團公司，北京 100097)
燃煤電站SCR系統(tǒng)尿素?zé)峤夂痛呋獾哪芎?/p>
段傳和1，李春雨2，谷小兵2
(1.中國大唐集團公司，北京 100033;2.大唐科技產(chǎn)業(yè)集團公司，北京 100097)
介紹了在燃煤電站SCR工程中常用的尿素?zé)峤馀c催化水解工藝，以某300MW燃煤電站SCR工程為例，對比分析了兩種工藝的標(biāo)煤能耗情況。結(jié)果表明，尿素催化水解技術(shù)方案的折算標(biāo)煤耗最低。從綜合節(jié)能的角度出發(fā)，在燃煤電站SCR的尿素制氨工藝方面，以尿素的催化水解制氨為最佳。
SCR;尿素;熱解;催化水解;能耗
1 SCR技術(shù)與還原劑［1］
目前燃煤電站SCR脫硝工藝中，直接參加化學(xué)反應(yīng)的是氨，氨可通過液氨、氨水氣化直接制取或者通過尿素(催化)水解、熱解尿素制取氨氣由直接法和間接法制備方法。以液氨、氨水和尿素等獲取氨的SCR系統(tǒng)在工程中都有成熟的運行業(yè)績，其中液氨和尿素獲取氨氣的工程業(yè)績較多，但以液氨系統(tǒng)的投資、能耗和使用成本為三者最低。由于液氨屬于易燃易爆物品，必須有嚴(yán)格的安全保證和防火措施，其運輸、存儲涉及到當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)和勞動衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，故一些電站選擇了以尿素為原料。
2 尿素催化水解與熱解的制氨工藝流程［2］
2.1 尿素催化水解法制氨工藝
水解尿素制取氨氣的工藝流程如下:需要水解時，將儲存在尿素溶液罐內(nèi)濃度～50℃、～50% 的尿素溶液，經(jīng)輸送泵加壓后輸送至水解反應(yīng)裝置內(nèi)，經(jīng)合適溫度與壓力加熱蒸汽的加熱后在分解室內(nèi)分解生成NH3和CO2，水解化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
根據(jù)蒸汽是否與尿素溶液直接接觸，尿素水解蒸汽加熱方式分為直接加熱和間接加熱兩種。
2.2 熱解法制氨工藝
熱解尿素制取氨氣的工藝流程如下:需要熱解時，將儲存在尿素溶液罐內(nèi)濃度～50℃、～50%的尿素溶液，輸送泵加壓后、經(jīng)計量及分配裝置、霧化噴嘴等進入絕熱分解爐，借助外部熱源，霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內(nèi)在所要求的溫度下(450℃ ～600℃)分解，生成的分解產(chǎn)物為NH3和CO2，分解產(chǎn)物經(jīng)由氨噴射系統(tǒng)進入脫硝煙道，熱解爐需提供足夠的停留時間以確保尿素到氨的100%轉(zhuǎn)化率。根據(jù)工程的實際，外部熱源可利用柴油、燃氣、電加熱器、高溫?zé)煔?、高溫蒸汽等作為熱源?/p>
尿素水解和熱解的原理、熱源有所不同，由于催化水解和熱解對鍋爐負荷的響應(yīng)較快，在工程中逐步得到推廣應(yīng)用，以下將以某300MW燃煤SCR脫硝系統(tǒng)為例，對其能耗情況進行對比分析。
3 尿素催化水解與熱解的制氨能耗
3.1 某300MW工程SCR系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)
該案例工程的SCR系統(tǒng)擬采用尿素制氨作為還原劑，稀釋風(fēng)來源于熱一次風(fēng)，尿素制氨擬采用催化水解、高溫?zé)煔鉄峤夂碗娂訜崞鳛楹蜻x方案。工程的相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。
表1 某300MW工程SCR系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)
3.2 尿素?zé)峤夂退饽芎暮怂?/p>
圖1中(a)、(b)、(c)分別為尿素電加熱熱解、高溫?zé)煔鉄峤夂痛呋庋b置的物質(zhì)和能量計算模型和相關(guān)計算參數(shù)。由于熱解后的混合氣體溫度為360℃，水解出口混合氣溫度較低，為較好的對比分析，水解裝置出口混合氣體如升溫到360℃，外需19.4 kg/h的折合標(biāo)煤，詳見圖1(c)。設(shè)計工況下，三種技術(shù)方案的技術(shù)參數(shù)及能耗見表2。
表2 尿素?zé)峤夂退饨橘|(zhì)參數(shù)與能耗核算(設(shè)計工況)
表2中，計算能量消耗量的數(shù)值是考慮了發(fā)電效率、燃燒效率、鍋爐效率等因素的實際工程計算值。相關(guān)換熱器的效率按100%考慮，機組年利用小時數(shù)為5000 h，標(biāo)煤單價為550元/t。
