CN110898660A - 高效节能脱硝还原剂气化系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效节能脱硝还原剂气化系统及应用，该系统包括：氨水制备单元；氨水存储单元，其连接于氨水制备单元；氨水闪蒸单元，其连接于氨水存储单元，所述氨水闪蒸单元的输出端连接于电厂脱硝系统。将该系统应用于电厂脱硝系统，由于高效节能脱硝还原剂气化系统具有氨水闪蒸单元，可以高效、快速的对低浓度氨水进行闪蒸而让氨水浓度提升到50％，从而提高脱硝的效率，降低对脱硝设备中催化剂的寿命影响。此项技术对于原来采用液氨汽化的电厂来说，可以用最低投入改造氨区，替代液氨罐等乙类危险源，消除燃爆隐患。

Description

高效节能脱硝还原剂气化系统及应用

技术领域

本发明涉及电厂脱硝技术领域，尤其是涉及一种高效节能脱硝还原剂气化系统及应用。

背景技术

目前我国火力发电厂脱硝工艺大部分采用氨作为还原剂的催化还原法 (SCR)，氨气制造系统的几种方法包括：

1、水浴法：采用中温水加热液氨生成气氨。该方法蒸发效率低，气化设备体积大。

2、氨水法：氨水直喷烟道，大量水分也随之进入烟道而蒸发，造成能耗大，而且缩短催化剂的使用寿命。

3、尿素法：用水解或者热解尿素生成液氨或者氨气，但是，其能耗大，运行成本高。

为进一步加强电力安全生产监督管理，持续推进电力行业危险化学品安全综合治理，国家能源局综合司近日发布《切实加强电力行业危险化学品安全综合治理工作的紧急通知》(以下简称《通知》)，要求积极开展液氨罐区重大危险源治理，加快推进尿素替代升级改造进度。

虽然尿素替代升级改造后没有液氨罐区重大危险源，但是，低浓度的氨水对于电厂的脱硝工作也存在如下弊端：

1、由于氨水浓度较低(20％浓度的氨水)，造成脱硝的效率低下；

2、低浓度的氨水内也含有大量的水分，造成催化剂使用寿命也随之降低；

3、低浓度的氨水中含有大量的水分，其汽化容易带走大量的热量，造成脱硝工艺整体能耗大，运行成本高。

从现有电厂脱硝还原剂供应现状来看，还原剂来源主要有(1)液氨(2)尿素(3)氨水，其中液氨存在的问题主要在于：根据《危险化学品重大危险源辨识》，液氨存储的临界量为：10t。超过10t即为重大危险源。采用液氨，安全性低，需要安全间距。尿素存在的问题主要在于：(1)原料成本高，运行成本高；(2)溶解、存储不方便，能耗大，需大量热源；(3)劳动强度大，现场条件较差；(4)占地大，投资高；(5)喷入锅炉和催化剂内的水份多(6)易堵管，造成停运检修。氨水存在的主要问题在于：(1)由于氨水浓度低(20％左右)，运行中带走大量热能。(2)容易引起催化剂中毒，降低催化剂使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效节能脱硝还原剂气化系统及应用，其能够避免电厂出现液氨罐等危险爆炸源，在提高脱硝效率的同时不会影响脱硝设备催化剂的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效节能脱硝还原剂气化系统，其包括：氨水制备单元(10)，其包括氨水制备器(100)，所述氨水制备器设置有氨源进口以及输出口，所述输出口依次安装有氨水循环泵(102)、氨水冷却装置(101)；氨水存储单元，其包括氨水储罐(200)，所述氨水储罐输入端连接于所述氨水冷却装置的输出端；氨水闪蒸单元(30)，其包括第一氨水输送泵(301a)、第一闪蒸加热器(302a)、第一闪蒸罐(303a)，所述第一氨水输送泵(301a)的输入端接于所述氨水储罐(200)的输出端，所述第一氨水输送泵(301a)的输出端连接于所述第一闪蒸加热器(302a)，所述第一闪蒸加热器连接于所述第一闪蒸罐(303a)，所述第一闪蒸罐的氨水气输出端连接于所述氨水气缓冲罐(304)，所述氨水气缓冲罐(304)的输出端连接于氨水气使用端。

