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尿素热解系统
 
1. 尿素的热解制氨原理
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. 小型尿素热解装置

 对于尿素耗量小于50kg/h的小型热解装置,整个尿素系统可以集成在一起,系统简单,结构紧凑,便于小型SCR系统的应用。
 
3. 不同加热装置的热解系统
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。
★电加热热解系统
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。
 
★燃油加热热解系统
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。


     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。

★烟气加热热解系统
内置式:

外置式:
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。
 
4. 加热器的主要参数 
分别以300MW、600MW和 1000MW机组为例,热解装置典型设计与运行参数如表1:
表1.热解装置典型参数
序号
机组
设计尿素耗量
设计尿素浓度
最大风量
设计电功率
运行电功率
1
300MW
255kg/h
50%
6000Nm3/h
570KW
470KW
2
600MW
450kg/h
50%
8000Nm3/h
900KW
730KW
3
1000MW
830kg/h
55%
9000Nm3/h
1200KW
900KW
将原来的电加热改造成烟气加热,采用外置式气-气换热器,其主要参数如表2:
表2.烟气加热装置参数表
序号
名称
300MW机组
600MW机组
1000MW机组
1
最大功率KW
570
900
1200
2
使用功率KW
470
730
900
3
最大风量Nm3/h
6000
8000
9000
4
设计风量Nm3/h
5000
7850
8300
5
入口烟气温度℃
530-630
550-700
540-650
6
进风温度℃
280-300
280-320
277-300
7
出风温度℃
500-550
500-550
500-550
8
设计烟气流量Nm3/h
4500
7400
8200
9
烟气阻力Pa
500
500
500
10
空气阻力Pa
1800
1800
1800
11
烟气管道直径与材质
Φ530/480,321/310s
Φ720/630,321/310s
Φ630/720,321/310s
12
空气管道直径与材质
Φ480/530,321/310s
Φ530/630,321/310s
Φ630/720,321/310s
13
换热器材质
310S
310S
310S
 
5.经济性
现将热解工艺的电加热和烟气加热方案的年费用进行比较。假设年运行时间7000h,厂用电的电价为0.4元/kwh。烟气加热因为对烟道内的烟气温度影响极微,可以忽略,因此并不增加燃料消耗。
经济性分析如下表:
序号
名称
300MW机组
600MW机组
1000MW机组
电加热
烟气加热
电加热
烟气加热
电加热
烟气加热
1
使用功率KW
470
470
730
470
900
900
2
每小时消耗
470kwh
0
730kwh
0
900kwh
0
3
小时成本
188
0
292
0
360
0
4
年运行成本(万元)
132
0
204
0
252
0
5
改造费用(万元)
 
500
 
660
 
800
6
投资回收期(年)
 
3.8
 
3.3
 
3.2
由此可见,项目的投资回收期3年多。
 
 
 

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