尿素水解制氨設(shè)備 尿素水解制氨設(shè)備
尿素水解制氨反應(yīng)原理
尿素在水的作用下分解成氨(產(chǎn)生的氨可與水反應(yīng)成一水合氨)和二氧化碳的過程。在低溫水解速度緩慢。尿素水解產(chǎn)生氨,把已生成的NOX還原為N2,從而脫除煙氣中的NOX
化學(xué)方程式:CO(NH2)2+H2O=CO2↑+2NH3↑
1.1 系統(tǒng)概述
尿素水解法制氨系統(tǒng)包括尿素儲存間、斗提機(jī)、尿素溶解罐、尿素溶液給料泵、尿素溶液儲罐、尿素溶液輸送裝置、尿素水解反應(yīng)器及控制裝置等。
尿素儲存于儲存間,由斗提機(jī)輸送到溶解罐里,用除鹽水將干尿素溶解成約50%質(zhì)量濃度的尿素溶液,通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐。尿素溶液經(jīng)由輸送泵進(jìn)入水解反應(yīng)器,水解反應(yīng)器中產(chǎn)生出來的含氨氣流送至反應(yīng)區(qū),被熱風(fēng)稀釋后,產(chǎn)生濃度小于5%的氨氣進(jìn)入氨氣—煙氣混合系統(tǒng),并由氨噴射系統(tǒng)噴入脫硝系統(tǒng)。系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽冷凝水回收至疏水箱中,作為系統(tǒng)沖洗及溶液配置用水。系統(tǒng)排放的廢氨氣由管線匯集后從廢水池底部進(jìn)入,通過分散管將氨氣分散入廢水池中,利用水來吸收安全閥排放的氨氣。
賣方所設(shè)計(jì)的尿素制氨工藝應(yīng)滿足:還原劑的供應(yīng)量能滿足鍋爐不同負(fù)荷與脫硝效率的要求,調(diào)節(jié)方便、靈活、可靠。尿素儲存區(qū)與其他設(shè)備、廠房等要有一定的安全防火距離,并在適當(dāng)位置設(shè)置室外防火栓,設(shè)有防雷、防靜電接地裝置。尿素制氨工藝應(yīng)配有良好的控制系統(tǒng)。
尿素溶解罐、尿素溶液儲罐、尿素溶液輸送裝置、尿素水解反應(yīng)器等為2臺機(jī)組的SCR系統(tǒng)公用。
1.2 主要設(shè)備
(1) 尿素儲存間
賣方為買方設(shè)計(jì)一個(gè)尿素儲存間,尿素顆粒儲存間的容量按兩臺機(jī)組脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況下連續(xù)運(yùn)行5d(每天按24h計(jì))所需要的尿素用量來設(shè)計(jì)。
(2) 尿素溶解罐
設(shè)置一座不銹鋼材質(zhì)的尿素溶解罐,每只尿素溶解罐配1臺斗提機(jī)。將尿素輸送到溶解罐。在溶解罐中,用去除鹽水制成約50%的尿素溶液。當(dāng)尿素溶液溫度過低時(shí),蒸汽加熱系統(tǒng)啟動使溶液的溫度高于80℃(確保不結(jié)晶)。材料采用SS304不銹鋼。有效容積按2臺鍋爐BMCR工況下1天的用量設(shè)計(jì)。
尿素溶液給料泵為不銹鋼本體,碳化硅機(jī)械密封的離心泵,設(shè)兩臺泵一運(yùn)一備,并列布置。此外,溶液給料泵還利用溶解罐所配置的循環(huán)管道將尿素溶液進(jìn)行循環(huán),以獲得更好混合。
(3) 尿素溶液儲罐
尿素溶液經(jīng)由尿素溶液給料泵進(jìn)入尿素溶液儲罐。設(shè)置兩只尿素溶液儲罐,滿足5天的系統(tǒng)用量(40~60%尿素溶液)要求。儲罐采用SS304不銹鋼制造。儲罐為立式平底結(jié)構(gòu),裝有液面、溫度顯示儀、人孔、梯子、通風(fēng)孔及蒸汽加熱裝置(保證溶液溫度高于配制濃度對應(yīng)的結(jié)晶溫度5℃以上)等。儲罐基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu),儲罐露天放置時(shí),四周加有隔離防護(hù)欄,并應(yīng)考慮現(xiàn)場其他情況變量包括地震帶,風(fēng)載荷、雪載荷和溫度變化等。罐體外實(shí)施保溫。
