尿素热解炉工作原理

尿素制氨SCR兑硝技术一、国内外脱硝还原剂制备现状目前大型电厂烟气脱硝主要采用选择性催化脱硝(SCR)技术，其化学反应机理比较复杂，但主要的反应是NH3在一定的温度和催化剂作用下，选择性地把烟气中的NOx还原为N2和水，目前最常用的还原剂制备方法一般有3种：液氨法、氨水法、尿素法。

1.1液氨法采用液氨法，具有投资少，运行费用较低等优点。

但根据我国《危险化学物品名表》(GB12268-90)和《重大危险源辨识》(GB18218-2000)的有关规定, 液氨在生产场所超过40t、储存场所超过100t时构成重大危险源，需报相关安全生产部门审批。

液氨的储存和制备系统在安全、消防和环保等方面需满足相关的规范，对电厂的日常运行和管理按二级重大危险源要求。

液氨储存和装卸场所应禁止设置在学校、医院、居民区等人口稠密区附近，如表1所示。

据统计，我国95%以上的危险化学品涉及异地运输问题，例如液氨的年流动量达100多万吨，，其中80%是通过公路运输的。

国内外统计表明,危险化学品运输事故占危险化学品事故总数的30%~40%。

危险化学品公路运输事故频繁发生对社会公共安全造成了巨大的损失和潜在威胁。

此外，液氨具有极强的挥发性、腐蚀性，因此，在使用及运输过程中也容易产生泄露，从而导致事故的发生图1我国各种危险化学品事故发生比例2.2氨水法氨水法采用浓度为20%~25%的氨水溶液作为原料。

氨水储罐中的氨水通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸汽，送至烟气系统。

采用氨水法较液氨法相对安全，但同样存在安全隐患，且与其它常用方法比较运行费用最高。

因此90年代以后国际上已经很少采用氨水作为SCR脱硝还原剂。

2.3尿素法热解法：国际上应用的是由美国FuelTech公司设计的NOxOUT ULTRA尿素热解制氨技术。

其技术要点为利用热空气作为热源，在450-600E来快速分解40%-55%的尿素水溶液。

其优点为：近常压热解，操作压力低。

其缺点和容易出现的故障现象有：1）燃油耗量大、运行费用高。

目录一、概述 (2)二、技术介绍 (2)2.1尿素水解制氨技术 (2)2.2尿素热解制氨技术 (3)三、应用现状 (4)3.1尿素热解技术 (4)3.2 尿素水解技术 (5)四、投资、运行费用比较 (6)4.1设备投资、安装费用比较 (6)4.2 运行费用比较 (6)五、结论 (6)关于尿素水解制氨和尿素热解制氨的工艺介绍及技术、经济比较一、概述“十二五”期间国内建设了大量的烟气脱硝装置，其还原剂制备系统主要由液氨蒸发、氨水汽化、尿素制氨三种方式，随着国内民众和企业安全意识的加强，加上国内危化品运输、储存、使用事故层出不穷，尿素制氨技术因其不需要装卸、运输、储存危险化学品、装置占地面积小、运行安全稳定可靠，逐渐成为电厂选择脱硝还原剂制备系统的主流技术。

尿素是氨的理想的来源。

尿素(CH4N2O)为无毒无味的白色晶体或粉末，是人工合成的第一个有机物，广泛存在于自然界中，其理化性质较稳定，应用于农业及工业领域，其运输和储存和管理均不受国家和地方法规的限制。

尿素是一种稳定、无毒的固体物料，对人和环境均无害；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，它的使用不会对人员和周围社区产生不良影响。

但固体颗粒尿素容易吸湿，当空气中的相对湿度大于尿素的吸湿点时，它就吸收空气中的水分而潮解，尿素在储存过程中极易吸潮板结，需采取措施防止吸湿结块的情况发生。

尿素制氨技术中根据其反应机理和核心反应设备的不同分为尿素水解制氨和尿素热解制氨二种技术。

先分别介绍及对比如下：二、技术介绍2.1尿素水解制氨技术尿素水解制氨工艺的原理是尿素水溶液在一定温度下发生水解反应，生成的气体中包含氨气和二氧化碳。

其化学反应式为：NH2-CO-NH2＋ H2O → 2NH3↑＋ CO2↑尿素水解制氨系统由1）尿素颗粒储存和溶解系统、2)尿素溶液储存和输送系统及3)尿素水解系统组成。

