尿素热解制氨系统方案

1主要设计原则及技术要求3.1主要设计原则1) 脱硝工艺采用 SCR法。2) 本方案脱硝系统运行的锅炉负荷(MCR)设计条件下限为60% (即60100%BMCR。3) 采用尿素SCR工艺的烟气脱硝技术，若锅炉已有低 NOx燃烧技术(LNB)，烟气脱硝技术应与之配合使用；4) 吸收剂采用 尿素。使用50%尿素水溶液_( wt%)作为SCR烟气脱硝系统的还原 剂；按氨流量要求 每台炉_ 167kg/hr_来设计；5) 脱硝反应器布置在锅炉省煤器和空预器之间。6) 脱硝设备年利用小时暂按6000小时考虑，年运行时间暂按8000小时考虑。7) 脱硝系统整套装置的可用率在正式移交后的一年中大于98%8) 装置服务寿命为 30年。3.2主要技术要求1) 本工程采用尿素热解法制备脱硝还原剂，全厂2台锅炉共用一个还原剂储存与供应系统。2) 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。3) 所有的设备和材料应是新的和优质的。4) 机械部件及其组件或局部组件应有良好的互换性。5) 确保人员和设备安全。6) 观察、监视、维护简单。7) 运行人员数量少。8) 在设计上要留有足够的通道，包括施工、检修所需要的吊装与运输通道及消 防应急通道。3.3规范、规程和标准参考和规章要求-中国工作根据适合中国法规的设备GB8978- 1996污水综合排放标准GB13223- 2003火电厂大气污染物排放标准DB11/139-2002北京市锅炉污染物综合排放标准GBZ2- 2002作业环境空气中有害物职业接触标准DL5033- 1996火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程GB50187- 93工业企业总平面设计规范DL5028- 93电力工程制图标准SDGJ3 83电力勘测设计制图统一规定：综合部分（试行）DL/T5032 94火力发电厂总图运输设计技术规程DL5000- 2000火力发电厂设计技术规程DL/T5121 2000火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程YB9070- 92压力容器技术管理规定GB150 98钢制压力容器GB50260- 96电力设施抗震设计规范DL5022- 93火力发电厂土建结构设计技术规定GB4272-92设备及管道保温技术通则DL/T630 2001火力发电厂保温材料技术条件DL/T5072 1997火力发电厂保温油漆设计规程GB12348- 90工业企业厂界噪声标准GBJ87 85工业企业噪声控制设计规范DL/T5054 96火力发电厂汽水管道设计技术规定SDGJ6- 90火力发电厂汽水管道应力计算技术规疋GBJ16- 1987 (2002)建筑设计防火规范GB50160- 92 (1999)石油化工企业设计防火规范GB50229- 1996火力发电厂与变电所设计防火规范GB50116- 98火灾自动报警系统设计规范DL/T5041 95火力发电厂厂内通信设计技术规定GBJ42- 81工业企业通讯技术规疋NDGJ16- 89火力发电厂热工自动化设计技术规定DL/T657 98火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程DL/T658 98火力发电厂顺序控制系统在线验收测试规程DL/T659 98火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程NDGJ92- 89火力发电厂热工自动化内容深度规定DL/T5175 2003火力发电厂热工控制系统设计技术规定DL/T5182 2004火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定第9页GA/T75 94安全防范工程程序与要求GB14285- 93继电保护和安全自动装置技术规程GB50062 92电力装置的继电保护和自动装置设计规范DL/T 5153 2002火力发电厂厂用电设计技术规定DLGJ56- 95火力发电厂和变电所照明设计技术规定GB9089.4 92户外严酷条件下电气装置装置要求GB7450- 87电子设备雷击保护导则GB50057- 94建筑物防雷设计规范GB12158- 90防止静电事故通用导则GB50052- 95供配电系统设计规范GB50054- 95低压配电设计规范GB50055- 93通用用电设备配电设计规范GB50056- 93电热设备电力装置设计规范GB50058- 92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范DL/T620 1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合GB50217- 94电力工程电缆设计规范DLGJ154- 2000电缆防火措施设计和施工验收标准GB12666.5-90耐火试验（耐高温电缆）DL/T621 97交流电气装置的接地CECS31 91钢制电缆桥架工程设计规范DLGJ158- 2001火力发电厂钢制平台扶梯设计技术规定GB50017- 2003钢结构设计规范GBJ135- 90高耸结构设计规范GB50003- 2001砌体结构设计规范GB50040- 96动力机器基础设计规氾JGJ107 96钢筋机械连接通用技术规程GB/T11263 1998热轧H型钢和部分T型钢YB3301- 92焊接H型钢YB4001- 91压焊钢格栅板NDGJ5- 88火力发电厂水工设计技术规定GBJ14- 87 1997 版室外排水设计规范GBJ13- 86 1997 版室外给水设计规范GBJ69- 84给水排水工程结构设计规范DLGJ24- 91火力发电厂生活、消防给水和排水设计技术规定2工艺系统说明脱硝用还原剂主要有液氨、氨水和尿素。