洛陽電廠脫硝還原劑液氨改尿素可行性方案設(shè)計

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案文檔大全洛陽電廠2300MW機(jī)組改建工程脫硝還原劑液氨改尿素脫硝還原劑液氨改尿素可行性方案可行性方案洛陽發(fā)電有限公司洛陽發(fā)電有限公司2016.102016.10實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案文檔大全目 錄脫硝還原劑液氨改尿素可行性方案脫硝還原劑液氨改尿素可行性方案.1 11 1、項(xiàng)目概況、項(xiàng)目概況.1 12 2、尿素制氨工藝、尿素制氨工藝.1 12.12.1 熱解制氨系統(tǒng)工藝熱解制氨系統(tǒng)工藝.1 12.22.2 水解系統(tǒng)工藝水解系統(tǒng)工藝.3 33 3、現(xiàn)場條件概況、現(xiàn)場條件概況.5 54 4、尿素水解方案、尿素水解方案.5 54.14.1 尿素水解方案一尿素水解方案一.5 55 5、尿素?zé)峤夥桨?、?/p>

2、素?zé)峤夥桨?5 55.15.1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述.5 55.25.2 主要設(shè)備主要設(shè)備.5 56 6、技術(shù)比較、技術(shù)比較.6 66.16.1 尿素?zé)峤饧夹g(shù)尿素?zé)峤饧夹g(shù).6 66.26.2 尿素水解技術(shù)尿素水解技術(shù).7 77 7、廠用電增容改造、廠用電增容改造.7 78 8、方案比較、方案比較.7 78.18.1 投資費(fèi)用比較投資費(fèi)用比較.7 78.28.2 運(yùn)行費(fèi)用比較運(yùn)行費(fèi)用比較.8 88.38.3 方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)定性對比匯總方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)定性對比匯總.8 89 9、結(jié)論和建議、結(jié)論和建議.9 99.19.1 結(jié)結(jié) 論論.9 99.29.2 建建 議議.9 9 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案文檔大全1、項(xiàng)目概況洛

3、陽電廠機(jī)組容量為2300MW，脫硝還原劑采用液氨法，脫硝系統(tǒng)單臺機(jī)組氨耗量為127kg/h。根據(jù)集團(tuán)公司指示，需要將我廠脫硝還原劑由液氨更改為尿素方案，現(xiàn)就該方案更改作如下論證。2、尿素制氨工藝以尿素作為原料制取氨氣相對于氨水蒸發(fā)及液氨蒸發(fā)技術(shù)具有較高的安全性，隨近幾年國家對安全運(yùn)行要求的提高，已逐步代替液氨作為還原劑制備原料。尿素制氨技術(shù)目前成熟的有尿素?zé)峤夂湍蛩厮庵瓢眱煞N方法。2.1 熱解制氨系統(tǒng)工藝尿素?zé)峤庵瓢钡脑硎抢幂o助能源(燃油、電加熱等)在650溫度的熱解爐內(nèi)，將霧化的尿素溶液直接分解為氨氣，其反應(yīng)方程式為：CO(NH2)2 NH3 + HNCOHNCO + H2O NH3

4、+ CO2尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)是由 SNCR 技術(shù)發(fā)展而來，早期的該項(xiàng)技術(shù)主要由美國燃料公司開發(fā)。尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)由 1)尿素顆粒儲存和溶解系統(tǒng)、2)尿素溶液儲存和輸送系統(tǒng)及 3)尿素?zé)峤庀到y(tǒng)組成。在該系統(tǒng)中，儲存于儲倉的尿素顆粒由輸送到溶解罐，用除鹽水溶解成質(zhì)量濃度為 40%-60%的尿素溶液，通過泵輸送到儲罐進(jìn)行儲存；之后尿素溶液經(jīng)給料泵、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進(jìn)入高溫分解室，在 650分解生成 NH3、H2O 和CO2，分解產(chǎn)物經(jīng)氨噴射系統(tǒng)進(jìn)入 SCR 系統(tǒng)。尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)采用單元制布置(一臺熱解爐產(chǎn)氨供一臺機(jī)組)。尿素?zé)峤庵瓢毕到y(tǒng)簡要工藝流程如下：實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案文檔大全該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)有