尿素颗粒在尿素溶解罐中配置成约50%浓度的尿素溶液，随后尿素溶液储存在尿素溶液储罐中以供电厂使用。

尿素制氨SCR脱硝技术一、国内外脱硝还原剂制备现状目前大型电厂烟气脱硝主要采用选择性催化脱硝(SCR)技术，其化学反应机理比较复杂，但主要的反应是NH?在一定的温度和催化剂作用下, 选择性地把烟气中的NOX还原为N,和水，目前最常用的还原剂制备方法一般有3种：液氨法、氨水法、尿素法。

1.1液氨法采用液氨法.具有投资少，运行费用较低等优点。

但根据我国《危险化学物品名表》(GB12268-90)和《重大危险源辨识》(GB18218-2000) 的有关规定，液氨在生产场所超过40t、储存场所超过丄OOt时构成重大危险源.需报相关安全生产部门审批。

液氨的储存和制备系统在安全、消防和环保等方面需满足相关的规范，对电厂的日常运行和管理按二级重大危险源要求。

液氨储存和装卸场所应禁止设置在学校、医院、居民区等人口稠密区附近，如表丄所示。

据统计，我国95%以上的危险化学品涉与异地运输问题，例如液氨的年流动量达丄00多万吨,，其中80%是通过公路运输的。

国内外统计表明，危险化学品运输事故占危险化学品事故总数的30%〜40%。

危险化学品公路运输事故频繁发生，对社会公共安全造成了巨大的损失和潜在威胁。

此外，液氨具有极强的挥发性、腐蚀性，因此，在使用与运输过程中也容易产生泄露，从而导致事故的发生。

图1我国各种危险化学品事故发生比例2.2氨水法氨水法采用浓度为20%〜25%的氨水溶液作为原料。

氨水储罐中的氨水通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸汽，送至烟气系统。

采用氨水法较液氨法相对安全，但同样存在安全隐患，且与其它常用方法比较运行费用最高。

因此90年代以后国际上已经很少采用氨水作为SCR脱硝还原剂。

2.3尿素法热解法：国际上应用的是由美国FuelTech公司设计的NOxOUT ULTRA 尿素热解制氨技术。

其技术要点为利用热空气作为热源，在450-600C0来快速分解40%-55%的尿素水溶液。

其优点为：近常压热解，操作压力低。

火电厂尿素热解和水解工艺研究摘要：尿素作为烟气脱硝还原剂的一种，相较于液氨和氨水，具有其独特的优势，因此在火电厂氨气的制造中应用广泛。

尿素在制造氨气的过程中，主要有两种生产方式：热解和水解。

本文主要对火电厂尿素热解和水解工艺特点进行了研究，并对其进行了对比。

关键词：脱硝技术尿素热解尿素水解现阶段，火电厂在烟气脱硝还原剂的选择上主要有三种：液氨、氨水和尿素。

液氨属于危险化学品，在安全性上存在着很大的隐患，在使用上存在着诸多限制。

氨水的运行成本较高，且具有较强的腐蚀性，影响着火电厂的经济效益。

而尿素，属于绿色肥料，不带有毒性，安全性高，并且投资成本较氨水来说比较低，运输、存储和使用都比较方便，所以在火电厂烟气脱硝还原剂中应用较多，故对火电厂尿素热解和水解工艺的研究具有重要的意义。

一、火电厂尿素热解工艺原理及工作流程1.1.火电厂尿素热解工艺原理尿素呈针状，是一种白色或无色的颗粒，无臭无味，遇热不稳定，当迅速加热的时候，尿素将会完全被分解为氨气和二氧化碳，实现制造氨气的目的。

1.2.火电厂尿素热解工作流程火电厂烟气脱硝中的尿素热解主要由热解炉、电加热器、计量模块等部分构成，在尿素热解开始之前，先将尿素放置于存储仓中，经过人工或机械卸料运送到溶解罐中，通过外部加热方式来进行尿素颗粒的溶解，在溶解过程中，溶解液主要使用除盐水来进行，需要注意的是，溶解液的温度需要保持在40℃以上，因此，需要时刻关注加热情况，保持温度稳定。