圖1 SCR尿素制氨物質(zhì)和能量計算模型和相關(guān)計算參數(shù)
4 結(jié)語
通過案例工程三種熱源尿素制氨的能耗核算可以看出，電加熱熱解技術(shù)方案折算標(biāo)煤耗最高;高溫?zé)煔鉄峤庵瓢闭鬯銟?biāo)煤耗次之;尿素催化水解技術(shù)方案折算標(biāo)煤耗最低。因此在燃煤電站SCR系統(tǒng)中的尿素制氨技術(shù)選擇方面，以尿素水解制氨為最佳，其次為尿素高溫?zé)煔鉄峤庵瓢薄?/p>
［1］夏懷祥，段傳和，等.選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝［M］.北京:中國電力版社，2012.
［2］段傳和，谷小兵.燃煤電站SCR煙氣脫硝還原劑尿素?zé)峤鉄嵩吹倪x擇［J］.電力科技與環(huán)保，2012，28(4):34－36.
Energy consumption of Pyrolysis and catalytic hydrolysis of urea SCR system in coal－fired power station
The decomposition of urea into ammonia technologies(pyrolysis and catalytic－h(huán)ydrolysis)are introduced，used for coal－fired power plants SCR.A case study of a 300MW coal－fired power station SCR project，comp leted the pyrolysis and catalytic hydrolysis of urea comparative analysis of standard coal consumption.Results showed that the conversion of urea hydrolysis technology standard coal consum ption m inimum.From the perspective of integrated energy－saving，catalytic hydrolysis of urea ammonia is the best，ammonia urea in coal－fired power station SCR system technology.
SCR;urea;pyrolysis;catalytic－h(huán)ydrolyzation;energy consumption
X701.7
:B
:1674－8069(2016)01－017－02
2015-09-17;
:2015-11-23
段傳和(1968-)，男，河南羅山人，高級工程師，主要從事燃煤電站環(huán)保和合同能源管理。E－mail:duanch@cdte.com.cn
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燃煤電站SCR系統(tǒng)尿素?zé)峤夂痛呋獾哪芎?/p>
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(1.中國大唐集團公司，北京 100033;2.大唐科技產(chǎn)業(yè)集團公司，北京 100097)
介紹了在燃煤電站SCR工程中常用的尿素?zé)峤馀c催化水解工藝，以某300MW燃煤電站SCR工程為例，對比分析了兩種工藝的標(biāo)煤能耗情況。結(jié)果表明，尿素催化水解技術(shù)方案的折算標(biāo)煤耗最低。從綜合節(jié)能的角度出發(fā)，在燃煤電站SCR的尿素制氨工藝方面，以尿素的催化水解制氨為最佳。
SCR;尿素;熱解;催化水解;能耗
1 SCR技術(shù)與還原劑［1］
目前燃煤電站SCR脫硝工藝中，直接參加化學(xué)反應(yīng)的是氨，氨可通過液氨、氨水氣化直接制取或者通過尿素(催化)水解、熱解尿素制取氨氣由直接法和間接法制備方法。以液氨、氨水和尿素等獲取氨的SCR系統(tǒng)在工程中都有成熟的運行業(yè)績，其中液氨和尿素獲取氨氣的工程業(yè)績較多，但以液氨系統(tǒng)的投資、能耗和使用成本為三者最低。由于液氨屬于易燃易爆物品，必須有嚴(yán)格的安全保證和防火措施，其運輸、存儲涉及到當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)和勞動衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，故一些電站選擇了以尿素為原料。
2 尿素催化水解與熱解的制氨工藝流程［2］
