一种适应调峰锅炉SCR脱硝的尿素水解制氨系统的制作方法

本发明属于废气处理，具体为一种适应调峰锅炉scr脱硝的尿素水解制氨系统。

背景技术：

1、燃煤发电厂的煤炭燃烧，产生大量烟气，大量的氮氧化物(nox)随着烟气排放，会对大气造成污染。通常采取在锅炉尾部加设烟气脱硝装置，利用选择性催化还原法(scr)脱除烟气中的nox，将其转化为无毒无害的氮气(n2)和水(h2o)，从而达到污染物排放要求。

2、选择性催化还原法中所需的脱硝还原剂氨(nh3)通常有三种供给形式：液氨、氨水和尿素转化。其中，液氨与氨水属于危险化学品。国家在涉及液氨和氨水的储存、使用和运输过程中都有严格的法律规定。

3、工业用尿素为白色结晶体颗粒，不属于危险化学品范畴，便于储存和运输，不会因泄漏造成安全隐患。利用尿素制氨是国内外燃煤电厂脱硝工艺最常用的方法。其中，尿素溶液水解制氨工艺在经济性、安全性、运行费用等方面占有优势而在国内多数电厂采用。

4、国内水解反应器多采用反应釜式结构，反应釜内通入质量分数为40％-60％的尿素溶液，用于确保尿素水解反应进行的热量由加热蒸汽通过反应釜中的盘管提供。

5、尿素水解反应器在设定的温度与压力条件下工作，会产生氨气、二氧化碳、水蒸汽共存的混合气，在50％质量百分比尿素溶液、反应器液相温度为145℃左右、气侧压力为0.4-0.6mpa时，混合气中氨的质量百分比约为37％，产生的氨气混合气通过出口调节阀控制输出量，经稀释风稀释到氨质量百分比8％以下后，再分配到scr催化反应器侧进行催化还原反应。

6、目前问题：

7、烟气中氮氧化物需要在催化剂的作用下与氨气反应生成氮气和水，氨气量不足，氮氧化物去除量不足，脱硝效率低，会污染环境。

8、氨气量过多，会形成氨逃逸现象：逃逸掉的氨气造成资金的浪费，环境污染；氨逃逸将腐蚀催化剂模块，造成催化剂失活(即失效)和堵塞，大大缩短催化剂寿命；逃逸的氨气，会与烟气中的so3生成硫酸氨盐(具有腐蚀性和粘结性)使位于脱硝下游的空预器蓄热原件堵塞与腐蚀；过量的逃逸氨会被飞灰吸收，导致加气块(灰砖)无法销售；被脱硫塔吸收的多余的氨，会随后期脱硫废水处理逸出到大气中，会继续污染环境。

9、《火电厂烟气脱硝技术导则》(dl/296-2011)规定，“采用scr工艺的脱硝装置氨逃逸浓度宜不大于2.3mg/m3”

10、尿素水解制氨是一种非常复杂的物理化学过程，其化学机理复杂：反应进程中包含的组分多，反应速度受浓度、温度和压力影响；同时，产生的气体为氨、二氧化碳、水蒸汽的混合气，还存在着气、液、固三项平衡问题。尿素水解反应器在锅炉负荷变化小、需氨量稳定或变化幅度缓慢的情况下，经反应器的适应性运行调节后，会输出稳定的氨气气源。对scr脱硝系统影响小。

11、但现代电站锅炉很多会配合电网进行深度调峰运行，锅炉负荷变化率会短时间在50％-100％锅炉最大连续蒸发量(bmcr)范围内波动，部分锅炉的最低负荷甚至可以达到30％bmcr。锅炉负荷的变化需要有燃煤量、鼓风量、引风量、锅炉补给水量、蒸汽调节等共同配合调节实现。燃煤量与鼓引风量的变化会导致烟气量与烟气组分、scr侧压力与温度等的变化。如果要确保scr的运行效率和防止氨逃逸，需要制氨系统提供与需氨量实时匹配的数值。

12、现有形式的尿素水解反应装置，为维持系统产氨过程的持续稳定的运行，一般会采用定压运行与滑压运行两种方式：

13、1、定压运行：氨气输出调节阀根据锅炉负荷或烟气量及烟气成分变化自动调节氨输出量，氨气输出量的变化，直接影响反应装置的相平衡，引起氨气混合气侧压力变化。定压调节是通过蒸汽调节反应器内溶液温度，该过程同时会影响水解反应速度、产气率、气侧压力等参数，通过pid调节，使气侧压力逐步稳定到设定值，使尿素水解反应进入对应的平衡状态。在温度调节的同时，还需要通过尿素给料泵来控制装置液位。

