电厂尿素热解和水解工艺研究

北极星环保网讯:介绍了脱硝还原剂的选择,并以600MW机组为例对尿素热解和水解制氨工艺从技术、经济性两方面进行了分析比较。结果表明,尿素水解工艺在设备投资上比热解工艺投资要低约11%,而且每年运行费用大约要低27%;但从工艺成熟性和运行安全考虑,尿素热解技术要比水解技术更成熟、运行更稳定和安全。研究结果对目前火电厂选择合适脱硝工艺具有一定的现实意义和参考价值。

氮氧化物是大气的主要污染物之一,其排放引起了一系列的环境问题,如酸雨、光化学烟雾、城市雾霾等,并且酸雨已由日益严重的硫酸型向硫酸硝酸混合型转化[1],对国民经济和生态环境造成严重的损害。面对如此严重的环境问题,国家环保部于2011底颁布了最新《火电厂大气污染物排放标准》。

规定烟尘排放限值由50mg/m3降低至30mg/m3;2012年1月1日起,新建火电机组氮氧化物排放标准为100mg/m3;2014年7月1日起,现有火电机组氮氧化物排放标准为100mg/m3。据统计,我国大气污染物中NOx的60%来自于煤的燃烧,其中,火电厂发电用煤又占了全国燃煤的70%。

2004年,全国NOx的排放总量达到1600万t左右,电力行业排放量约占一半。以2009年的数据看,仅电力行业氮氧化物的排放总量就达到了1400万t,且排放量正在逐年增加[2]。在新排放标准的重压以及日益严重的环境问题下,2014年现有热电厂上马烟气脱硝项目势在必行。

1烟气脱硝还原剂的选择

我国NOx的排放控制尚处于起步阶段,仅仅依靠低碳燃烧技术还不能满足脱硝的要求,还需要实施烟气脱硝技术。其中技术成熟、运行稳定并且脱硝效率最高的烟气脱硝技术是选择性催化还原(SelectiveCatalyticReduction,SCR),即烟气中NOx在催化剂作用下,与还原剂发生反应生成无毒无污染的氮气和水。

脱硝还原剂主要有液氨、氨水和尿素。氨是危险品,具有很高的毒性和燃烧性,当空气和氨气的混合浓度在16%~25%范围内,遇到明火就可发生剧烈燃烧和爆炸;人长期暴露在氨气中,也会对肺造成损伤,直接与氨接触会刺激皮肤、灼伤眼睛,造成暂时或永久性失明。

氨水呈强碱性和腐蚀性,当空气中氨气在16%~25%范围内时会有爆炸的危险,其暴露途径与氨相似,对人体也会产生伤害。氨水和液氨都属于危险化学品。而尿素则是无毒、无害的化学品,是农业常用的肥料,无爆炸可能性,完全没有危险性。

出于尿素在运输、储存中无需安全及危险性的考量,以及不需任何的紧急措施来确保安全[3~5],更加适用于烟气脱硝工程,尤其是距离城市、居民区较近的燃煤电站。目前尿素制氨技术主要有两种:尿素热解和尿素水解工艺。本文主要对这两种制氨工艺从技术特点、经济方面进行对比。

2尿素热解技术

2.1尿素热解工艺流程简介

目前尿素制氨应用最多的工艺就是尿素热解法,尿素热解技术大多来自美国FuelTech公司,其工艺流程见图1。

图1尿素热解工艺流程图

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