当将尿素溶解为50%的尿素溶液之后，通过输送设备将尿素溶液输送到尿素溶液储罐，然后经过雾化后送到热解炉，雾化后的尿素溶液在热解炉发生分解，产生氨气和二氧化碳，并经由氨喷射系统进入脱硝烟道。

二、火电厂尿素水解工作原理及工作流程火电厂烟气脱硝过程中，尿素在一定温度下能够水解生成氨气和二氧化碳。

主要流程为：将尿素颗粒经提升机运输到尿素溶解槽中，经过搅拌过程将其溶解为浓度为40%-50%的尿素溶解液，并注意尿素溶解液的温度保持，然后将尿素溶解液输送到水解换热器中进行加热分解，从而分解成氨气和二氧化碳，最后将分解产物喷入烟气脱硝系统。

浅谈火电厂尿素炉内直喷热解脱硝技术关键词：脱硝技术 SCR 脱硝系统摘要：简要介绍了尿素炉内直喷热解技术及其工艺特点，并通过实际工程经验分析影响尿素直喷技术脱硝效果的关键因素。

关键词：尿素热解；脱硝；炉内直喷；SCR尿素热解法SCR是当今主流的安全脱硝技术，越来越多的脱硝项目采用安全的尿素替代传统的液氨作为脱硝还原剂。

但相对于采用液氨作为还原剂的脱硝装置，尿素热解工艺设备复杂，前期投资较大，且热解工艺所需的电耗较大已经成为尿素热解工艺广泛普及应用的主要障碍。

为了突破上述技术瓶颈，洛卡环保在2014年成功研发尿素炉内直接喷射制氨工艺技，并于次年在王滩电厂投运成功。

凭借着显著的节能降耗性能，该技术一经推出便迅速获得了火电企业的青睐。

目前已在国内多家火电企业成功改造运行。

1尿素直喷的工艺特点尿素热解炉内直喷技术将尿素溶液通过安装在锅炉转向室内的特殊的喷射器，直接喷射在温度为500～700℃的锅炉转向室高温烟气中，利用高温烟气的热量分解尿素制氨。

其整个脱硝原理如下图：尿素炉内直喷热解制氨脱硝原理图首先，在尿素溶液制备系统中制备尿素溶液，尿素溶液经由循环泵、计量装置、分配装置输送到设置于锅炉转向室内的尿素溶液喷射器组，尿素溶液喷射器组喷出的尿素液滴与烟气混合，在转向室中迅速被加热并分解出氨气。

氨气与烟气的混合物依次穿过锅炉省煤器、静态混合器、烟气导流板和整流格栅等，进入装有催化剂的SCR反应器。

在催化剂作用下，氨气与烟气中的氮氧化物发生还原反应，生成无害的氮气和水。

与传统热解技术相比较，尿素炉内直喷技术简化了热解系统，取消了原有热解制氨系统的炉区设备（电加热器、热解炉、热风管道系统以及AIG系统），减少了电耗以及热量消耗。

具有以下工艺特点： 1）炉内直喷是在锅炉转向室内直接进行尿素溶液的喷射，利用锅炉高温烟气的热量对尿素溶液进行加热分解，从而获得SCR所需要的氨气；而传统的热解需要消耗电能把一次风加热到尿素热解所需要的温度。

尿素法脱硝热解炉技术资料烟气脱硝改造工程尿素热解装置工艺流程描述、系统运行及控制说明1. 系统概述尿素热解法制氨系统包括尿素储仓、干卸料、螺旋给料机、尿素溶解罐、尿素溶液给料泵、尿素溶液储罐、供液泵、计量和分配装置、背压控制阀、绝热分解室(内含喷射器)、电加热器及控制装置等。

整套系统考虑夏天防晒，冬天防冻措施。

尿素粉末储存于储仓，由螺旋给料机输送到溶解罐里，用去离子水将干尿素溶解成40~55%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由供液泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室内分解，生成NH 3、H 2O 和CO 2，分解产物经由氨喷射系统进入脱硝系统。