由于液氨是危化品，随着国家对安全的日益重 视，逐渐出台一系列相关的限制措施，使得电厂用液氨时在审批、工期、占地等诸多方面受 到越来越多的制约，氨水也因为其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（Urea）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。4.1热解工艺系统流程尿素热解工艺利用尿素溶液热解工艺为 SCR系统提供反应剂，该工艺可用于控制燃煤电 厂锅炉、垃圾焚烧锅炉、熔炉、焚烧炉或者加热器所产生的NOx的排放以满足排放要求。尿素热解工艺将尿素分解为氨并通过 SCR系统中氨喷射格栅提供脱硝系统所需的还原剂。4.2热解系统从锅炉空预器处引出约 1%总风量的一次或二次空气 （约300C），通过一个高温风机（如 需）输送，再利用电加热器将空气温度再次提升并达到进入热解室的温度（约350650C）。随后将尿素溶液喷入在温度窗内具有适当停留时间的热解室，以确保尿素溶液完全转化为 SCR还原剂。最后将含有 SCR还原剂氨（NH3）的气流导入AIG。整个过程需要监测压力、流量 及温度以满足AIG/SCR的设计要求，保证尿素热解系统的正常运行。尿素热解工艺的主要反应如下：CO（NH）2 NH + HNCO尿素 t 氨+异氰酸HNCO + H2O t NH + CO 2异氰酸+水t氨+二氧化碳尿素在温度高时不稳定，会分解成NH （氨）和HNCO（异氰酸），HNCC再与水反应生成NH和CO。该过程产生的反应剂NH通过AIG注射在锅炉烟气中，与烟气中的氮氧化物NOx反应，生成对环境无害的 2（氮气）和H0（水）。主要反应描述如下：4NO + 4NH 3 + O 2 t 4N2 + 6H 2ONO + NO2 + 2NH 3 t 2N2 + 3H 2O （主要反应）氮氧化物 +氨+ 氧T氮+ 水4NO + 4HNCO + O 2 t 4N 2 + 4CO 2 + 2H 2O （可能反应）氮氧化物 +异氰酸+氧t 氮+二氧化碳 +水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、背压控制阀、热解室、高温风机、电加热器及控制装置等。尿素颗粒由斗提输送到溶解罐里，用去离子水将干尿素溶解成约50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由输送装置、计量分 配装置进入热解室内，与经由高温风机（如需）、电加热器输送过来的高温空气混合热解，生成 NH、HzO和CQ,分解产物与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统。热解系统采用约 50%的尿素溶液作为还原反应剂。50%的尿素溶液将保存在不锈钢或玻璃钢（FRP）储存罐中，容量约为5天（或电厂要求天数）的尿素用量（当环境温度过低时，罐体需要加热和保温）。带泵的循环装置将反应剂提供给每个单元的计量装置， 计量后的反应剂被输送至一系列经过专门设计并安装在热解室入口处的喷嘴。计量装 置可根据系统的需要自动控制喷入热解室的尿素量。系统还包括备用的高温风机及挡 板以保证进入 AIG的氨的流量和压力。4.3系统主要设备尿素热解制氨系统主要包括高流量循环装置、背压控制阀、尿素储仓、给料机、尿素溶 解罐、尿素溶液给料泵、尿素溶液储罐、计量和分配装置（MDM）绝热分解室（DC）、稀释风电加热系统（EH）及控制系统等。整套系统考虑夏天防晒，冬天防冻措施。尿素储存于储间，由斗提输送到溶解罐里，用除盐水将固体尿素溶解成50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由供液泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室，稀释空气经加热 后也进入分解室。雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解，生成的分解产物为NH、H2Q和CQ,分解产物经由氨喷射系统进入脱硝烟道。（1）尿素储间设置1只尿素料斗，尿素筒仓为碳钢制造。尿素卸车应考虑三种卸车方法。 袋装尿素人工卸车、 散装颗粒尿素利用卡车压缩机自动 卸车和尿素溶液利用罐车自带压缩机卸车。（2）尿素溶解罐设置一只尿素溶解罐， 体积为全厂1224小时储量。在溶解罐中，用除盐水或冷凝水制 成50%的尿素溶液。