14、2、滑压运行：氨气输出调节阀根据锅炉负荷或烟气量及烟气成分变化自动调节氨输出量，氨气输出量的变化，直接影响反应装置的相平衡，引起氨气混合气侧压力变化。滑压调节目标是控制溶液温度不变，如：氨气调节阀开大，气侧压力降低，化学反应速度和溶液蒸发速率增加。这些会导致溶液温度降低，此时需要通过pid调节增加蒸汽量，逐步调整溶液温度到设定值。该过程，溶液的温度调节过程会直接导致水解反应速度波动，引起产气量波动，引起产气侧压力波动。

15、一般电厂推荐定压运行方式，反应压力响应迅速，加热蒸汽阀门通过pid控制模块快速调节到位，反应器压力和温度的波动均很小。(但在低负荷条件下，根据尿素水解反应随温度变化的特点：在120-160度之间，有反应缓慢、剧烈反应、反应为指数形式上升几个典型特点，因此，在低负荷区，考虑到罐体内溶液的热惯性，在氨气输出阀门调节时，仍然会有较大的压力波动)。

16、目前水解反应器，由于不论哪种调节运行方式，都会存在氨气混合气源的压力波动问题、氨气浓度波动问题，甚至会存在氨混合气的超压排放问题。且在锅炉深度调峰运行时都不能快速及时的与需氨量匹配。

17、为解决该问题，本发明提供了一种适应调峰锅炉scr脱硝的尿素水解制氨系统。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种适应调峰锅炉scr脱硝的尿素水解制氨系统，有效的解决了现有尿素水解装置随调峰锅炉负荷剧烈变化导致的产气侧压力与浓度的大幅变化，使供氨量的不可控，使scr效率降低或氨逃逸量增加的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适应调峰锅炉scr脱硝的尿素水解制氨系统，包括多个尿素溶液反应器单元，多个所述尿素溶液反应器单元下端并联连接有尿素溶液母管，多个尿素溶液反应器单元上端并联连接有产气母管，尿素溶液母管和产气母管之间设有回流水箱，回流水箱一端与尿素溶液母管连通，回流水箱另一端通过气平衡管与产气母管连通，多个尿素溶液反应器单元之间连接有回流液母管，回流液母管一端与回流水箱连通，产气母管通过疏水管与回流液母管连通。

3、优选的，所述尿素溶液母管输入端连通有过滤器，过滤器一侧连接有给料泵，给料泵一侧连接有止回阀。

4、优选的，所述产气母管上端连接有安全阀，产气母管上端一侧连接有二级气水分离器，二级气水分离器上端连接有氨气出口调节阀。

5、优选的，所述尿素溶液反应器单元包括管式换热器，管式换热器下端连接有单元循环泵，管式换热器上端连接有单元调节阀，单元调节阀上端连接有单元气水分离器，管式换热器一侧连接有蒸汽疏水排放阀，管式换热器一侧连接有入口蒸汽调节阀。

6、优选的，所述单元气水分离器底部中央设有加热尿素溶液入口，加热尿素溶液入口上方且位于单元气水分离器内部设有防冲击挡板，单元气水分离器顶部设有产气口，单元气水分离器底部一侧设有回流液口，单元气水分离器内部连接有开孔固定隔离板，开孔固定隔离板下方填充有气水分离丝网，开孔固定隔离板上方设有混合气空间。

7、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

8、本发明系统装置由多个尿素溶液反应器单元并联组成，每个反应单元可独立的对单元内参与反应的尿素溶液与加热蒸汽进行控制而不影响其它反应单元的运行参数，通过安装在水解反应尿素溶液侧的调节阀，将目前水解制氨反应器本应该产生在产气侧的波动限制在反应溶液侧，从而在需氨量变化频繁时，仍可以获得稳定的产气压力与产气浓度；解决了现有尿素水解反应系统装置在燃煤锅炉深度调峰工况时，产氨侧由于scr需氨量波动大且频繁导致的压力波动及浓度波动；而本发明系统装置稳定的尿素水解氨混合气气源性质，可以为精确控制scr氨供给量、提高脱硝效率、控制氨逃逸量提供必要条件。