設(shè)置尿素溶液伴熱管道系統(tǒng)。尿素溶液管道由尿素溶解罐及儲罐的加熱蒸汽疏水進(jìn)行伴熱。蒸汽管道將從廠區(qū)輔助蒸汽母管上引接。
(4) 尿素溶液輸送泵
設(shè)置一套尿素溶液供應(yīng)裝置,為水解反應(yīng)器的脫硝裝置供應(yīng)尿素溶液。尿素溶液輸送泵為不銹鋼本體,碳化硅機(jī)械密封的離心泵,設(shè)兩臺泵一運(yùn)一備,并列布置。
(5) 尿素水解系統(tǒng)
尿素水解系統(tǒng)包括尿素水解反應(yīng)器模塊、計(jì)量模塊等。
濃度約40-60%的尿素溶液被輸送到尿素水解反應(yīng)器內(nèi),飽和蒸汽通過盤管的方式進(jìn)入水解反應(yīng)器,飽和蒸汽不與尿素溶液混合,通過盤管回流,冷凝水由疏水箱、疏水泵回收。水解反應(yīng)器內(nèi)的尿素溶液濃度可達(dá)到40~60%,氣液兩相平衡體系的壓力約為0.48~0.6MPa,溫度約為136~160℃。水解反應(yīng)器中產(chǎn)生出來的含氨氣流首*入計(jì)量模塊,然后與機(jī)組來熱一次風(fēng)在氨氣-空氣混合器處稀釋,后進(jìn)入氨氣-煙氣混合系統(tǒng)。水解器材質(zhì)為316L。
2臺爐設(shè)置2臺水解反應(yīng)器,一用一備,水解反應(yīng)器布置在尿素車間,單臺水解反應(yīng)器設(shè)備出力滿足兩臺爐BMCR負(fù)荷下設(shè)計(jì)入口NOx濃度時(shí)大氨耗量。
水解反應(yīng)器為該系統(tǒng)的核心設(shè)備具體要求如下:
水解反應(yīng)器設(shè)置有氣相泄壓及液相泄壓等多套安全措施。
尿素溶液供應(yīng)及尿素水解反應(yīng)器的制氨能力有10%的裕量。
水解反應(yīng)器使用壽命不少于30年。尿素水解反應(yīng)器的布置在尿素區(qū)。保證機(jī)組在任何工況下尿素水解反應(yīng)器能滿足脫硝反應(yīng),不影響脫硝效率。
水解反應(yīng)器材質(zhì)采用316L不銹鋼,不需要額外添加壓縮空氣等防腐措施即滿足使用需求。采用撬裝模塊化供貨,撬裝模塊需要集成與水解器本體相連的所有閥門、管道、儀表及電伴熱控制系統(tǒng)等。水解器模塊上所有尿素溶液和氨氣管線均需要設(shè)置電伴熱系統(tǒng),其電伴熱系統(tǒng)需要集中顯示在電伴熱控制柜上顯示。水解反應(yīng)器模塊須設(shè)置4級安全保護(hù)措施,包括但不限于關(guān)斷蒸汽輸入、泄放水解器內(nèi)氣相壓力、泄放水解器內(nèi)液相溶液、安全閥起跳、爆破片爆破等。水解器撬裝模塊上集成氨氣管道自動清洗吹掃裝置,其集成的水解器壓力、液位測點(diǎn)需設(shè)置冗余。
(6) 伴熱系統(tǒng)
對尿素溶液輸送管道,賣方應(yīng)配置伴熱系統(tǒng)。水解反應(yīng)器后的氣氨輸送管道合理保溫,保證氨空氣混合器前的溫度不低于120℃。
(7)泵、管道、閥門
泵、管道、閥門等與尿素接觸的設(shè)備的材料均為不銹鋼。水解反應(yīng)器出口到AIG入口的管道、閥門宜采用316L不銹鋼材質(zhì)。
輸送尿素溶液時(shí),當(dāng)管道的公稱直徑小于 DN50 時(shí),管道內(nèi)尿素溶液流速不大于1m/s;當(dāng)管道的公稱直徑大于 DN50 時(shí),管道內(nèi)尿素溶液流速不大于 2m/s。
(8)水沖洗系統(tǒng)
尿素溶液管道均應(yīng)有保溫措施避免尿素溶液結(jié)晶,在尿素溶液管道上要設(shè)置完善的除鹽水沖洗系統(tǒng),消除尿素溶液結(jié)晶的影響。沖洗水終回到尿素溶解罐。
(9) 加熱蒸汽及疏水回收系統(tǒng)
尿素溶解罐和溶液儲罐采用蒸汽加熱系統(tǒng),尿素溶液管道采用蒸汽疏水伴熱系統(tǒng)。
賣方從買方的主廠房蒸汽母管或鍋爐輔助蒸汽管道的接口處接出蒸汽,并將伴熱系統(tǒng)的疏水回用。