尿素在锅炉烟气脱硫脱硝中的应用

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1、第二十三届全国尿素厂技术交流年会论文资料集 192尿素在锅炉烟气脱硫脱硝中的应用马明(山西晋城无烟煤矿业集团048006)摘要本文介绍了尿素在锅炉烟气脱硫脱硝中的应用，为传统化肥企业拓展尿素产品市场，缓解 当前尿素产能过剩的局面，提供一种思路。关键词尿素烟气脱硫脱硝0 引言当前我国合成氨、尿素和甲醇行业均出现产能过剩，尤其是主要用作肥料的尿素，因主要的消费领 域是农业，受季节影响大，产品市场需求很不稳定。积极开发和推广尿素产品的新用途，拓展尿素产品 的新市场，对缓解尿素产能过剩的局面具有积极的意义。由于我国是一个富煤、贫油、少气的国家，随着经济的快速发展，煤炭资源消耗所带来的环境污染 越来越严

2、重，其中锅炉烟气中的二氧化硫、氮氧化物等有害物质是造成大气污染的主要根源。近年来随 着人们环保意识的增强，锅炉烟气脱硫和脱硝技术越来越受到国家环保部门的重视。尿素可作为还原剂 在锅炉烟气脱硫脱硝技术中得到应用，本文通过介绍尿素在锅炉烟气脱硫脱硝中的应用现状，为传统化 肥企业拓展尿素产品市场提供一种思路。1尿素在烟气脱硫脱硝技术中的应用现状尿素可在干法烟气脱硝和湿法烟气脱硫脱硝中得到应用。 11干法烟气脱硝111选择性催化还原(SCR)法 选择性催化还原(SCR)法最早在上世纪五十年代由美国人首先提出来的，1972年在日本开始正式研究和开发，并于1978年实现了工业化应用。经过二十多年的发展和完

3、善，SCR法已成为工业上应 用最广的一种烟气脱硝技术，广泛应用于电站锅炉、工业锅炉、燃油、气锅炉、内燃机、化工厂以及炼 钢厂等烟气脱硝，效率可高达90以上。其脱硝原理为在催化剂作用下，向温度约280420的烟 气中喷入NH3，将NOx还原成N!和H!O(NOx的主要成分为NO和N02，其中NO占90)。其脱硝 过程的化学反应方程式如下：4NO+4NH3+02-4N2+6H206NO+4NH35N2+6H206N02+8NH37N!+l 2H202N02+4NH3+O!一3N2+6H20SCR法烟气脱硝工艺流程示意，如下图1所示。锅炉烟气同氨、空气的混合气混合后进入SCR反应器，在反应器中催化剂

4、的作用下，完成烟气脱 硝的化学反应，脱硝后的烟气经过空气预热器回收热量，再经过除尘器和湿法脱硫装置除去粉尘和二氧 化硫后，经烟筒排出。SCR法烟气脱硝反应中的NH3为还原剂，NHs的来源有三种，分别为液氨、氨水和尿素，采用这 三种原料制取NH3的优缺点如下表l所示。第二十三届全国尿素厂技术交流年会论文资料集 193氨羊曩空气混合器图1SCR法烟气脱硝工艺流程示意图 表1三种原料制取Ntta的优缺点NH3的来源优点缺点 反应剂纯度最高高危险性的原料液氨原料成本最低运输和存储问题设备成本最低需要更大的运输设备及更频繁的运输容易运输氨水需要更大的储存罐比液氨危险性低蒸发能耗高安全的原料(化肥)工艺复

5、杂尿素干态或湿态成本昂贵容易运输存储问题由表1可知虽然液氨、氨水和尿素均可作为烟气脱硝还原剂的来源，但随着脱硝还原剂储存、制备 与供应技术的日渐成熟，脱硝还原剂的选择主要从安全与经济角度来考虑。当前从地方管理部门获得液 氨和氨水的使用与运输许可证越来越困难，安全防范要求也越来越高，故安全成本越来越大，而近期在 美国市场，尿素作为液氨与氨水的替代产品开始越来越多地用于烟气脱硝工程。国内电厂早在2007年 就开始探索采用尿素制氨应用于脱硝工程，目前尿素制氨工艺已经在多家电厂在脱硝工程中取得了成功 的应用经验。采用尿素制氨，一般有尿素热解和尿素水解两种方法。 (1)尿素热解尿素对热不稳定，加热至15

