一种三段式尿素热解制氨脱硝系统及其工作方法与流程

本发明涉及一种尿素热解制氨脱硝系统，属于电力生产领域。

背景技术：

大型电站燃煤锅炉超过90%都选择scr选择性催化还原脱硝工艺，用于脱除烟气中的nox。脱硝还原剂一般选用液氨、氨水或者尿素。液氨和氨水具有毒性、腐蚀性和易爆性，属于重大危险源，给实际生产过程带来比较大的安全隐患。与之相比，尿素由于具有无毒、使用安全、方便存储和运输等优点，逐渐在许多燃煤电厂的scr脱硝工程中得到快速推广应用，如申请号为201811380706.x的中国专利。

目前，尿素热解制氨工艺大部分都具有绝热分解室，使用柴油/天然气燃烧产生高温热烟气或者经过电加热的高温空气作为热源，与尿素溶液直接接触使之分解生成被稀释的氨气，然后由喷氨格栅送入脱硝反应器。

但是，该技术存在运行费用高、绝热分解室易堵塞等问题，影响了生产系统的经济性和可靠性。例如，对于采用燃油或燃气提供热源的系统，1台600mw等级的机组年平均运行费用超过400万元；采用电加热空气作为热源的系统，相同容量的机组年平均运行费用约150万元。此外，绝热分解室温度偏低、喷嘴雾化效果差、烟气或空气含油含尘等因素，都可能会导致短期内快速形成结晶沉积物，堵塞绝热分解室，引起安全生产事故。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种三段式尿素热解制氨脱硝系统及其工作方法。与目前的尿素热解工艺相比，具有运行费用低、有效避免结晶沉积物形成、运行可靠性高的技术优点。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种三段式尿素热解制氨脱硝系统，其特征在于，包括锅炉、脱硝反应器和空气预热器，所述锅炉依次通过水平烟道、转向室和垂直上升烟道与脱硝反应器连通，且脱硝反应器与空气预热器连通，所述水平烟道内布置有高温过热器和高温再热器，所述转向室下方布置有省煤器灰斗。

三段式尿素热解制氨脱硝系统还包括原料仓、螺旋给料器、溶液制备器、溶液输送泵、低压溶液预热器、溶液缓冲罐、升压泵、流量计、高压溶液加热器、热解反应器、稀释混合器和风机；所述原料仓、螺旋给料器、溶液制备器和溶液输送泵依次连接，且溶液制备器的溶剂管道上安装有溶剂控制阀，所述低压溶液预热器布置在脱硝反应器和空气预热器之间的烟道内，且低压溶液预热器的入口和出口分别与溶液输送泵的出口和溶液缓冲罐连接，所述溶液缓冲罐还与升压泵的入口连通，且升压泵的出口管路分成两路，一路通过再循环阀与低压溶液预热器的出口管路连通，另一路依次通过高压溶液调节阀和流量计与高压溶液加热器的入口管路连通，所述高压溶液加热器布置在水平烟道内，且高压溶液加热器位于高温过热器和高温再热器之间的区域，所述高压溶液加热器的出口与热解反应器的入口连通，所述热解反应器布置在转向室内，所述热解反应器的出口和风机的出口分别与稀释混合器连通，所述稀释混合器的出口与脱硝反应器之前的垂直上升烟道连通。

上述的三段式尿素热解制氨脱硝系统，工作方法是：存储在原料仓内的尿素原料，经过螺旋给料器送入溶液制备器并和水相互混合溶解，生成尿素溶液，尿素溶液的质量分数，即水流量，由溶剂控制阀所控制。之后，尿素溶液经过溶液输送泵送入低压溶液预热器进行初步升温，防止尿素溶液再结晶。初步升温后的尿素溶液被输送至溶液缓冲罐存储，然后经过升压泵提高压头后，分成两部分，一部分经过再循环阀后重新回到溶液缓冲罐，另一部分则依次经过高压溶液调节阀和流量计后，送入高压溶液加热器进行彻底加热，以达到接近尿素溶液快速分解的温度。

用于脱硝系统的热解尿素溶液流量，经过流量计测量并由高压溶液调节阀控制。溶液缓冲罐一方面为升压泵提供稳定的尿素溶液来源，另一方面配合再循环阀和高压溶液调节阀，用于精确控制进入高压溶液加热器的尿素溶液流量，同时起到了溶液存储和压力缓冲作用。高压溶液加热器出口的尿素溶液温度十分接近其快速分解温度，然后被送入热解反应器进行加热升温，彻底进行热解过程的反应，生成氨气和二氧化碳，包括以下两个主要反应：

co(nh2)2→hnco+nh3

hnco+h2o→co2+nh3

高压溶液加热器和热解反应器都采用与烟气流动方向顺流方式布置，以降低高温侧的管壁温度。与高压溶液加热器相比，热解反应器布置在烟气温度相对较低的转向室区域，有利于降低热解反应器的管壁温度，提高设备安全性。从热解反应器流出的氨气和二氧化碳进入稀释混合器，与风机送入的空气相混合，一方面降低氨气的浓度，使其低于氨气的爆炸下限，另一方面适当降低氨气的温度。从稀释混合器流出的氨气与空气的混合气体，被送入脱硝反应器之前的垂直上升烟道，与经过省煤器灰斗初步除灰后的烟气混合，最后共同进入脱硝反应器入口进行脱除nox反应。