与现有技术相比，本发明提供的高效节能脱硝还原剂气化系统能够消灭重大燃爆源，对于电厂等企业而言，不用在厂区设置氨罐等重大燃爆源，安全性得到有效提升；可降低电厂脱硝系统的能耗，由于闪蒸系统提供50％浓度的氨气在降低水的占比的同时，可以避免大量的水进入到炉膛而携带大量的热量排出设备，并且，降低水的占比的同时，可以避免大量的水导致炉膛内催化剂使用寿命降低过快的问题；整个系统的社会效益良好，全国电厂氨区改造替代液氨罐，可以有效提高厂区运行的安全性；该系统的运行成本较低，不会给企业带来运营负担，并且系统的建造成本低，让企业使用更加经济，改造成本也更为合理。

本发明的高效节能脱硝还原剂气化系统还包括：第二氨水输送泵(301b)、第二闪蒸加热器(302b)、第二闪蒸罐(303b)；

所述第二氨水输送泵(301b)的输入端连接于所述第一闪蒸罐(303a)的氨水出口连接于所述第二闪蒸加热器(302b)，所述第二闪蒸加热器(302b)的输出端连接所述第二闪蒸罐(303b)，所述第二闪蒸罐(303b)的氨气输出端连接于所述氨水气缓冲罐(304)，所述第二闪蒸罐(303b)的氨水输出口连接于氨水冷却器(305)。

本发明的高效节能脱硝还原剂气化系统还包括：稀氨水回收系统，所述稀氨水回收系统包括：稀氨水储罐(201)，所述稀氨水储罐(201)的输出端连接于氨水制备器，所述稀氨水储罐(201)的输入端连接于氨水冷却器(305)。

本发明的高效节能脱硝还原剂气化系统中，所述稀氨水回收系统还包括：脱盐水稀释罐(202)，所述脱盐水稀释罐(202)的输出端连接于所述稀氨水储罐(201)，所述脱盐水稀释罐(202)的输入端(202a)连接于氨水制备器、氨水储罐、氨水闪蒸系统安全阀放散氨气端。

本发明的高效节能脱硝还原剂气化系统中，所述氨水气缓冲罐(304)的输入端连接有管道过热器(305)。

本发明的高效节能脱硝还原剂气化系统中，所述氨水制备器(100)的氨源进口连接有卸车鹤管(40)。

本发明的高效节能脱硝还原剂气化系统中，所述氨源进口的氨源采用液氨槽车(50)输送。

本发明的高效节能脱硝还原剂气化系统中，所述氨水储罐(200)具有第二氨源输入接口，所述第二氨源输入接口连接于生产厂商的氨水供给管道。

本发明的高效节能脱硝还原剂气化系统中，氨水冷却装置包括但不仅限于氨水冷却器。

一种高效节能脱硝还原剂气化系统的应用，其应用于电厂脱硝系统，该高效节能脱硝还原剂气化系统具有氨水闪蒸单元。

本发明利用液氨槽车运输原料，在线制备氨水，采用20％氨水存储，使用时，氨水闪蒸提浓，喷入浓度50％的氨气到炉膛。

下面通过表1、表2来对比本发明与现有技术之间的优点：

表1 现有技术的弊端

表2 本发明的优点

本发明具有如下有益效果：

(1)能够保证电厂不出现氨罐等危险爆炸源，提高电厂生产的安全性。

(2)可以高效、快速的对低浓度氨水进行闪蒸而让氨水浓度提升到50％，从而提高脱硝的效率，降低对脱硝设备中催化剂的寿命影响。

利用本发明可以解决如下问题：1、液氨运输，但是不存储液氨，消除重大危险源，且原料运输量小，成本低；2、存储氨水，抗冻，不伴热，不堵塞；3、能耗低，尿素水解、热解能源消耗比本方法高很多；4、进入催化剂的水分少，只有尿素法的1/2的水份，对烟道影响小，对环境影响小；占地比尿素水解、热解小；5、相对液氨无安全间距要求，布置容易，安评降低；6、改善了工作环境，且自动化程度高，操作人员劳动强度小；7、100％循环利用，零污染排放，实现全程无废氨气、废水、废渣排放；8、不会产生结晶物堵塞管道，运行更稳定。