6、0160时将脱氨成缩二脲，若迅速加热将完全分解为NH3和C02。 主要反应式：COrNH2)2+H!O=2NH3+CO!其工艺流程为：储存于储仓中的尿素粉末，由称重给料机输送到溶解罐里，用除盐水配置成50的第二十三届全国尿素厂技术交流年会论文资料集 194尿素溶液，同时外部加热，使尿素溶液温度保持在40以上，然后通过尿素溶液混合泵将尿素溶液输 送到储罐：用于脱硝时，尿素溶液经由给料泵、计量与分配装置及雾化喷嘴等进入绝热分解室，同时经 加热的稀释空气也进入分解室，雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解生成氨气和二氧化碳，分解产物 经由氨喷射系统进入脱硝烟道进行反应。(2)尿素水解 尿素有水解作用，在

7、一定的温度条件下能水解生成氨和二氧化碳。 主要反应式：CO(NH2)2+H20=2NHs+CO：其工艺流程为：用溶解液泵和斗式提升机分别将约90溶解液和颗粒状尿素送入尿素溶解槽，经 搅拌后，配制成浓度约O50(叭)、温度为60的尿素溶液，经溶解液泵打入尿素溶液槽储存： 用于脱硝时，尿素溶液被尿素溶液泵加压至表压26 MPa送至水解换热器，先与水解器出来温度约200的残液换热，温度升至185左右，然后进入尿素水解器进行水解，从水解器项部出来的温度约190、压力约20 MPa的氨、二氧化碳和水蒸气的混合气体进入到缓冲罐后，减压到02 MPa左右，即可 作为烟气脱硝还原剂使用。112选择性无催化还原

8、(SNCR)法 SNCR同SCR技术一样都是利用还原剂NH3或者尿素在有氧条件下、合适的温度范围内将NOx选择性还原成无害的氮气和水，与SCR不同的是SNCR不使用催化剂，而是将还原剂直接喷入炉膛高温 区(850l 100)与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N：，炉膛即为反应器，特点为投资费用低、 技术设备简单，但脱硝效率较低，温度控制要求高，且氨泄漏多。SNCR法采用尿素为还原剂时主要化学反应方程式为： NO+COrNH：)!+l20：一2N2+C02+H20。12湿法烟气脱硫脱硝 尿素湿法烟气净化工艺最早由俄罗斯门捷列夫化学工艺学院等单位联合开发，后因吸收液尿素浓度很高，导致运行成本过高

9、，并且吸收液处理能力低，无法在工业得到广泛应用。 尿素湿法脱硫技术上可行，SO!与尿素溶液的反应产物为(NH4)_,S04。但尿素湿法脱硝存在问题，主要的技术瓶颈为占烟气NOx化合物90的NO很难溶于水，从而无法与尿素溶液产生化学反应。而 NOx中的NO：易溶于水形成亚硝酸，亚硝酸可与尿素反应生成二氧化碳、氮气和水，其化学反应方程 式为CO(NH!)!+2HN02-C02+2N!+3H20。所以目前解决的办法主要有两种：一是添加氧化剂， 将NO氧化为溶解性更大的NO!：二是添加络合剂，增大NO的溶解度。但是添加氧化剂成本较高，且 对设备防腐提出更高要求，使得其应用受到限制；而添加络合剂则由于络

10、合剂的损失和回收等问题制约 其商业应用，更好的方法仍需进一步研究。我国环保总局华南环境科学研究所岑超平研究员针对以上问题，对尿素添加剂湿法同时脱硫脱硝 进行了试验研究，取得了较好的脱硫脱硝效果，并有了一定的工业化应用。但目前的尿素湿法脱硫脱硝 还需要进一步解决以下问题：明确尿素湿法脱硫脱硝的反应机理；单纯尿素溶液脱硫效率较低，成 本过高，研究重点是寻找合理的添加剂：为尿素脱硫脱硝的废水寻找合适的出路。2总结在干法烟气脱硝技术中尿素较液氨和氨水具有较高的安全性，且随着技术的进步，尿素热解和水解 的成本将会降低到一个合理的水平，其应用会逐渐得到推广。同时尿素湿法烟气脱硫脱硝技术，因无二 次污染、工艺流程简单、操作弹性大、投资省及能耗低等特点，必将会有一个良好的应用前景。