本发明将尿素热解过程分为三段流程，即：尿素物料溶解预热制备化学性质稳定的低压溶液、高压溶液加热至快速分解温度、尿素溶液彻底分解制备氨气。由于取消了传统尿素热解工艺中的绝热分解室，而且利用锅炉自身烟气热量作为尿素热解的动力热源，不需要使用柴油、天然气或者电能，大幅降低了该系统的初始投资和运行费用。此外，与传统工艺中，尿素溶液与高温烟气或高温空气直接接触进行热解的方式相比，本发明将尿素热解过程分割为三个串联的间接接触过程，从根本上杜绝了结晶沉积物的形成，能有效避免系统堵塞的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的系统结构示意图。

图中：1-锅炉，2-高温过热器，3-高压溶液加热器，4-高温再热器，5-热解反应器，6-稀释混合器，7-风机，8-垂直上升烟道，9-流量计，10-高压溶液调节阀，11-升压泵，12-再循环阀，13-溶液缓冲罐，14-脱硝反应器，15-低压溶液预热器，16-原料仓，17-螺旋给料器，18-溶液制备器，19-溶剂控制阀，20-溶液输送泵，21-空气预热器，22-省煤器灰斗，23-转向室，24-水平烟道。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例中的三段式尿素热解制氨脱硝系统，包括锅炉1、脱硝反应器14和空气预热器21，所述锅炉1依次通过水平烟道24、转向室23和垂直上升烟道8与脱硝反应器14连通，且脱硝反应器14与空气预热器21连通，所述水平烟道24内布置有高温过热器2和高温再热器4，所述转向室23下方布置有省煤器灰斗22。

三段式尿素热解制氨脱硝系统还包括原料仓16、螺旋给料器17、溶液制备器18、溶液输送泵20、低压溶液预热器15、溶液缓冲罐13、升压泵11、流量计9、高压溶液加热器3、热解反应器5、稀释混合器6和风机7；所述原料仓16、螺旋给料器17、溶液制备器18和溶液输送泵20依次连接，且溶液制备器18的溶剂管道上安装有溶剂控制阀19，所述低压溶液预热器15布置在脱硝反应器14和空气预热器21之间的烟道内，且低压溶液预热器15的入口和出口分别与溶液输送泵20的出口和溶液缓冲罐13连接，所述溶液缓冲罐13还与升压泵11的入口连通，且升压泵11的出口管路分成两路，一路通过再循环阀12与低压溶液预热器15的出口管路连通，另一路依次通过高压溶液调节阀10和流量计9与高压溶液加热器3的入口管路连通，所述高压溶液加热器3布置在水平烟道24内，且高压溶液加热器3位于高温过热器2和高温再热器4之间的区域，所述高压溶液加热器3的出口与热解反应器5的入口连通，所述热解反应器5布置在转向室23内，所述热解反应器5的出口和风机7的出口分别与稀释混合器6连通，所述稀释混合器6的出口与脱硝反应器14之前的垂直上升烟道8连通。

该系统的工作方法是：存储在原料仓16内的尿素原料，经过螺旋给料器17送入溶液制备器18，和水相互混合溶解，生成质量分数为50%的尿素溶液，过程所需要的水流量，由溶剂控制阀19所控制。之后，尿素溶液经过溶液输送泵20送入低压溶液预热器15进行初步升温至50℃，防止尿素溶液再结晶。初步升温后的尿素溶液被输送至溶液缓冲罐13存储，然后经过升压泵11提高溶液压力至15kpa后，分成两部分，一部分经过再循环阀12后重新回到溶液缓冲罐13，另一部分则依次经过高压溶液调节阀10和流量计9后，送入高压溶液加热器3进行彻底加热至130℃，以达到接近尿素溶液快速分解的温度。

用于脱硝系统的热解尿素溶液流量，经过流量计9测量并由高压溶液调节阀10控制。溶液缓冲罐13一方面为升压泵11提供稳定的尿素溶液来源，另一方面配合再循环阀12和高压溶液调节阀10，用于精确控制进入高压溶液加热器3的尿素溶液流量，同时起到了溶液存储和压力缓冲作用。高压溶液加热器3出口的尿素溶液进入热解反应器5进行加热升温，彻底进行热解过程的反应，生成氨气和二氧化碳，包括以下两个主要反应：

co(nh2)2→hnco+nh3

hnco+h2o→co2+nh3

高压溶液加热器3和热解反应器5都采用与烟气流动方向顺流方式布置，以降低高温侧的管壁温度。与高压溶液加热器3相比，热解反应器5布置在烟气温度相对较低的转向室23区域，有利于降低热解反应器的管壁温度，提高设备安全性。从热解反应器5流出的氨气和二氧化碳进入稀释混合器6，与风机7送入的空气相混合，使氨气浓度降至5%，混合气体温度降至340℃。从稀释混合器6流出的氨气与空气的混合气体，被送入脱硝反应器14之前的垂直上升烟道8，与经过省煤器灰斗22初步除灰后的烟气混合，最后共同进入脱硝反应器14入口进行脱除nox反应。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。