附图说明

图1为本发明实施方式中高效节能脱硝还原剂气化系统的原理图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：在电厂等企业通常需要设置氨气罐来作为电厂脱硝还原剂的供给，但随着社会的发展，氨气罐作为二类危险爆炸源，发生爆炸后对厂区是极具破坏性的，如何消除电厂厂区的氨气罐这种危险爆炸源是国家大力提倡的发展方向。

本发明的实施方式提供了一种高效节能脱硝还原剂气化系统，该系统能够避免在电厂等厂区安装氨气罐这种爆炸源，具体地讲，参见图1，该系统包括：氨水制备单元10、属于非爆炸源的氨水存储单元、将低浓度(例如20％浓度的氨水)氨水快速提升至高浓度(例如50％浓度的氨水)的氨水闪蒸单元，需要注意的是，氨水闪蒸单元输出的是浓度为50％的氨气。

在图1中，氨水制备单元10包括氨水制备器100，所述氨水制备器设置有氨源进口(安装有控制阀)以及输出口，氨水制备器100的氨源进口连接有卸车鹤管40，氨源进口的氨源采用液氨槽车50输送，所述氨水制备器100的输出口依次安装有氨水循环泵102、氨水冷却装置101。该氨水制备单元将液氨槽车输送过来的液氨配制为20％的氨水，(戊类危险源)25％以下的氨水不再作为爆炸源出现，储存也更加安全，也不需要建立防爆隔离区。

氨水制备器是为了实现液氨制备氨水的设备，本氨水制备器采用定比混合的方式制备氨水，氨水制备反应原理：NH₃+H₂O＝NH₃·H₂O。

液氨与脱盐水在氨水制备器内通过液滴碰撞进行快速制备氨水，液氨与水混合过程为放热反应，反应放出的热量大于液氨气化的气化潜热，因此，氨水制备器内温度升高，将部分液氨气化，在氨水制备器内设计有高效规整填料，气化后未被吸收的氨，与水通过逆流传质吸收的方式被吸收制成氨水。

继续参见图1，氨水存储单元包括一个或者多个氨水储罐200，这里采用一个氨水储罐200作为实例加以说明，所述氨水储罐输入端连接于所述氨水冷却装置的输出端，在氨水储罐的输出管路安装有控制阀。该氨水储罐用于存储20％浓度的氨水，此种原料不具有爆炸属性，故而可以替代厂区安装氨气罐这种危险源。

在图1中，氨水闪蒸单元30包括第一氨水输送泵301a、第一闪蒸加热器302a、第一闪蒸罐303a，所述第一氨水输送泵301a的输入端接于所述氨水储罐200的输出端，所述第一氨水输送泵301a的输出端连接于所述第一闪蒸加热器302a，所述第一闪蒸加热器连接于所述第一闪蒸罐303a，所述第一闪蒸罐的氨水气输出端连接于所述氨水气缓冲罐304，所述氨水气缓冲罐304的输出端连接于氨水气使用端。该氨水闪蒸单元将低浓度的氨水快速提升至高浓度的气化氨水，从而直接输送至氨气用料端。

从上述内容可以看出，本发明提供的高效节能脱硝还原剂气化系统能够消灭重大燃爆源，对于电厂等企业而言，不用在厂区设置氨罐等重大燃爆源，安全性得到有效提升；可降低电厂脱硝系统的能耗，由于闪蒸系统提供50％浓度的氨气在降低水的占比的同时，可以避免大量的水进入到炉膛而携带大量的热量排出设备，并且，降低水的占比的同时，可以避免大量的水导致炉膛内催化剂使用寿命降低过快的问题；整个系统的社会效益良好，全国电厂氨区改造替代液氨罐，可以有效提高厂区运行的安全性；该系统的运行成本较低，不会给企业带来运营负担，并且系统的建造成本低，让企业使用更加经济，改造成本也更为合理，特别适合电厂原有氨区的改造。

