國產尿素水解制氨成套裝置儀控設計

張覺莉

摘 要：根據我國尿素水解制氨技術的發展，本人旨要探討尿素水解制氨技術，儀表選型及控制設計，按照實際情況和實驗證明，供大家參考。

關鍵詞：燃煤電廠 脫硝 尿素水解制氨 儀表 控制

中圖分類號：X5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0093-01

隨著國家對電站煙氣排放標準的提高，煙氣脫硝工程列入了“十二五”的發展規劃（以下簡稱規劃）。規劃中把氮氧化物的總量控制工作提上日程，強調“繼續開展氮氧化物控制研究，加快氮氧化物控制技術開發與示范，為實施總量控制創造條件”。而作為脫硝還原劑液氨的運用由于受到安全、地域等因素的限制，尿素水解制氨技術逐漸受到青睞。從對國外目前所發展的幾種尿素水解制氨技術來分析，該技術化學反應快、負荷跟蹤能力強、原料適應力強，是一種很引人去探討的尿素制氨技術。大型燃煤電廠煙氣脫硝用尿素水解制氨技術及成套裝置是國家科技部批復的高技術研究發展計劃（863計劃）配套研發項目，2013年也已列入了中電聯節能環保分會第一批節能環保推廣應用課題計劃項目。

1 水解原理

尿素具有水解效果，在一定的溫度條件下能水解生成氨和二氧化碳。化學反應式：NH2CONH2+H2O→NH2COONH4，NH2COONH4→2NH3+CO2

2 國產尿素水解制氨系統成套裝置的特點

（1）采用尿素作為煙氣脫硝還原劑的氨源、利用電廠輔汽作為熱源，就地將尿素溶液轉化成為脫硝所需要的還原劑氨氣。解決了采用液氨工藝的原材料運輸、儲存和使用的安全問題，也解決了采用尿素熱解工藝的高能耗、高物耗問題。

（2）經歷了實驗室試驗、中式縮小裝置試驗到大型燃煤機組實際運行三個階段，運行可靠。

（3）解決了傳統尿素水解制氨工藝的堵塞、腐蝕和跟隨機組響應等關鍵問題。

（4）解決了以前國外企業壟斷該技術，轉讓技術費高，脫硝的成本高，缺乏對脫硝核心技術掌握的問題。

3 尿素水解制氨系統成套裝置儀表選型及控制設計

3.1 儀表選型

基于尿素水解系統的特點：高溫、易堵塞、易腐蝕，結合系統需要和使用條件，儀表選型均選用具有類似工況使用經驗的產品，并考慮經濟可靠、實用、先進。與介質接觸的儀表部件采用適合于工作環境的材質。所有顯示儀表刻度單位應符合國際標準工程計量單位。

3.1.1 料位儀表

水解器本體內待水解的尿素溶液液位測量采用桿式導波雷達料位計，避免罐內沸騰、泡沫對液位測量產生影響。同時配套二次顯示儀表，安裝在罐側，便于就地觀測。

3.1.2 溫度儀表

遠傳溫度測量選擇雙支熱電阻（PT100），就地溫度顯示采用雙金屬溫度計。為保證密封性，連接方式采用法蘭式，并采用了適合高溫環境的柔性石墨作為密封墊片。

3.1.3 壓力儀表

壓力變送器采用進口智能式變送器，輸出4～20 mA（兩線制）。壓力表采用不銹鋼壓力表，與介質接觸的部件采用316L材質。考慮到尿素介質易堵塞易結晶的特點，尿素介質的壓力測量均采用法蘭式隔膜取壓，并設計有沖洗接口。

3.2 控制設計

3.2.1 啟動

初次冷啟動時，應向容器內加入50%的脫鹽水和50%的稀釋尿素溶液，直至液面超過管束高度（目標液位）。填料完畢后將啟動預熱程序。先將尿素溶液加熱至略低于尿素反應臨界溫度值的狀態，大約115.6 ℃。當系統轉換為“噴氨”狀態，更多的蒸汽氣流通過管束，尿素被水解為氨基甲酸銨，隨后氨基甲酸銨再分解成氨氣和二氧化碳。

3.2.2 正常操作

尿素水解反應屬于吸熱反應，因此需要輸入熱量（低壓蒸汽）以產生氨氣隨著產品氣從水解器中產出，調整輸入水解器的熱量以維持壓力在設定值。一般為0.55 Mpa。為維持設定壓力值，溫度相應地變化。根據水解器中的壓力變化，通過調節加熱蒸汽流或出水解器氨蒸氣流量使氣壓維持在設定值。

3.2.3 負荷變化

因為在該過程中尿素溶液被消耗，所以水解器內的液位將在控制程序下由稀釋的尿素溶液來補充，維持在目標液位。如果水解器處于準備噴氨狀態而不是噴氨狀態，控制系統將把水解器壓力值控制在0.45 Mpa。為了保持壓力值處于0.45 Mpa，溫度高低可以為任意值。

3.2.4 停車操作

正常停車過程中，尿素溶液繼續進料，熱量輸入停止。水解器的余熱繼續產生氨氣、二氧化碳和水蒸氣，由工藝排放。當水解器溫度下降到93 ℃時，系統進入待機狀態。如果需要進一步的停機或者維修，則沖入除鹽水。如緊急停車，水解器停止供熱、供料，產品氣出口閥關閉。如果此時水解器壓力高，將啟用氨蒸汽回流和緊急冷卻的預防手段。

4 國產尿素水解法制氨技術及成套裝置的成就

該項技術及其成套裝置的研發歷時5年，經歷了實驗室試驗、中式縮小裝置試驗到大型燃煤機組實際運行三個階段。2013年3月，由中國電力企業聯合會在成都主持召開了“煙氣脫硝用尿素水解制氨技術及其成套裝置在大型燃煤電廠應用”的專家評審會。與會專家對該項技術及其成套裝置的投運情況給予了高度肯定。

5 結論

尿素水解技術是國內外重要的尿素制氨技術，從對國外目前所發展的幾種尿素水解制氨技術來分析，該技術化學反應快、負荷跟蹤能力強、原料適應力強，是一種很引人去探討的尿素制氨技術。開發具有自主知識產權的高效尿素水解制氨技術及其成套裝置對促進環保事業的可持續、協調發展都具有重要意義。

參考文獻

[1] 樂嘉謙.儀表工手冊[M].2版.化學工業出版社，2003（7）.

[2] 李遵基.熱工自動控制系統[M].華北電力大學、中國電力出版社，2002（7）.endprint