当尿素溶液温度过低时，蒸汽加热系统启动使溶液的温度保持在合理的 温度，防止特定浓度下的尿素结晶。溶解罐除设有水流量和温度控制系统外，还采用输送泵系统将化学剂从储罐底部向侧部进行循环，使化学剂更好的混合。溶解罐由304不锈钢制造，内衬防腐材料，罐体保温。容器为中凹底部、圆锥型底的立 式304SS容器，容器用支脚支撑。罐体内配置全套的人孔、尿素或尿素溶液入口、尿素溶液 出口、通风孔、搅拌器口、液位表、温度表口和排放口等。尿素溶解设备宜布置在室内。(3) 尿素溶液给料泵尿素溶液泵为不锈钢本体碳化硅机械密封的离心泵，两台泵一运一备，并列布置。此外，溶液泵还利用溶解罐所配置的循环管道将尿素溶液进行循环，以获得更好混合。(4) 尿素溶液储罐尿素溶液经由两台尿素溶液给料泵进入尿素溶液储罐，每台泵的容量为1小时内可将溶解罐内的溶液完全输送到尿素溶液储罐。设置两只尿素溶液储罐，容积满足35天的系统用量(50%素溶液)要求。储罐由玻 璃钢(FRP)制造(也可采用304型不锈钢)，并内涂乙烯树脂涂层。储罐为立式平底结构，装 有液面、温度显示仪，装有人孔、梯子及通风孔等。尿素溶液储罐的开口应有人孔、尿素溶液进出口、通风孔、液位表、温度表口和排放口。尿素溶液储罐应设有梯子、平台、栏杆和液面计支架。尿素溶液储存设备可布置在室外。设备间距应满足施工、操作和维护的要求，各设备间的连接管道应保温。(5) 高流量循环装置(HFD)尿素溶液供料系统由一套高流量和循环装置组成，该装置为两台机组供应尿素溶液，布置在尿素溶液储罐附近。每套流量传输装置包括2台全流量的多级 SS离心泵，一用一备，内嵌过滤器、用于远程控制和监测循环系统的压力、温度、流量等仪表。(6) 背压控制阀(PCV)背压控制回路用于调节供料泵为计量装置供应尿素所需的稳定流量和压力，背压控制阀设置一套。(7) 计量分配装置(MDM)每台热解室配备一套计量分配装置。计量分配装置能够精确测量并独立控制输送到每个 喷射器的尿素溶液。计量分配装置布置在热解室附近，计量装置用于控制通向分配装置的尿素流量的供给。该装置将响应电厂 DCS提供的反应剂需求信号。分配模块通过独立化学剂流 量控制和区域压力控制阀门来控制通往多个喷射器的尿素和雾化空气的喷射速率。(8) 绝热分解室(DC)尿素溶液采用绝热分解室分解，相关设备包括：绝热分解室、尿素喷射器等。绝热分解 室布置在SCR附近。经过计量和分配装置的尿素溶液由喷射器喷入绝热分解室，绝热分解室设置1台。经过加热器的高温热风作为分解室的热源，室内温度控制在350650 C。(9) 稀释风电加热系统(EH)为了节约能源，降低系统的运行费用，热解系统将直接采用锅炉的一次风/二次风作为尿素热解反应的稀释风来源。由于稀释空气量仅为一次风/二次风量的1%左右，对锅炉影响微乎其微。锅炉的一 /二次风温度一般为 300C左右，可大幅度减少热解系统的能耗。锅炉的一次风/二次风由高温风机加压送至电加热器进行温度提升，达到热解室的设计温度，并由加热器控制装置维持适当的尿素分解反应温度。 口和DC入口之间的距离。5主要设计参数5.1工艺设计参数表电加热器建议垂直高位置布置，缩短其出工艺设计参数表一1 125MW （单套热解系统参数）机组类型燃煤锅炉，100%MCR系统数量1套热解室系统用于 1台锅炉烟气流量，（SCR入口烟气）在运 含02量干 态 Nm3/hNOx入口浓度（干基，6%含02量）,mg/NmI I3NOx出口浓度（干基，6%含02量）,mg/NmNOx脱除率，%NH 3 逃逸，ppm氨流量*, kg/hr （由客户提供）167电加热器功率，kW627SCR还原剂（干尿素量）,kg/hr303SCR还原剂（50%尿素溶液）,kg/hr606通过热解室的空气流量*, Nm 3/hr4784热解室出口总流量，Nm3/hr5465空气中氨所占份额（vol %） 5%热解室出口温度不应高于400C。在AIG前管线必须保温在 300C以上。设计采用电厂锅炉一次风（300 C,10kPa,暂定）作为热解室的稀释空气，所用的一 次风须是无硫、低尘 （200mg/Nm3）的。5.2电负荷清单序 号用电设备名称台数单台 （kW电压(VAC)合计（kW）备注1溶解罐搅拌电机2r循环输送泵一用一备:3斗提4控制系统5地坑泵Pump6高流量循环装置（HFD）243804变频调速7p MDM十量分配装置1322038电加热器16273806273号机组序 号用电设备名称台数单台 （kW电压（VAC合计（kW备注合计6345.3控制系统I/O表型式AI(420mAAO(420mARTD(Pt1OO)TCDIDO小计还原剂公用区174473611593号锅脱硝SCR区23964528111合计3811.被控对象的I/O （输入/输出）设置要求分类阀门类型I/O描述备注A电动阀2DO/2DI打开DO关闭DO全开DI全关DIIB调节型电动阀1AI/1AO阀位反 馈AI控制信号AOC电动机2DO/3DI启动DO停止DO运行DI电气故障DI远方/就地DID电动机2DO/4DI/1AI启动DO停止DO运行DI电流AI电气故 障DI远方/就地DI电机功率4OKWEF注：各种控制阀和电动机的联锁开、联锁关、闭锁开和闭锁关功能均由PLC的软件实现。