CN104192862A - 一种利用锅炉气体的尿素水解制氨方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用锅炉气体的尿素水解制氨方法和装置，属于锅炉烟气脱硝领域，方法包括利用锅炉烟气对尿素溶液进行一次初步加热再引入尿素水解装置，在尿素水解装置中再次通入锅炉热的一次风对尿素溶液进行二次加热，尿素水解产生的含NH3气体混合物引出，与从所述尿素水解装置出来的所述一次风，以及另一路直接引自所述锅炉热的一次风混合、稀释。装置包括依次连通的尿素溶液供给装置，布置于锅炉烟道的尿素溶液加热管，尿素水解装置，以及送至SCR脱硝的氨气输出管路，还包括锅炉热的一次风管路，以及设于尿素水解装置中的尿素溶液加热管。本发明是一种兼具运行能耗和运行成本低、尿素分解完全、调节控制准确方便的尿素水解制氨方法和装置。
Description
技术领域
本发明属于锅炉烟气脱硝领域，尤其涉及尿素水解制脱硝还原剂氨。
背景技术
选择性催化还原烟气脱硝工艺(Selective Catalytic Reduction of NOx，简称SCR脱硝工艺)的还原剂主要有液氨、氨水、尿素三种。液氨由于工艺系统简单，投资和运行成本较低，在SCR脱硝工艺中应用较广，但是液氨属于危险化学品，其运输和储存要求苛刻，且获准审批也越来越多地受到法规的限制，极为不便；同样，氨水也因为其运输、储存问题以及投资运行成本居高而受到应用的局限；作为安全性要求相对较低的SCR脱硝还原剂－尿素具有与液氨相同的脱硝性能，没有危化品法规限制，可以方便地被运输、储存和使用。
尿素作为SCR脱硝还原剂，主要工艺有热解制氨和水解制氨工艺，其中热解制氨使用最为广泛，其热解热源广泛，可采用烟气加热，能耗成本低，但又存在着调节控制不准确方便，不能很好的适应复杂多变的生产需求，而且还存在尿素分解不完全，造成原料利用率低及后续一系列问题；而水解制氨工艺由于可利用电厂蒸汽作为尿素水解的热源，也通常被电厂采用，但是该工艺需要消耗大量高品质的蒸汽，不经济。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种兼具运行能耗和运行成本低、尿素分解完全、调节控制准确方便的尿素水解制氨方法和装置。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种利用锅炉气体的尿素水解制氨方法，包括以下步骤：利用锅炉烟气对尿素溶液进行一次初步加热，温度加热到80～150℃，尿素部分被分解成NH3后再引入尿素水解装置，在尿素水解装置中再次通入锅炉热的一次风对尿素溶液进行二次加热，温度加热到130～170℃，压力控制在0.4～0.7MPa，尿素完全水解成气态氨和二氧化碳，尿素水解产生的含NH3气体混合物引出，与从所述尿素水解装置出来的所述一次风，以及另一路直接引自所述锅炉热的一次风混合、稀释后进入SCR脱硝装置作为脱硝反应剂与烟气中的NOx发生SCR脱硝反应。
上述方案中，回收利用锅炉现有烟气和热一次风的热量实现尿素水解，实现了极低的运行能耗和运行成本，解决了现有技术的高成本问题；同时，烟气的初步预热和热一次风的二次加热的两步依次加热，又确保了尿素分解完全，解决了现有技术尿素分解不完全的问题；再者，将尿素的分解控制为主要在水解装置中利用热一次风加热水解，又确保了尿素水解的调节控制的准确方便；而热的一次风也具有一举三得的作用：一路既作为尿素水解的热源，又作为分解后氨气的稀释空气，另一路在含NH3气体混合物进入SCR脱硝装置之前，又作为补充保温以及进一步稀释，确保含NH3气体混合物温度防止含NH3气体混合物温度过低凝结造成堵塞——由此实现整体一举五得的良好效果。
所述热的一次风是指常温的一次风经额外加热后的风。
作为选择，所述锅炉烟气温度300-400℃。
上述方案中，合适的温度既满足初步加热的需求，又尽量避免对锅炉原本系统的影响。尿素溶液在烟气中加热后，烟气的温降约1-3℃，对锅炉的影响小或基本可忽略。
作为进一步选择，所述锅炉热的一次风温度320-350℃。
