一种尿素水解产物测量系统及方法与流程

本发明涉及脱硝技术领域，具体为一种尿素水解产物测量系统及方法。

背景技术：

目前燃煤机组scr脱硝还原剂的选择基本集中在三个方向：1)液氨，最常用的脱硝还原剂，主要的流程为液氨蒸发器→氨气→喷氨格栅，工艺简单，初投资和运行成本低，但液氨为重大危险源，安全风险很高。2)氨水，主要的流程为氨水蒸发器-氨气→喷氨格栅，工艺简单、运行成本低，但氨水运输费用贵，储运设备较大，存在泄漏风险，安全风险较高。3)尿素，尿素是一种稳定、无毒的固体物料，对人和环境均无害，是氨的理想来源。尿素可以被散装运输并长期储存，不需要运输和储存方面的特殊程序，且使用过程中不会对周围社区和人员产生不良影响，其产氨主要由尿素热解、尿素直喷及尿素水解。其中，尿素热解常采用热一次风加电加热器或者气气换热器，运行成本高，系统复杂易造成结晶；尿素直喷系统只要在燃煤机组上提供合适的反应温度区间和结构空间才能使用，目前在燃气电厂脱硝中大范围使用；尿素水解系统有意大利siirtecnigi公司的工艺和美国wahlco公司及hamon公司的工艺，ammogen技术工艺较老已经淘汰，国内电厂普遍采用水解工艺，其生产流程为：首先，尿素颗粒由货车运至电厂后存储于尿素储仓，在溶解罐内与除盐水配制成50℃、约50％浓度的尿素溶液；其次，配好的溶液经尿素溶液混合泵输送至溶液储罐备用，再经尿素溶液输送泵送入水解反应器；最后，水解产物经稀释风混合器混入热空气后送入锅炉尾部烟道参与脱硝反应。水解工艺整个尿素水解系统按照设备的功能及空间分布可以分为：尿素溶液制备与存储区、尿素溶液水解反应器区。

鉴于尿素水解反应的复杂性、脱硝环保达标的严格性以及尿素用量经济型、合理性，须对尿素水解产物的组分和浓度进行测量，目前的测量方法存在不能充分对尿素水解产物组分和浓度进行测量的问题，不能达到尿素溶液浓度、尿素水解反应器的压力和温度的合理性、协调性和经济性。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种尿素水解产物测量系统及方法，结构简单，设计合理，操作方便，分级测量，准确高效。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种尿素水解产物测量系统，包括高温伴热采样管、蒸汽吸收池组、氨气吸收池组、二氧化碳吸收池组、第一废水池、第二废水池、冰水浴池、阀门组以及计量组；

所述的高温伴热采样管的入口端连接尿素水解反应器的供氨母管，第一出口端连接第一废水池，第二出口端依次连接蒸汽吸收池组、氨气吸收池组、二氧化碳吸收池组和第二废水池；所述的第一废水池、氨气吸收池组、以及二氧化碳吸收池组和第二废水池分别置于冰水浴池中；

所述的阀门组中的阀门分别设置在高温伴热采样管入口端与第一出口端和第二出口端之间的管路上；

所述的计量组包括压力表、质量流量计；所述的压力表和质量流量计依次设置在高温伴热采样管入口端与第一出口端之间的管路上。

进一步的，所述的阀门组包括第一球阀、第二球阀、第三球阀、第四球阀和减压阀；所述的第一球阀、减压阀和第二球阀沿气体流动方向依次设置在压力表前的高温伴热采样管上；所述的第三球阀和第四球阀分别设置在高温伴热采样管第一出口端和第二出口端上。

进一步的，所述的蒸汽吸收池组置于保温槽中，包括依次连接的第一蒸汽吸收池和第二蒸汽吸收池，其内均装有变色硅胶吸收剂。

更进一步的，所述的第一蒸汽吸收池和第二蒸汽吸收池均呈u形管设置。

更进一步的，所述的氨气吸收池组包括第一氨气吸收池和第二氨气吸收池，其内均装有稀硫酸吸收液，第一氨气吸收池和第二氨气吸收池分别置于冰水浴池中；所述的第一氨气吸收池和第二氨气吸收池通过虹吸管依次连接；所述的第一氨气吸收池通过虹吸管与第二蒸汽吸收池连接。

再进一步的，所述的二氧化碳吸收池组包括第一二氧化碳吸收池和第二二氧化碳吸收池，其内均装有氢氧化钙吸收液，第一二氧化碳吸收池和第二二氧化碳吸收池分别置于冰水浴池中；所述的第一二氧化碳吸收池和第二二氧化碳吸收池通过虹吸管依次连接；所述的第一二氧化碳吸收池通过虹吸管与第二氨气吸收池连接。