值得一提的是，本发明的高效节能脱硝还原剂气化系统采用两级闪蒸结构，故而该系统还包括第二氨水输送泵301b、第二闪蒸加热器302b、第二闪蒸罐303b，所述第二氨水输送泵301b的输入端连接于所述第一闪蒸罐303a的氨水出口连接于所述第二闪蒸加热器302b，所述第二闪蒸加热器302b的输出端连接所述第二闪蒸罐303b，所述第二闪蒸罐303b的氨气输出端连接于所述氨水气缓冲罐304，所述第二闪蒸罐303b的氨水输出口连接于氨水冷却器305。该部分结构可以对第一闪蒸罐的氨水进行二次闪蒸，可以给脱硝系统给予更高效率的供料。

另外，高效节能脱硝还原剂气化系统还包括稀氨水回收系统，所述稀氨水回收系统包括稀氨水储罐201，所述稀氨水储罐201的输出端连接于氨水制备器，所述稀氨水储罐201的输入端连接于氨水冷却器305。

当然，所述稀氨水回收系统还可以包括脱盐水稀释罐202，所述脱盐水稀释罐202的输出端连接于所述稀氨水储罐201，所述脱盐水稀释罐202的输入端 202a连接于氨水制备器、氨水储罐、氨水闪蒸系统安全阀放散氨气端。脱盐水稀释罐为氨水制备提供脱盐水，并且吸收氨水制备器、氨水计量罐放散的氨气，实现全程密闭操作，无废气、废水排放。稀氨水储罐201旨在存储二级闪蒸罐 (第二闪蒸罐303b)闪蒸后溶液，并输送至氨水制备器。

需要指出的是，稀氨水储罐201的材质例如是SS304，两级闪蒸系统的闪蒸罐材质同样可以考虑SS304。

从图1可以看出，所述氨水气缓冲罐304的输入端连接有管道过热器305，用以稳定输出。

在图1中示出了第一闪蒸加热器302a、第二闪蒸加热器302b各自的蒸汽入口P。各蒸汽入口的管路安装有控制阀，需要说明的是，控制阀在图1中示出了六个，泵在图1中示出了五个。

需要说明的是，所述氨水储罐200具有第二氨源输入接口，所述第二氨源输入接口连接于生产厂商的氨水供给管道。这样，既可以利用槽罐车运输氨源，也可以让电厂附近的氨水生产企业直接用管道供给氨源到氨水存储罐。

本发明的氨水制备器，其具有如下优点：可在线快速制备氨水，制出氨水浓度稳定，可在2-3小时内制备完成一个液氨槽车；基本无漏点故障率低，运行安全稳定；氨水制备过程无废氨气排放，液氨全部利用；设备体积小，可成撬布置，占地面积小；无需存储液氨，可实现液氨卸车直接制备氨水；氨水制备器为常压设备，无需防爆隔离区。

本发明将高效节能脱硝还原剂气化系统应用于电厂脱硝系统，可以避免电厂厂区出现爆炸源的问题，可以对原有氨区重大危险源的改造特别有效，符合能源局规定的尽快消除重大危险源的要求。