上述方案中，合适的温度既满足二次加热的需求，又尽量避免对锅炉原本系统的影响。引接的锅炉热的一次风的风量仅需占总风量的0.5-3％。
一种利用锅炉气体的尿素水解制氨装置，包括依次连通的尿素溶液供给装置，布置于锅炉烟道的尿素溶液加热管，尿素水解装置，以及送至SCR脱硝的氨气输出管路，还包括锅炉热的一次风管路，以及设于尿素水解装置中的尿素溶液加热管，所述一次风管路，一路与尿素溶液加热管和氨气输出管路依次连通，另一路直接与所述氨气输出管路连通。
作为选择，所述尿素溶液加热管布置于SCR脱硝装置出口烟道，所述一次风管路引接锅炉预热器的热的一次风。
作为选择，所述尿素溶液供给装置设有尿素溶液流量调节阀，所述尿素溶液加热管设有温度监测装置，所述尿素水解装置设有尿素溶液液位监测装置和压力监测装置。
上述方案中，通过调节进入锅炉烟气中的尿素溶液的量，控制流出烟气加热后的尿素溶液适宜的温度和尿素水解装置的液位保持恒定。
作为选择，所述一次风管路与尿素溶液加热管、氨气输出管路连通的支路上分别设有一次风流量调节阀。
上述方案中，通过调节进入尿素水解装置的锅炉热的一次风的风量，尿素溶液的温度相应改变，尿素水解装置中的气相、液相压力相应变化并维持恒定，尿素水解反应速率相应改变，以适应脱硝负荷变化和脱硝还原剂NH3的需求量。
调节单独引的锅炉热的一次风的量，保持进入SCR脱硝装置的含NH3气体混合物适宜的温度。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案：如本发明，各选择即可和其他选择任意组合，本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
工作过程为：尿素溶液在130-170℃、0.4-0.7MPa的条件下发生水解反应、生成NH3，水解反应速率受温度的影响，水解反应如下:
CO(NH2)2+H2O→2NH3↑+CO2↑
利用锅炉300-400℃的烟气对50％的尿素溶液进行一次初步加热，温度加热到80-150℃，尿素部分被分解成NH3。
一次加热后的尿素溶液引入尿素水解装置，在尿素水解装置中再次通入320-350℃的锅炉热的一次风对尿素溶液进行二次加热到130-170℃，尿素完全水解成气态氨和二氧化碳，在水解装置中形成0.4-0.7MPa的气相和液相。
尿素水解产生的含NH3气体混合物引出，与从水解装置出来的一次风混合、稀释后进入SCR脱硝装置作为脱硝反应剂与烟气中的NOx发生SCR脱硝反应，达到脱除NOx的目的。
在含NH3气体混合物进入SCR脱硝装置之前，单独引一路320-350℃的锅炉热的一次风作为补充保温、稀释气使含NH3气体混合物不低于130℃，防止含NH3气体混合物温度过低凝结造成堵塞。
控制策略：
调节进入锅炉烟气中的尿素溶液的量，控制流出烟气加热后的尿素溶液温度80-150℃和尿素水解装置的液位L保持恒定。
调节进入尿素水解装置的320-350℃的锅炉热的一次风的风量、尿素溶液的温度相应改变，变化范围130-170℃，维持尿素水解装置中的压力P恒定为0.4-0.7MPa范围中的一个定值，尿素水解反应速率相应改变，以适应脱硝负荷变化和脱硝还原剂NH3的需求量。
调节单独引的320-350℃的锅炉热的一次风的量，保持进入SCR脱硝装置的含NH3气体混合物温度不低于130℃。
尿素溶液在烟气中加热后，烟气的温降约1-3℃，对锅炉的影响小或基本可忽略。
引接的350℃左右的锅炉热的一次风的风量占总风量的0.5-3％。
本发明的有益效果：兼具运行能耗和运行成本低、尿素分解完全、调节控制准确方便的三大优点；利用锅炉系统原有资源，设备简单，同时对锅炉的影响小或基本可忽略。
附图说明
图1是本发明实施例的装置流程示意图。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