2.1 尿素催化水解法制氨工藝
水解尿素制取氨氣的工藝流程如下:需要水解時，將儲存在尿素溶液罐內(nèi)濃度～50℃、～50% 的尿素溶液，經(jīng)輸送泵加壓后輸送至水解反應(yīng)裝置內(nèi)，經(jīng)合適溫度與壓力加熱蒸汽的加熱后在分解室內(nèi)分解生成NH3和CO2，水解化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
根據(jù)蒸汽是否與尿素溶液直接接觸，尿素水解蒸汽加熱方式分為直接加熱和間接加熱兩種。
2.2 熱解法制氨工藝
熱解尿素制取氨氣的工藝流程如下:需要熱解時，將儲存在尿素溶液罐內(nèi)濃度～50℃、～50%的尿素溶液，輸送泵加壓后、經(jīng)計量及分配裝置、霧化噴嘴等進入絕熱分解爐，借助外部熱源，霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內(nèi)在所要求的溫度下(450℃ ～600℃)分解，生成的分解產(chǎn)物為NH3和CO2，分解產(chǎn)物經(jīng)由氨噴射系統(tǒng)進入脫硝煙道，熱解爐需提供足夠的停留時間以確保尿素到氨的100%轉(zhuǎn)化率。根據(jù)工程的實際，外部熱源可利用柴油、燃氣、電加熱器、高溫?zé)煔?、高溫蒸汽等作為熱源?/p>
尿素水解和熱解的原理、熱源有所不同，由于催化水解和熱解對鍋爐負荷的響應(yīng)較快，在工程中逐步得到推廣應(yīng)用，以下將以某300MW燃煤SCR脫硝系統(tǒng)為例，對其能耗情況進行對比分析。
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該案例工程的SCR系統(tǒng)擬采用尿素制氨作為還原劑，稀釋風(fēng)來源于熱一次風(fēng)，尿素制氨擬采用催化水解、高溫?zé)煔鉄峤夂碗娂訜崞鳛楹蜻x方案。工程的相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。
表1 某300MW工程SCR系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)
3.2 尿素?zé)峤夂退饽芎暮怂?/p>
圖1中(a)、(b)、(c)分別為尿素電加熱熱解、高溫?zé)煔鉄峤夂痛呋庋b置的物質(zhì)和能量計算模型和相關(guān)計算參數(shù)。由于熱解后的混合氣體溫度為360℃，水解出口混合氣溫度較低，為較好的對比分析，水解裝置出口混合氣體如升溫到360℃，外需19.4 kg/h的折合標(biāo)煤，詳見圖1(c)。設(shè)計工況下，三種技術(shù)方案的技術(shù)參數(shù)及能耗見表2。
表2 尿素?zé)峤夂退饨橘|(zhì)參數(shù)與能耗核算(設(shè)計工況)
表2中，計算能量消耗量的數(shù)值是考慮了發(fā)電效率、燃燒效率、鍋爐效率等因素的實際工程計算值。相關(guān)換熱器的效率按100%考慮，機組年利用小時數(shù)為5000 h，標(biāo)煤單價為550元/t。
圖1 SCR尿素制氨物質(zhì)和能量計算模型和相關(guān)計算參數(shù)
4 結(jié)語
通過案例工程三種熱源尿素制氨的能耗核算可以看出，電加熱熱解技術(shù)方案折算標(biāo)煤耗最高;高溫?zé)煔鉄峤庵瓢闭鬯銟?biāo)煤耗次之;尿素催化水解技術(shù)方案折算標(biāo)煤耗最低。因此在燃煤電站SCR系統(tǒng)中的尿素制氨技術(shù)選擇方面，以尿素水解制氨為最佳，其次為尿素高溫?zé)煔鉄峤庵瓢薄?/p>
［1］夏懷祥，段傳和，等.選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝［M］.北京:中國電力版社，2012.
［2］段傳和，谷小兵.燃煤電站SCR煙氣脫硝還原劑尿素?zé)峤鉄嵩吹倪x擇［J］.電力科技與環(huán)保，2012，28(4):34－36.
Energy consumption of Pyrolysis and catalytic hydrolysis of urea SCR system in coal－fired power station
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SCR;urea;pyrolysis;catalytic－h(huán)ydrolyzation;energy consumption
X701.7
:B
:1674－8069(2016)01－017－02
2015-09-17;
:2015-11-23
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