本发明与现有技术的对比结论如下：

1、与液氨气化对比，取消了重大危险源。

2、工艺简单可靠，工作环境好，自动化程度高，劳动强度小。

3、与尿素水解、热解对比，喷入催化剂内的水量减少了50％。

4、与尿素水解、热解对比，原料消耗、能耗、投资三方面每年节省大量费用，600mw电厂节省约1000万元。

本发明的占地面积等分为三部分：

1、氨水制备撬：长×宽＝7000mm×5400mm

占地面积约：38m²

2、氨水闪蒸撬：长×宽＝8000mm×7500mm

占地面积约：60m²

3、可利用原有氨区改造。

氨水制备单元10(氨水制备撬)、氨水闪蒸单元30(氨水闪蒸撬)，撬装一体化结构，设备性能稳定性好，安装、运输简便，现场施工时间短。将氨水制备系统中所有的设备、仪表、阀门、管路依照生产工艺流程图将设备、仪表、阀门等集合成撬，装在设备的一个底盘上，整体运输到现场，用户安装时只需要进行设备进出口的连接即可。设计、施工简单，工期短。

本实施例选择氨水作为电厂脱硝还原剂，以20％左右浓度储存很安全，使用时通过二级闪蒸浓缩至50％以上喷入烟道，比尿素法水含量少一半。采用液氨卸车直接制备氨水、存储氨水，消灭了液氨储罐重大危险源问题。采用氨水闪蒸浓缩的方式将氨水进行提浓，可将氨的浓度提高到50％wt。闪蒸后的气体供脱硝工艺使用，闪蒸后的稀氨水返回前端氨水制备系统，重复利用制备氨水。

实施例2：与实施例1的不同之处在于，为保证电厂脱硝氨供应系统连续正常运行，本实施例中氨水制备、氨水存储、氨水闪蒸系统中调节阀、流量计、泵均采用一用一备设计，例如在氨水制备器100的输出端设置调节阀、流量计、泵。

考虑到系统的安全性，在氨水制备器100、氨水储罐200上均设置安全放散装置，在一级闪蒸罐303a、二级闪蒸罐303b、氨气缓冲罐304上设置有安全阀，放散出的氨气，进入脱盐水稀释罐202内进行二次吸收，实现了氨水制备及氨水存储无废氨气、废水排放，实现了“零排放”。

液氨经槽车输送到厂区后，由液氨卸车鹤管，把液氨直接输送到氨水制备器中与脱盐水按照一定比例混合，快速制备出一定浓度的氨水，氨水制备器内的氨水通过氨水泵输出，经氨水冷却器冷却后一部分回流至氨水制备器内，进行二次吸收，一部分进入氨水储罐存储。

通过氨水密度计检测，根据检查结果可以调整除盐水量和回流量，使氨水出料维持在要求的浓度范围。

氨水通过氨水输送泵、一级闪蒸加热器加热后通入一级闪蒸罐内，闪蒸后的液体通过一级闪蒸泵输送、二级闪蒸加热器加热后通入二级闪蒸罐内。经过二级闪蒸罐闪蒸后的氨气与一级闪蒸罐闪蒸后的氨气混合后送入脱硝系统使用。

二级闪蒸罐闪蒸后的溶液通过自压输送至稀氨水储罐。通过稀氨水泵送至氨水制备器内，作为氨水制备器的喷淋水使用。

系统放散的氨气全部进入脱盐水稀释罐进行再次吸收，经脱盐水泵送入稀氨水罐内存储。

值得一提的是，该系统还可以设置控制系统，以PLC为控制核心，将PLC 控制器安装于控制柜内，控制柜为防爆结构形式，安装在现场撬体上。在氨水制备、氨水存储、氨水闪蒸的关键部位均设有自动阀、远传仪表等，例如在氨水制备器100的输出管路安装连接于PLC的自动阀，在氨气缓冲罐的输出端安装远传压力表，控制柜预留通讯接口，可将信号远传至业主DCS系统，远程操作，并可一键启停，现场可做到无人值守，全自动操作。

该控制系统由PLC+液晶真彩触摸屏+组态软件+电气元件组成，在控制柜上显示全站工艺的工艺流程图和各种参数的测量值，并且有报警功能，实现记录、查询等报表功能，同时可以方便的在触摸屏上修改参数。

综上所述，本发明应用于电厂脱硝系统，由于采用液氨槽车卸车直接快速制备氨水，现场无液氨存储，安全性高，无重大危险源，无安全间距要求，占地面积小；一次性投入成本低。并且还具有如下优势：

