尿素热解工艺及热解在烟气超低排放中的作用

1.尿素热解工艺说明

1.1脱硝还原剂分析

脱硝用还原剂主要有液氨、氨水和尿素。液氨脱硝由于其初始投资少，运行成本低等优势，原来在电厂脱硝中应用较多。

液氨属于有毒、有害的危险化学品，在其运输、卸料、储存、运行、检修等各个环节均存在安全隐患。氨储存量较大时属于重大危险源，对重大危险源有严格的审批程序。液氨储存制备系统在日常运行和管理上须按照重大危险源要求进行，要求非常高。同时，由于安全距离要求，液氨系统的占地面积大。

综上所述，随着国家对安全的日益重视，逐渐出台的一系列相关的限制措施，使得液氨使用在审批、工期、占地等诸多方面受到越来越多的制约。

同样，氨水也是危险化学品，因为其危险性较大和运行成本居高而受到应用的局限。

作为无危险的制氨原料，尿素具有与液氨相同的脱硝性能，是绿色肥料，完全没有危险和法规限制，可以方便的被运输、储存和使用。

1.2尿素热解工艺说明

尿素颗粒与去离子水配制成指定浓度（40～60％）的尿素溶液，输送至尿素溶液储罐储存，配制好的尿素溶液通过高流量循环模块输送到计量分配模块，该模块可以根据出口氮氧化物浓度控制尿素溶液的流量，并利用压缩空气将尿素溶液雾化并通过喷头喷入热解室内。在尿素热解炉内，尿素溶液与通过稀释风管来的高温稀释风混合热解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统。

热解过程主要反应描述如下：

  CO(NH2)2 →NH3↑+HNCO

           HNCO+H2O→NH3↑+CO2↑

热解系统包括尿素制备系统、尿素溶液储罐、输送装置、计量分配装置、热解室、稀释风机、稀释风加热系统及控制装置等。

1.3热解稀释风及加热

尿素热解需要以高温稀释风作为热源，稀释风温度控制在350~650℃。稀释风可以采用锅炉一次风、锅炉二次风、自然风、干净烟气等，通过电加热、天然气燃烧、燃油燃烧等方式将稀释风提高到适合热解的温度。

当前采用电加热器将稀释风加热的方式应用广，若用户的天然气、焦炉煤气等方便易得，也可采用天然气、焦炉煤气燃烧的方式为热解提供热量。

为了减少尿素热解系统的用电量，工艺是在新建锅炉高温段或通过锅炉改造在锅炉高温段增加稀释风盘管换热器，采用锅炉的高温烟气将稀释风温度加热至热解需要的温度。由于热解所需稀释风量与锅炉烟气量相比非常少，不会造成锅炉多少热损失。该工艺路线可以解决尿素热解工艺耗电量大的缺点。

2.尿素热解与水解对比

2.1尿素水解技术简介

（1）工作原理

在一定的温度、压力（0.5～0.7MPa，140～160℃）条件下，尿素与水作用，先生成氨基甲酰胺（NH2-COO-NH4），氨基甲酰胺受热完全分解成氨和二氧化碳。          

主要反应式：

CO(NH2)2+H2O →NH2-COO-NH4→2NH3↑+CO2↑

（2）工艺参数

反应温度：140～250℃

反应压力：0.5～0.9MPa

尿素溶液质量浓度：40%～60%

加热蒸汽温度：≥180℃

2.2热解与水解技术的对比

表 1尿素制氨工艺技术比较

综上分析可知，除了采用电加热器路线时，尿素热解系统的耗电量较大造成运行成本高于水解，其他关键因素上，尿素热解工艺优势较大。若采用锅炉换热的工艺路线，将稀释风加热至合适温度，去除电加热器，那热解工艺将有更大优势。

2.3尿素热解优势说明

（1）尿素热解制氨工艺和设备具有可靠的质量和先进的技术，能够保证高可用率和低物耗，完全符合环境保护要求，便于运行维护。

（2）工艺操作简洁可靠，基本不需人力和维护，大大降低了现场运行操作人员的负担。

（3）负荷变化的跟随能力强，响应时间短至0～15秒，可简单解决氨逃逸问题。

（4）停止加氨后，系统中无氨的驻留，无氨泄漏的困扰。

（5）热解室是象烟道的设备，无高压设备、无腐蚀、无氨爆炸浓度之虑。

（6）安全性能高，确保人员和设备安全。完全没有安全隐患。

（7）尿素热解制氨系统能适应SCR脱硝装置的启动、停机及喷氨量变化要求。不需要另外的和非常规的操作或准备。

(8) 可满足从小氨需量到大氨需量的所有情况下的供氨。

3.尿素热解技术在超低排放中的作用

3.1超低排放改造逐步推进

随着国内的经济发展，燃煤电厂、非电行业等的烟气排放的指标控制越加严格，烟气污染物的排放越来越受到国家和社会的广泛关注。

2015年12月2日，国务院常务会议决定，在2020年前，对燃煤机组实施超低排放和节能改造，大幅降低发电煤耗和污染排放。

2019年4月28日，生态环境部、发改委、工信部、财政部、交通运输部五部门发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》。该意见提出的主要目标为：全国新建（含搬迁）钢铁项目原则上要达到超低排放水平。推动现有钢铁企业超低排放改造，到2020年底前，区域钢铁企业超低排放改造取得明显进展，力争60%左右产能完成改造，有序推进其他地区钢铁企业超低排放改造工作；到2025年底前，区域钢铁企业超低排放改造基本完成，全国力争80%以上产能完成改造。率先推进的“区域”是指京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原等大气污染防治区域。

由此可见，国家对环保排放要求越来越高，超低排放的标准将逐渐从电力行业推广到钢铁行业、水泥行业等，逐步达到实施。

3.2尿素热解助力超低排放

前边分析过，随着国家对安全越来越重视，尿素以其安全性能和脱硝效果，正逐步取代液氨和氨水，成为烟气脱硝处理中的主流还原剂。

尿素热解主要用在SCR烟气脱硝工艺中。SCR作为脱硝效率更高的脱硝工艺，是氮氧化物达到超低排放的脱硝工艺。在SCR烟气处理中，为达到保护催化剂、保证处理效果的目的，尿素溶液须分解成氨气后进行反应。

采用尿素热解制氨工艺，可以根据进出口浓度方便的控制尿素溶液的喷入量，减少运行成本，保证氮氧化物排放长期稳定达标，同时可以防止氨逃逸的出现，为烟气超低排放超低排放保驾护航。

随着尿素脱硝的逐渐推广，尿素热解工艺作为尿素制氨中的领头兵，在烟气超低排放难度大的氮氧化物超低排放中，必将发挥越来越大的作用。