所设计的尿素制氨工艺满足：还原剂的供应量能满足锅炉不同负荷的要求，调节方便、灵活、可靠；尿素制氨工艺配有良好的控制系统。

2. 主要设备（1）尿素储仓设置2套锥形底立式尿素筒仓，体积要满足全厂4台机组3天用量要求，碳钢制造，锥体内衬1Cr18Ni9Ti 不锈钢。

筒仓设计考虑配备流化风或振动装置来防止尿素吸潮、架桥及堵塞。

此外，还应配有布袋过滤器，预留气力输送接口。

（2）尿素溶解罐设置两只尿素溶解罐，采用两套螺旋给料机将尿素输送到溶解罐。

在溶解罐中，用去离子水（也可使用反渗透水和冷凝水，不使用软化水）制成40~55%的尿素溶液。

当尿素溶液温度过低时，蒸汽加热系统启动使溶液的温度高于82℃（确保不结晶）。

材料采用1Cr18Ni9Ti 不锈钢，内衬防腐材质。

尿素溶液配制采用计量罐方式。

溶解罐除设有水流量和温度控制系统外，还采用输送泵将化学剂从储罐底部向侧部进行循环，使化学剂更好地混合。

（3）尿素溶液混合泵尿素溶液混合泵为不锈钢本体，碳化硅机械密封的离心泵，每只尿素溶解罐设两台泵一运一备，并列布置。

此外，溶液混合泵还利用溶解罐所配置的循环管道将尿素溶液进行循环，以获得更好混合。

（4）尿素溶液储罐尿素溶液经由尿素溶液给料泵进入尿素溶液储罐。

热解炉方案介绍尿素节能热解脱硝系统1. 尿素的热解制氨脱硝原理选择性催化还原（SCR）脱硝技术是最高效的烟气脱硝技术，通常以氨为还原剂，在催化剂的作用下，将NO和NO2还原为N2和水。

但由于液氨的危险性，很多场合只能采用尿素，通过水解或热解的办法制取氨气。

其中尿素热解制氨系统简单可靠，投资少，而备受青睐。

尿素热解反应为：CO(NH2)2=NH3+HNCO HNCO+H2O=NH3+CO2反应条件为：350-650℃的空气或者烟气。

2. 不同加热装置的脱硝系统尿素热解需要550-600℃的热空气或烟气，可通过电加热、油加热、烟气加热等来实现。

★电加热脱硝系统用300℃左右的一次风，通过电加热器再次升温，达到600℃左右，需要的电功率很大。

1000MW机组实际的加热功率在800KW左右，600MW机组的实际加热功率在500KW以上，常年运行，电耗巨大，因此加热成本很高。

★燃油加热脱硝系统燃油可以直接火炬燃烧，混合一定的冷风，使热烟气的温度在600℃左右。

本系统最为简单，但因为柴油成本高，所以加热成本比电加热还高很多。

目前基本上不再采用。

★烟气加热脱硝系统以锅炉的高温烟气，对空气（热一次风）进行加热，是最节能的加热方式。

烟气加热分内置式烟气加热和外置式烟气加热两种结构。

内置式：内置式烟气加热，就是把受热面布置在锅炉高温烟道内，使热一次风升温到600℃的高温，然后进入热解室，将尿素溶液热解成氨气。

内置式需要锅炉烟道内有安装空间。

对于电站锅炉，通常安装在低温过热器或低温再热器的前面，烟气温度在600-700℃的区域。

该方案需要两个大的进出风集箱，还要考虑热膨胀、磨损、积灰等问题，技术难度较大。

外置式：外置式加热器就是单独在外面设置一个烟气-空气加热器，用管道将650-750℃的高温烟气从烟道过热器或再热器处引出，换热后再返回空气预热器前面。

这一部分烟气未参与脱硝，但因为烟气量很小，对最终的排放浓度也就影响1-2mg/Nm3.外置式加热对锅炉影响极小，施工方便使用寿命长，成为目前的主流形式。

尿素热解和水解技术在锅炉烟气脱硝工程中的应用杜成章,刘　诚(华能北京热电有限责任公司,北京100023)摘　要:随着国内的经济发展,燃煤电厂锅炉烟气排放的指标控制越加严格,燃煤电厂烟气污染物的排放越来越受到国家和社会的广泛关注。

