燃煤發電廠尿素催化水解制氨工藝運行中出現的問題及處理

菅春樹

（天津大唐國際盤山發電有限責任公司，天津 301900）

0 引言

SCR煙氣脫硝技術是目前燃煤發電廠脫硝的主流技術，其采用氨氣作為還原劑，在催化劑的作用下，將氮氧化物還原成氮氣和水，從而達到脫硝的目的。目前，SCR脫硝制氨技術主要有兩種：一種是采用液氨法；另一種是采用尿素法。尿素制氨技術主要有尿素熱解、普通尿素水解和尿素催化水解。由于液氨作為脫硝還原劑存在較大的安全隱患，以防范重特大事故為重點加強對危險化學品的分級管控，因而城市周邊的電廠，尤其是燃煤發電廠，采用尿素制氨技術已成為共識。由于尿素催化制氨反應速度快、能耗低、副產品物少等優點已經作為電廠首先方案。2017年為落實集團要求，加強對危險化學品的分級管控，實施了脫硝還原劑由液氨改尿素催化水解技術制氨工程，項目于2018年8月份投入運行。項目經過在實際中不斷改進和完善，目前整體系統在2X600MW機組運行中穩定。工藝結構可以在其它機組改造中加以借鑒。

1 尿素水解制氨系統主要工藝

尿素催化水解制氨流程為：將儲存于尿素儲存間的袋裝尿素人工拆包，拆包后的尿素經斗提機輸送到溶解罐里。用除鹽水經蒸汽換熱器加熱將尿素顆粒溶解成40%～50%質量濃度的尿素溶液，再通過尿素溶液混合泵輸送到尿素溶液儲罐。尿素溶液儲存罐里的尿素溶液利用蒸汽換熱器加熱對其進行保溫，溫度維持在40～50℃。溶液罐里的尿素溶液通過溶液輸送泵持續送至催化水解反應器，進行水解產生氨氣。加熱蒸汽疏水回收至疏水箱。尿素溶液經由尿素溶液輸送高流量泵根據汽側壓力等控制進入水解反應器，利用蒸汽對其進行加熱水解，水解產生出來的含氨氣流經流量調節模塊分配后進入氨空氣混合器被熱的稀釋空氣稀釋后，產生濃度小于5%的氨氣進入氨氣—煙汽混合系統，并由氨噴射系統噴入SCR反應塔內.。