参考图1所示，尿素溶液供给装置包括尿素溶液箱1、泵11、尿素溶液管12，尿素溶液箱1中50％Wt.的尿素溶液通过泵11、尿素溶液管12送到布置在SCR脱硝装置4出口烟道42中的烟气/尿素溶液加热管13进行一次加热，尿素溶液被初步加热到80-150℃，此时尿素部分分解成NH3，管道介质为NH3/尿素溶液混合物，然后NH3/尿素溶液混合物流出烟道42，通过NH3/尿素溶液混合物管道14进入尿素水解装置2，在尿素水解装置2中，液态的尿素溶液位于水解装置下部，气态的NH3混合气体位于水解装置2的上部。在尿素溶液管12的管线上设置尿素溶液流量调节阀121，NH3/尿素溶液混合物管道14管线上设置温度计T1。
设置一次风管31，引接锅炉预热器3的350℃左右的热的一次风。在一次风管31上分支引出管线32与布置在尿素水解装置2中的一次风/尿素溶液加热管33相连，管线32上设置一次风流量调节阀321。一次风/尿素溶液加热管33用于二次加热尿素水解装置2中的尿素溶液，使尿素溶液的温度维持在130-170℃范围内，一次风加热尿素后流出尿素水解装置流入管线34。管线34与尿素水解装置2顶部连接的含NH3气体混合物管21相连接，用于稀释含NH3气体混合物管21中NH3的浓度。
在一次风管31上单独引一路管线35与含NH3气体混合物管21相连接，作为含NH3气体混合物的保温、稀释补充空气，管线35上设置一次风流量调节阀351。
含NH3气体混合物管21中的含NH3气体混合物流入SCR脱硝装置4入口烟道41中，在SCR脱硝装置4中NH3作为脱硝还原剂与烟气中的NOx发生SCR脱硝反应，达到脱除NOx的目的。含NH3气体混合物管21上设置温度计T2。
尿素水解装置2上设置液位计L和压力表P。
通过尿素溶液流量调节阀121调节尿素溶液流量，控制NH3/尿素溶液混合物的温度T1:80-150℃和尿素水解装置2的液位L保持不变。
保持尿素水解装置2中的压力P恒定为压力范围为0.4-0.7MPa中的定值，调节一次风流量调节阀321、尿素水解装置2中的尿素溶液的温度相应变化，变化范围130-170℃，尿素水解反应速率相应改变，以适应脱硝负荷变化和脱硝还原剂NH3的需求量。
调节一次风流量调节阀351，以保持进入SCR脱硝反应装置的含NH3气体混合物管21上的温度T2不低于130℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种利用锅炉气体的尿素水解制氨方法，其特征在于包括以下步骤：利用锅炉烟气对尿素溶液进行一次初步加热，温度加热到80～150℃，尿素部分被分解成NH3后再引入尿素水解装置，在尿素水解装置中再次通入锅炉热的一次风对尿素溶液进行二次加热，温度加热到130～170℃，压力控制在0.4～0.7MPa，尿素完全水解成气态氨和二氧化碳，尿素水解产生的含NH3气体混合物引出，与从所述尿素水解装置出来的所述一次风，以及另一路直接引自所述锅炉热的一次风混合、稀释后进入SCR脱硝装置作为脱硝反应剂与烟气中的NOx发生SCR脱硝反应。
2.如权利要求1所述的利用锅炉气体的尿素水解制氨方法，其特征在于：所述锅炉烟气温度300-400℃。
3.如权利要求1所述的利用锅炉气体的尿素水解制氨方法，其特征在于：所述锅炉热的一次风温度320-350℃。
4.一种利用锅炉气体的尿素水解制氨装置，其特征在于：包括依次连通的尿素溶液供给装置，布置于锅炉烟道的尿素溶液加热管，尿素水解装置，以及送至SCR脱硝的氨气输出管路，还包括锅炉热的一次风管路，以及设于尿素水解装置中的尿素溶液加热管，所述一次风管路，一路与尿素溶液加热管和氨气输出管路依次连通，另一路直接与所述氨气输出管路连通。
5.如权利要求4所述的利用锅炉气体的尿素水解制氨装置，其特征在于：所述尿素溶液加热管布置于SCR脱硝装置出口烟道，所述一次风管路引接锅炉预热器的热的一次风。
6.如权利要求4所述的利用锅炉气体的尿素水解制氨装置，其特征在于：所述尿素溶液供给装置设有尿素溶液流量调节阀，所述尿素溶液加热管设有温度监测装置，所述尿素水解装置设有尿素溶液液位监测装置和压力监测装置。
7.如权利要求4所述的利用锅炉气体的尿素水解制氨装置，其特征在于：所述一次风管路与尿素溶液加热管、氨气输出管路连通的支路上分别设有一次风流量调节阀。
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