(1)与尿素热解、尿素水解相比，能耗低，运行成本低，无堵塞风险。

(2)无安全间距，占地面积小。

(3)氨水制备、氨水存储、氨水闪蒸过程自动化程度高，劳动强度低，可实现无人值守。

(4)氨水制备、氨水存储、氨水闪蒸过程全程为密闭操作，无废氨气、废水排放，真正意义上实现“零排放”。

(5)采用氨水闪蒸浓缩的方式将氨水进行提浓，可将氨的浓度提高到 50％wt，在供氨量相同的情况下，喷入锅炉及催化剂内的水量比尿素减少了50％。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高效节能脱硝还原剂气化系统，其特征在于，其包括：

氨水制备单元(10)，其包括氨水制备器(100)，所述氨水制备器设置有氨源进口以及输出口，所述输出口依次安装有氨水循环泵(102)、氨水冷却装置(101)；

氨水存储单元，其包括氨水储罐(200)，所述氨水储罐输入端连接于所述氨水冷却装置的输出端；

氨水闪蒸单元(30)，其包括第一氨水输送泵(301a)、第一闪蒸加热器(302a)、第一闪蒸罐(303a)，所述第一氨水输送泵(301a)的输入端接于所述氨水储罐(200)的输出端，所述第一氨水输送泵(301a)的输出端连接于所述第一闪蒸加热器(302a)，所述第一闪蒸加热器连接于所述第一闪蒸罐(303a)，所述第一闪蒸罐的氨水气输出端连接于所述氨水气缓冲罐(304)，所述氨水气缓冲罐(304)的输出端连接于氨水气使用端。

2.根据权利要求1所述的高效节能脱硝还原剂气化系统，其特征在于，还包括：第二氨水输送泵(301b)、第二闪蒸加热器(302b)、第二闪蒸罐(303b)；

所述第二氨水输送泵(301b)的输入端连接于所述第一闪蒸罐(303a)的氨水出口连接于所述第二闪蒸加热器(302b)，所述第二闪蒸加热器(302b)的输出端连接所述第二闪蒸罐(303b)，所述第二闪蒸罐(303b)的氨气输出端连接于所述氨水气缓冲罐(304)，所述第二闪蒸罐(303b)的氨水输出口连接于氨水冷却器(305)。

3.根据权利要求1或2所述的高效节能脱硝还原剂气化系统，其特征在于，还包括：稀氨水回收系统，所述稀氨水回收系统包括：稀氨水储罐(201)，所述稀氨水储罐(201)的输出端连接于氨水制备器，所述稀氨水储罐(201)的输入端连接于氨水冷却器(305)。

4.根据权利要求3所述的高效节能脱硝还原剂气化系统，其特征在于，所述稀氨水回收系统还包括：脱盐水稀释罐(202)，所述脱盐水稀释罐(202)的输出端连接于所述稀氨水储罐(201)，所述脱盐水稀释罐(202)的输入端(202a)连接于氨水制备器、氨水储罐、氨水闪蒸系统安全阀放散氨气端。

5.根据权利要求1所述的高效节能脱硝还原剂气化系统，其特征在于，所述氨水气缓冲罐(304)的输入端连接有管道过热器(305)。

6.根据权利要求1所述的高效节能脱硝还原剂气化系统，其特征在于，所述氨水制备器(100)的氨源进口连接有卸车鹤管(40)。

7.根据权利要求1所述的高效节能脱硝还原剂气化系统，其特征在于，所述氨源进口的氨源采用液氨槽车(50)输送。

8.根据权利要求1所述的高效节能脱硝还原剂气化系统，其特征在于，所述氨水储罐(200)具有第二氨源输入接口，所述第二氨源输入接口连接于生产厂商的氨水供给管道。

9.一种高效节能脱硝还原剂气化系统的应用，其特征在于，其作为电厂脱硝还原剂供应系统应用于电厂脱硝领域。

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