2 水解制氨工藝設備投入后存在的問題及處理

兩臺水解器設計共用一個材質316L出口母管，產品汽輸送管采用套管伴熱方式進行伴熱防止系統結晶，在產品汽輸送管外面套裝材質為碳鋼的蒸汽管，蒸汽管外再加上絕熱保溫棉工藝。工作時輔助蒸汽從產品汽管外和加套管內通過，蒸汽直接加熱產品汽管。蒸汽從夾套管上部引入，冷凝水由套管下部排出，冷凝水管在套管根部設置一次隔斷門，冷凝水進入冷凝水收集管回疏水箱中二次利用，在實際投入運行時從管廊架至地面上的疏水閥管道內積存較多冷凝液，出現伴熱溫度低，且冬季頻繁出現豎直疏水管與二次手動門處凍固焊口結冰開裂；疏水閥疏水不暢，導致疏水大量積存，故障疏水閥直接排出蒸汽，增加了蒸汽的耗量；在豎直疏水管道安裝DN32截止閥，管道內的殘留雜質，堵塞管路導致疏水閥無法疏水和流通蒸汽；套管式伴熱，伴熱蒸汽170℃左右，產品汽在138℃左右，兩種不同材質管道熱縮性不一致，造成產品管道拉長變形嚴重出現泄漏現象，疏水箱內出現了氨水味。兩臺水解器出口公用一根母管給兩臺機組供氨，非單元制設計。一臺機組停運后，無法實現吹掃。為解決上述問題，在機組檢修時對產品汽輸送管道結構進行單元制改造，每臺水解器對應一臺機組，單元母管之間設置聯絡門。對產品汽管道伴熱改造為伴熱管鋪設。與產品汽及尿素溶液接觸閥門內漏或雜物卡澀，產品汽管道吹掃管道閥門內漏，產品汽體進入吹掃蒸汽管道內使材質差的閥門、管道腐蝕泄漏。蒸汽吹掃管道設計母管一個，分支引出到底部排污管道吹掃、表面排污吹掃、尿素溶液輸送管道吹掃，全部混用蒸汽母管造成產品汽互通，造成薄弱點泄漏。尿素溶液輸送管道排污排管與水解器加熱管道疏水管聯通，在與尿素溶液連接閥門內漏時會造成了疏水管道結晶堵塞問題。尿素顆粒物含有雜質以及同時人工拆卸袋子時加裝尿素顆粒。把水泥地面上雜質也隨尿素顆粒一同送入溶解罐中，細小顆粒部分進入尿素水解器中，部分雜物沉積水解器底部；還有部分雜物隨產品器進入管道，粘結在閥門球體和閥體。顆粒物造成閥門卡澀無法開關或關閉不嚴。產品汽母管至3、4號機組出口手動門、聯絡門、事故排放閥門等發生過卡澀，嚴重影響設備安全和環保事件。針對閥門內漏及顆粒雜物問題，廠內決定所有與尿素水解產品汽以及尿素溶液接觸的閥門材質采用2205及以上等級的不銹鋼。人工溶解尿素顆粒物加裝吸料機及鋪設鐵板槽，尿素溶解罐制作了罐裝車接口管道，盡快能減少雜質隨尿素顆粒進入尿素溶液中。機組負荷高，水解器出力大時，適當增加水解器排污時間和排污次數。機組負荷低，水解器出力小時，適當減少水解器排污時間和排污次數。水解器蒸汽管道排污管與尿素溶液疏送管排污實現單獨鋪設。杜絕蒸汽與氨氣互通腐蝕。

尿素水解區域內沒有設置氨汽吸收系統，事故狀態下氨汽主要排放至地坑中，造成地坑四周環境中氨味較大。制作氨氣吸收罐、連接管道和噴淋水管。水解器安全門排放管道連接至氨汽吸收罐。當出現異常時，氨氣排入氨汽吸收罐，當吸收罐內溫度達到30℃時，自動開啟噴淋，大量消防水噴出吸收氨氣。含氨廢水通過氨氣吸收罐的溢流水管排出，進入廢水坑。

水解器加熱后疏水、溶解罐、儲存罐、產品汽管道伴熱疏水全部進入疏水箱，疏水由于溫度高于100℃，會全部從疏水箱排氣管排入大氣，在冬季排出蒸汽特別明顯，熱量損耗較大。對于疏水箱排空管冒蒸汽問題，公司技術人員對排空管口進行改造，將管引向上至屋頂，并設置不銹鋼水箱，冷凝水回至排汽管豎直管段。對蒸汽進行降溫冷凝，回收至疏水箱。改造后，通過疏水箱排空管排放的蒸汽約減少了很多，但不能實現全部蒸汽的回收。新建系統電廠可以考慮實現各路疏水單獨進入疏水箱，至少將溶解罐、水解器、尿素水解車間伴熱疏水三路分開，并在各支路上設隔離門，以方便檢修檢查。

兩臺水解器在檢修時，需要對水解器內尿素溶液從底部排污管道排盡。近年電廠控制總排水口廢水氨氮指標。控制水解器廢液和檢修時罐內溶液進入總排口水中，在水解器的底部排污管引支管進入催化劑罐，臨時收集排放尿素溶液等待檢修后通過泵打回水解器內或直接打入另一臺水解器內。

隨著對尿素催化水解制氨技術工藝不斷完善升級，現場設備檢修頻率降低了，運行參數在保持在正常狀態，整體系統設備運行穩定?；旧辖鉀Q了尿素水解處理系統運行中管道出現結晶、堵塞、閥門卡澀、檢修困難等問題。系統滿足地標控制NOx排放指標需求、改善當地環境、承擔社會責任。同時對原有還原劑制備系統將要進行改造尿素水解系統的燃煤電廠提供借鑒經驗。