5、較多應(yīng)用，在國內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用于 200 多臺機(jī)組。尿素?zé)峤鉅t現(xiàn)場圖片：尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)來源于 SNCR 技術(shù)，其熱解能源前期主要使用燃燒柴油的方式獲得(華能北京高碑店電廠)，由于燃燒柴油不方便及會帶來儲存柴油等其他問題，后來采用電加熱空氣到 650方式，電耗較高，最后改為電加熱一次風(fēng)的方式，電實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案文檔大全耗有所降低，但其電耗仍較高。尿素?zé)峤鉅t需布置在脫硝鋼架上。2.2 水解系統(tǒng)工藝尿素水解制氨工藝的原理是尿素水溶液在一定溫度下會發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生氨氣。其化學(xué)反應(yīng)式為：NH2-CO-NH2 H2O 2NH3 CO2 尿素水解制氨系統(tǒng)由 1)尿素顆粒儲存和溶解系統(tǒng)、2)尿素溶液儲存和輸送系統(tǒng)及

6、3)尿素水解系統(tǒng)組成。 其中 1)、2)部分與熱解系統(tǒng)基本一致。尿素顆粒在尿素溶解罐中配置成約 40%-60%濃度的尿素溶液，隨后尿素溶液儲存在尿素溶液儲罐中。尿素溶液通過泵輸送到水解反應(yīng)器中水解產(chǎn)生氨氣，氨氣隨后進(jìn)入 SCR 區(qū)氨空氣混合器后噴入煙道用作煙氣脫硝的還原劑。尿素水解制氨簡要工藝流程如下：圖 1 典型的尿素水解制氨系統(tǒng)由于尿素水解制氨系統(tǒng)解決了液氨的裝卸、運(yùn)輸、儲存等問題，水解器制氨備案隨制隨用，無需儲存，徹底解決了電廠脫硝工程還原劑制備系統(tǒng)的安全隱患問題。尿素水解制氨系統(tǒng)主要的能源方式是電廠的輔助蒸汽，所需要的蒸汽參數(shù)為：壓力0.7MPa，溫度 180以上。通常每臺 300MW

7、 機(jī)組脫硝需氨量約 200kg/h 的情況下，蒸汽耗量約為 1.0t/h。尿素水解制氨系統(tǒng)可以采用單元制布置(一臺水解器產(chǎn)氨供一臺機(jī)組)，也可采實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案文檔大全用公用制布置(一臺水解器產(chǎn)氨供多臺機(jī)組)。尿素水解制氨反應(yīng)器為機(jī)電控一體化的撬裝設(shè)備，出廠前所有管道、閥門、儀表等均已安裝、調(diào)試完成，并做好了油漆防腐和保溫伴熱。設(shè)備到現(xiàn)場后接上管口和電纜即可啟動。尿素水解制氨反應(yīng)器可以放置在脫硝鋼架上，也可布置在尿素車間，送產(chǎn)品氨氣至脫硝區(qū)。水解器項(xiàng)目模塊三維設(shè)計圖：水解器項(xiàng)目模塊現(xiàn)場圖片：實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案文檔大全3、現(xiàn)場條件概況項(xiàng)目規(guī)劃時脫硝還原劑按液氨法考慮。目前脫硝已按液氨作為還原劑方式建成投運(yùn)

8、(脫硝鋼架未考慮尿素制氨反應(yīng)器荷載)。4、尿素水解方案由于脫硝鋼架未考慮尿素制氨反應(yīng)器荷載，本次尿素水解方案按照常規(guī)布置放在尿素車間，利用管道將產(chǎn)品氨氣送至脫硝區(qū)。根據(jù)實(shí)際情況有如下兩個方案：4.1 尿素水解方案尿素溶液制備及儲存系統(tǒng)按照兩臺機(jī)組進(jìn)行設(shè)計。尿素水解區(qū)安裝 2 臺尿素水解器，一用一備。單臺尿素水解器的出力按照兩臺爐 110%的出力進(jìn)行設(shè)計，即單臺水解裝置氣氨出力為 254kg/h。尿素車間占地為 28.531m，可在？場地上規(guī)劃建設(shè)。5、尿素?zé)峤夥桨?.1 系統(tǒng)概述尿素?zé)峤夥ㄖ瓢毕到y(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、供液泵、計量和分配裝置、背壓控制

9、閥、絕熱分解室(內(nèi)含噴射器)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)由供液泵、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進(jìn)入絕熱分解器內(nèi)分解，生成 NH3、H2O 和 CO2，分解產(chǎn)物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統(tǒng)。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)。5.2 主要設(shè)備(1) 計量分配裝置尿素溶液的計量