一种尿素水解产物测量方法，包括如下步骤，

步骤一，使用质量分数50％尿素溶液，保持尿素水解反应器的温度和压力稳定后，控制球阀组使混合气体通过调节压力表、质量流量计，流入第一废水池；

步骤二，待压力和流量稳定后，控制球阀组使混合气体依次经过蒸汽吸收池组、氨气吸收池组、二氧化碳吸收池组和第二废水池，经过固定时间的采样收集，通过质量流量计计算出混合气体的累积质量和体积；通过蒸汽吸收池组、氨气吸收池组和二氧化碳吸收池组分别得到混合气体中水蒸汽、氨气和二氧化碳体积分数；

步骤三，改变配比尿素溶液的质量分数，尿素水解反应器的运行压力及温度，重复步骤一和步骤二测量混合气体中水蒸气、氨气和二氧化碳气体的体积分数的占比，找出最大产氨比的合理运行参数。

进一步的，所述通过蒸汽吸收池组得到混合气体中水蒸汽体积分数，具体采用通过蒸汽吸收池组吸收混合气体前后的重量差，得出混合气体中水蒸汽体积分数。

进一步的，所述通过二氧化碳吸收池组分别得到混合气体中二氧化碳体积分数，具体采用通过二氧化碳吸收池组吸收混合气体前后的重量差，得出混合气体中二氧化碳体积分数。

进一步的，所述通过氨气吸收池组得到混合气体中氨气体积分数，具体采用氨电极测量法得出氨气吸收液中铵根离子浓度，进而得到混合气体中氨气体积分数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明系统采用高温伴热采样管连接尿素水解反应器供氨母管，依次经过蒸汽吸收池组中的蒸汽吸收剂，氨气吸收池组中的氨气吸收液及二氧化碳吸收池组中的二氧化碳吸收液，根据尿素溶液浓度不同、水解反应器反应温度和压力不同，配合压力表和质量流量计，最终得到水解反应器经济性、协调性下的最大产氨比，解决了尿素水解产物组分和浓度的测量问题，实现了尿素水解反应器经济性、协调性下产氨，从而实现锅炉机组稳定性的烟气脱硝；同时，采用设置第一、二废水池的方式，能有效收集废水，采用在废水池、氨气吸收池组和二氧化碳吸收池组处设置冰水浴池的方式，能控制温度有利于吸收液对气体的吸收。

进一步，本发明系统通过设置第一球阀、减压阀和第二球阀来控制压力表前高温伴热采样管中混合气体的流动情况，通过第三球阀控制高温伴热采样管第一出口端中的混合气体流动情况，通过第四球阀控制高温伴热采样管第二出口端中的混合气体流动情况，能根据需要进行相应管路的及时开闭，从而确保测量高效准确。

进一步，本发明系统采用两个依次串联的蒸汽吸收池，且通过在蒸汽吸收池内装设变色硅胶吸收剂，能更充分有效的吸收混合气体中的蒸汽，从而确保测量结果的准确性；同时将其置于保温槽内，减少气体热量损失。

进一步，本发明系统通过采用呈u形管设置的两个蒸汽吸收池，可以确保混合气体中的蒸汽进行有效干燥。

进一步，本发明系统采用两个依次串联、内均装有稀硫酸吸收液的氨气吸收池，能更充分有效的吸收混合气体中的氨气，从而确保测量结果的准确性；同时，通过虹吸管将第一氨气吸收池与第二蒸汽吸收池连接，方便进行连贯的后续侧量。

进一步，本发明系统采用两个依次串联、内均装有氢氧化钙吸收液的二氧化碳吸收池，能更充分有效的吸收混合气体中的二氧化碳，从而确保测量结果的准确性；同时，通过虹吸管将第一二氧化碳吸收池与第二氨气吸收池连接，方便进行连贯的后续侧量。

本发明方法通过采用重量分析法和铵根离子电极法，分析尿素水解产物混合气体中各组分及体积分数的占比，以及通过尿素水解产物测量系统的测试，找出最大产氨比的合理运行参数，得到水解反应器经济性、协调性下的最大产氨比，实现尿素水解系统经济性、协调性下产氨。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图中：1-尿素水解反应器，2-供氨母管，3-第一球阀，4-减压阀，5-第二球阀，6-压力表，7-质量流量计，8-第三球阀，9-第一废水池，10-第四球阀，11-高温伴热采样管，12-第一蒸汽吸收池，13-第二蒸汽吸收池，14-第一氨气吸收池，15-第二氨气吸收池，16-第一二氧化碳吸收池，17-第二二氧化碳吸收池，18-第二废水池，19-冰水浴池。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