锅炉烟气脱硫技术已在国内燃煤电厂全面实施,锅炉烟气脱硝技术在北京市已全面普及,在国内其它地方也逐渐推广,作为脱硝还原剂液氨的运用由于受到安全、地域等因素的限制,尿素热解和水解制氨技术逐渐受到青睐,将为许多用户提供选择。

关键词:脱硝;还原剂;尿素;热解;水解;应用中图分类号:X773 文献标识码:B 文章编号:100329171(2010)0620039203Appli ca ti on of the Urea’s Pyrolysis and HydrolysisTechnology i n Bo iler Flue Ga s Den itra ti onDu Cheng2zhang,L iu Cheng(Huaneng Beijing Ther mal Power Co.L td.,Beijing100023,China)Abstract:The coal burning boilers’flue gas em ission standard becomes stricter with Chinese econom ical devel opment day by day.The government and the whole society pays more attention to coal burning power p lants’flue gas em is2 sion.Desul phurization of the boiler’s flue gas has been app lied through the whole country.I n city Beijing the denitra2 tion method has been app lied widely.In other part of the country,trans portati on of the reducing agent liquid ammo2 nia for denitration is still constrained due to safety and geographical reas ons,therefore pyrolysis and hydr olysis of ure2 a is,and it will be,still a popular method in use.Key words:denitrati on;reducing agent;urea;pyr olysis;hydrolysis;app licati on1　背景选择性催化还原烟气脱硝技术最早在美国获得专利,于20世纪70年代末首先在日本应用于燃气和燃油锅炉,于80年代初用于燃煤锅炉低尘与高尘环境,于80年代中后期在欧洲经过示范试验后开始商业推广,于90年代初进入美国市场。

1尿素热解和水解尿素热解反应方程式：CO(NH2)2 (溶液) → CO(NH2)2 (固) + H2O(气) （1）CO(NH2)2→ NH3+HNCO （2）HNCO+H2O → NH3+CO2 （3）目前普遍认为尿素热解制氨的生成分三步实现：（1）尿素水溶液蒸发析出尿素颗粒；（2）尿素热解生成等物质的量的氨气和异氰酸HNCO；（3）异氰酸进一步水解生成等物质量的氨气和二氧化碳[1]。

尿素热解产物HNCO在气相中稳定存在，不易分解，只有在反应温度≥400 °C 时才会发生水解。

反应温度较低致使尿素热解过于复杂，中间反应产物降低了目标产物NH3的转化率，不利于尿素彻底分解。

因此提高反应温度、添加催化剂是脱硝过程中常用的提高尿素分解效率的手段。

尿素水解反应方程式：CO(NH2)2 + H2O → 2 NH3 + CO2（4）表1 尿素热解和水解技术参数对比[2]调研来看，尿素热解的反应速度最快且最安全，现场几乎没有储氨的容器，但其能耗和运行费用很高，所以较早进入中国市场，业绩较多，但用户的运行成本压力较大。

和尿素热解相比，尿素水解由于采用电厂较为丰富的蒸汽作为热源，能耗较低。

但AOD、U2A 等国外水解技术，反应较慢需要庞大的反应器和缓冲装置，其投资和能耗较高。

催化水解的反应速度也较快，起停迅速，能耗较低，但是该技术相对来说还不是很成熟，在国内尚无应用。

尿素在热解时最终的产物是等量的氨气(NH3)和异氰酸(HNCO)。

虽然HNCO 能进一步发生水解反应生成NH3，但是HNCO在气相下非常稳定，水解反应只有在特定的金属或金属氧化物下才能进行[3]。

HNCO的存在对于脱硝过程是不利的，HNCO与NO能进行还原反应，部分NO被还原成有害的氧化亚氮；在选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)过程中，HNCO先在SCR催化剂的作用下快速水解成NH3后再进一步与NO发生还原反应，减少了还原反应的时间，从而有可能降低催化效果[4, 5]。