10、分配裝置應(yīng)能精確地測量和控制輸送到分解室的尿素溶液流量。每臺爐設(shè)置 1 套計量分配裝置，用于控制每只尿素溶液噴射器的流量及霧化和冷卻空氣的壓力和流量。實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案文檔大全(2) 絕熱分解室每臺鍋爐設(shè)一套尿素溶液分解室。尿素溶液由 316L 不銹鋼制造的噴嘴霧化后噴入分解室，在 350600的高溫?zé)犸L(fēng)/煙氣條件下，尿素液滴分解成NH3、H2O、CO2。尿素?zé)峤獠捎酶邷乜諝?，由空預(yù)器出口約 300一次風(fēng)用電加熱器將高溫空氣加熱到約 600。熱解爐尾部部分鋼材材質(zhì)為 16Mn，最高允許溫度值為 450，高于工作溫度約100。每臺熱解爐出口至 SCR 反應(yīng)器管道要求有流量測量裝置并有相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥門。熱

11、解爐霧化空氣的品質(zhì)要求必須滿足霧化系統(tǒng)長期可靠運(yùn)行。賣方將確保尿素分解完全，杜絕氨氣混合物管中出現(xiàn)再結(jié)晶或加熱空氣中的飛灰沉積現(xiàn)象。賣方提供熱解爐出口產(chǎn)物中的 NH3與 HNCO 的體積比例，并保證中間產(chǎn)物 HNCO 對下游煙道設(shè)備不存在潛在負(fù)面影響。熱解爐布置在脫硝支架上方。熱解爐設(shè)置有冷風(fēng)吹掃管路系統(tǒng)，通常從二次風(fēng)冷端取氣接到熱解爐，作為緊急情況下熱解爐吹掃降溫用。熱解爐一次風(fēng)的閥門為電動閥門。(3) 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)。熱解爐后的氣氨輸送管道合理保溫，保證氨噴射系統(tǒng)前的溫度不低于 300。泵、管道、閥門等與尿素接觸的設(shè)備的材料均為不銹鋼。輸送尿素溶液時，當(dāng)管道

12、的公稱直徑小于 DN50 時，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，管道內(nèi)尿素溶液流速不大于 2m/s。(4) 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。沖洗水最終回到尿素溶解罐。5.3 尿素?zé)峤夥桨?、技術(shù)比較6.1 尿素?zé)峤饧夹g(shù)1) 尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)自國內(nèi) 2009 年投運(yùn)以來，在國內(nèi)有較多應(yīng)用，約在 200實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案文檔大全多臺機(jī)組脫硝系統(tǒng)中使用，主要供應(yīng)商為美國燃料公司和北京洛卡公司。2) 尿素?zé)峤饧夹g(shù)的主要問題是其消耗的能源量大，運(yùn)行成本偏高。由于熱解爐內(nèi)流場、溫度分布

13、不均導(dǎo)致熱解爐內(nèi)尿素轉(zhuǎn)化率低，尿素消耗量大。3) 熱解爐必須布置的脫硝鋼架上，改造工作量大。4) 熱解反應(yīng)所需熱量由燃燒天然氣、柴油或電加熱稀釋風(fēng)等方式提供，為了保證其物料場和溫度場的分布，其反應(yīng)能耗不能隨機(jī)組負(fù)荷降低而降低，不能多機(jī)組公用，運(yùn)行成本偏高。但該系統(tǒng)對氨氣需求信號的響應(yīng)時間較短，適應(yīng)負(fù)荷變化能力較強(qiáng)，且由于熱解過程遠(yuǎn)離腐蝕性條件，其熱解爐材質(zhì)要求較低，可以采用碳鋼材質(zhì)即可滿足使用要求，相應(yīng)工程造價較低。6.2 尿素水解技術(shù)1) 尿素水解制氨技術(shù)在國內(nèi)于 2011 年投運(yùn)，目前在國內(nèi)約 100 臺機(jī)組中進(jìn)行了使用。2) 水解系統(tǒng)通過尿素水解器設(shè)置上部緩沖空間的方式，做到了對鍋爐負(fù)荷