为实现上述目的，本发明提供了一种尿素水解产物测量系统，如图1所示，包括尿素水解反应器1，供氨母管2，高温伴热采样管11，由第一、二、三、四球阀3、5、8、10以及减压阀4组成的阀门组、冰水浴池19和保温槽20，由压力表6、质量流量计7组成的计量组，第一废水池9，第二废水池18，由分别装有变色硅胶吸收剂(干燥剂)的第一蒸汽吸收池12和第二蒸汽吸收池13组成的蒸汽吸收池组放置于保温槽20内，由分别装有稀硫酸吸收液的第一氨气吸收池14和第二氨气吸收池15组成的氨气吸收池组，以及由分别装有氢氧化钙吸收液的第一二氧化碳吸收池16和第二二氧化碳吸收池17组成的二氧化碳吸收池组，第一废水池9、氨气吸收池组、以及二氧化碳吸收池组和第二废水池18分别放置在冰水浴池19中，管道进入u形管之前采用高温伴热保温方式，尽可能保持采样气体温度；

所述的尿素水解反应器1的供氨母管2连接高温伴热采样管11的入口端，之间的管路上沿气体流动方向依次设置第一球阀3、减压阀4、第二球阀5、压力表6和质量流量计7；所述的高温伴热采样管11的第一出口端连接第一废水池9，之间的管路上设置第三球阀8，第二出口端依次连接第一蒸汽吸收池12、第二蒸汽吸收池13、第一氨气吸收池14、第二氨气吸收池15、第一二氧化碳吸收池16、第二二氧化碳吸收池17和第二废水池18。

其中，所述的第一蒸汽吸收池12和第二蒸汽吸收池13均呈u形管设置；所述的第一蒸汽吸收池12、第二蒸汽吸收池13、第一氨气吸收池14、第二氨气吸收池15、第一二氧化碳吸收池16、第二二氧化碳吸收池17和第二废水池18之间分别通过虹吸管依次连接。

在实际应用中，本优选实施例使用质量分数50％尿素溶液，尿素水解反应器1温度稳定在130度，压力稳定0.60mpa时，打开第一球阀3，高温减压阀4、第二球阀5、第三球阀8，关闭第四球阀10，混合气体流入第一废水池9，待压力、流量稳定，关闭第三球阀8，打开第四球阀10，使混合气体依次过u型的第一蒸汽吸收池12和第二蒸汽吸收池13中的变色硅胶吸收剂、第一氨气吸收池14和第二氨气吸收池15中的稀硫酸吸收液、第一二氧化碳吸收池16和第二二氧化碳吸收池17中的氢氧化钙吸收液；

经过5-10分钟采样收集，通过质量流量计7计算出混合气体的累积质量和体积；

通过第一蒸汽吸收池12和第二蒸汽吸收池13中的变色硅胶吸收剂、第一二氧化碳吸收池16和第二二氧化碳吸收池17中的氢氧化钙吸收液吸收混合气体前后的重量差，继而得出混合气体中水蒸汽和二氧化碳体积分数，采用氨电极测量法得到氨气吸收液中铵根离子浓度，进而得出混合气体中氨气的体积分数；具体的将吸收氨气的稀硫酸溶液在化学实验室通过氨气敏电极法进行测量得到；

随后再改变配比尿素溶液的质量分数，尿素水解反应器1的运行压力及温度，测量混合气体中水蒸气、氨气和二氧化碳气体的体积分数的占比，找出最大产氨比的合理运行参数，进而实现尿素水解系统经济性、协调性下产氨，达到燃煤机组稳定性的烟气脱硝。

在以上系统的基础上，本发明还提供一种尿素水解产物测量方法，包括如下步骤，

步骤一，

使用质量分数50％尿素溶液，保持尿素水解反应器1的温度和压力稳定后，控制球阀组使混合气体通过调节压力表6、质量流量计7，流入第一废水池9；

步骤二，待压力和流量稳定后，控制球阀组使混合气体依次经过蒸汽吸收池组、氨气吸收池组、二氧化碳吸收池组和第二废水池18，经过固定时间的采样收集，通过质量流量计7计算出混合气体的累积质量和体积；通过蒸汽吸收池组、氨气吸收池组和二氧化碳吸收池组分别得到混合气体中水蒸汽、氨气和二氧化碳体积分数；

步骤三，改变配比尿素溶液的质量分数，尿素水解反应器1的运行压力及温度，重复步骤一和步骤二测量混合气体中水蒸气、氨气和二氧化碳气体的体积分数的占比，找出最大产氨比的合理运行参数。

其中，所述通过蒸汽吸收池组得到混合气体中水蒸汽体积分数，具体采用通过蒸汽吸收池组吸收混合气体前后的重量差，得出混合气体中水蒸汽体积分数。

其中，所述通过二氧化碳吸收池组分别得到混合气体中二氧化碳体积分数，具体采用通过二氧化碳吸收池组吸收混合气体前后的重量差，得出混合气体中二氧化碳体积分数。

其中，所述通过氨气吸收池组得到混合气体中氨气体积分数，具体采用氨电极测量法得到氨气吸收液中铵根离子浓度，进而得出混合气体中氨气体积分数。