14、變化秒級響應(yīng)，該原理與液氨系統(tǒng)中的緩沖罐類似，根據(jù)現(xiàn)有機(jī)組的運(yùn)行情況，解決了響應(yīng)鍋爐負(fù)荷慢的問題。3) 尿素水解制氨反應(yīng)器蒸汽供熱后的蒸汽冷凝水可送至尿素車間供尿素溶液配制循環(huán)使用，從而降低尿素水解制氨工藝運(yùn)行成本。4) 與熱解技術(shù)相比，水解技術(shù)采用電廠輔氣以代替熱解的電加熱器，運(yùn)行費(fèi)用低，采用撬裝模塊化供貨，現(xiàn)場工期短。5) 水解反應(yīng)器模塊可以布置脫硝鋼架上或廠區(qū) 0m，可以共用或單元制布置，布置靈活。7、廠用電增容改造對于熱解方案，增加的電負(fù)荷較大。每臺機(jī)組熱解電加熱器負(fù)荷約 600kW。對應(yīng)水解方案，廠用電系統(tǒng)基本沒有大的改動。8、方案比較8.1 投資費(fèi)用比較投資成本比較表投資成本比較表

15、項(xiàng)目類別水解方案熱解方案備 注SCR 區(qū)改造(萬元)200850尿素區(qū)設(shè)備投資(萬元)1340750含機(jī)電控實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案文檔大全廠用電增容改造投資(萬元)50200總計(萬元)15901800注：提資投資不含土建及建安施工費(fèi)注：提資投資不含土建及建安施工費(fèi)8.2 運(yùn)行費(fèi)用比較尿素水解和熱解運(yùn)行成本比較表尿素水解和熱解運(yùn)行成本比較表( (方案方案 1)1)尿素水解尿素?zé)峤忭?xiàng)目類別耗量單價/元年費(fèi)用/萬元耗量單價/元年費(fèi)用/萬元原料 t/h1.2118001309.21.3518001454.7輔助蒸汽 t/h3.1480150.70.58024除鹽水0.2050.60.8552.5電(380V)

16、kW70.00.416.82323.90.4557.7安全管理、維護(hù)2.02.0年運(yùn)行總費(fèi)用1479.3 萬元2041.0 萬元尿素水解和熱解運(yùn)行成本比較表尿素水解和熱解運(yùn)行成本比較表( (方案方案 2)2)尿素水解尿素?zé)峤忭?xiàng)目類別耗量單價/元年費(fèi)用/萬元耗量單價/元年費(fèi)用/萬元原料 t/h2.2518002430.02.518002700.0輔助蒸汽 t/h5.980283.21.08048除鹽水0.2050.61.554.5電(380V)kW80.00.419.242720.41025.3安全管理、維護(hù)2.02.0年運(yùn)行總費(fèi)用2735.0 萬元3779.8 萬元8.3 方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)定性對比

17、匯總技術(shù)經(jīng)濟(jì)定性對比表序號項(xiàng)目尿素?zé)峤夥蛩厮夥▊渥?初期投資高低2運(yùn)行成本高主要耗量：電低主要耗量：蒸汽3安全要求低沒有氨氣儲存高水解器內(nèi)有氨氣儲存，需作為乙類容器考慮，尿素實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案文檔大全區(qū)需要考慮防爆4公用區(qū)占地面積小僅需考慮尿素儲存、制備功能。大當(dāng)水解區(qū)布置在公用區(qū)域，需要增加遮陽蓬等建筑物5改造難易程度高熱解爐與電加熱器布置在 SCR 區(qū)，單個熱解爐重量在 20 噸左右，需考慮鋼架加固；此外電加熱器電耗量大，需要考慮單獨(dú)配電，需增加電氣小室。低水解器可以布置在公用區(qū)域，成品氨氣通過管路輸送到 SCR 區(qū)。水解器成品氨氣需要熱風(fēng)稀釋，一般采用熱一次風(fēng)。9、結(jié)論和建議由于國內(nèi)近幾年液氨儲存和運(yùn)輸事故頻發(fā)，國內(nèi)各個電力集團(tuán)在脫硝還原劑制備技術(shù)方面都做了技術(shù)推薦，其中：國電集團(tuán)從 2014 年 9 月 1 日后的脫硝工程原則上要求采用尿素制氨技術(shù)，基本上全部采用了尿素水解制氨工藝；大唐集團(tuán)如采用尿素的情況，首先考慮尿素水解，不采用尿素?zé)峤饧夹g(shù)；中電投集團(tuán)正準(zhǔn)備將集團(tuán)內(nèi)的液氨項(xiàng)目全部改為尿素水解項(xiàng)目，其中中電國際蕪湖電廠、福溪電廠于 2016年完成立項(xiàng)，2017 年上半年實(shí)施完成。尿素水解制氨系統(tǒng)因其安全、穩(wěn)定、可靠、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢，逐漸成為尿素制氨系統(tǒng)的主流技術(shù)。目前國內(nèi)采用尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的電廠正在改造為更加節(jié)能的尿素水解制