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大型燃煤电厂 SCR 脱硝尿素热解制氨关键技术研究与应

作者:彭代军 周 烨 宋红兵等
发布时间:2017-2-17

☆项目详细内容

  现在火力发电厂控制氮氧化物排放的方法中选择性催化还原(SCR)工艺是最成熟、应用最广泛的技术。其还原剂NH3的来源有3种:液氨、氨水和尿素。液氨属于危险化学品,在运输、储存和使用时都有可能发生危险,国内曾经发生过多起液氨事故,造成重大人身伤亡。尿素作为制氨原料具有与液氨相同的脱硝性能,无毒且使用安全。目前SCR脱硝采用尿素为还原剂已经成为一种主流,尤其是在一些重点区域和居民区附近的城市火电厂。但长期以来,尿素热解制氨技术被跨国公司所垄断,使得采购尿素热解技术和设备的费用一直居高不下,以单台600MW机组烟气脱硝为例,不包含设计、安装、调试,仅尿素热解炉一项,跨国公司的报价就达到了人民币数百万元,其价格很大程度上决定着SCR脱硝工程成本。国内应用尿素热解法脱硝的电厂,热解炉及其技术因无有效竞争而致使价格居高不下。

  在此背景下,大唐科技产业集团有限公司通过产学研合作研发,成功掌握尿素热解制氨关键技术,并且完全拥有自主知识产权,应用于火电厂SCR烟气脱硝还原剂制备系统,获得产业化应用。项目从尿素热解“基础理论”、“小型实验”、“中试实验”、“CFD模拟”和“示范工程”五个方面进行研究,获得尿素溶液热解基本原理、反应路径、反应产物、热解炉温度、速度等关键参数。项目开发的尿素热解装置效率极高,尿素溶液从喷入热解炉开始在1s内有90%以上转化为氨气,在2s内有96%以上转化为氨气,在4s内可以达到接近100%的转化率。项目建立了大唐洛阳热电有限责任公司5号机(1x300MW)尿素热解制氨示范装置,系统成功实现自动运行,可以快速跟踪不同负荷下的氨气需求量信号自动调整制氨量,负荷跟踪响应时间达到10s以内,是目前响应时间最快的在线氨气制备技术。

☆主要技术创新

  1)研究尿素热解基础理论,通过分析尿素热解的条件、中间产物的转化、最终产物的组成、理论热量计算等,为尿素热解整体工艺系统奠定基础;

  2)通过计算机CFD模拟技术,研究各种不同粒径尿素溶液液滴的热解特点,对热解炉内尿素喷枪的雾化参数进行研究;

  3)以小型实验和计算机CFD模拟成果为基础,确立尿素热解中试研究整体方案;

  4)以300MW机组150kg/h制氨量的实际工程为参考模型,按照1:20同比例缩小,进行实验室中试研究,验证整体热解设计方案,并基于实验,对设计方案进行优化补充,保证总体热解系统能够成熟、稳定运行;

  5)以实验室中试为基础,在试点电厂进行示范工程的建设,验证实验室研究成果,积累工程经验,解决工程问题,形成满足工程应用的尿素热解制氨成套技术;

  6)依托示范工程成果,进一步推广应用,进行技术标准化、产品系列化研究,完善技术,形成成熟可靠的具有自主知识产权的品牌技术。

☆项目应用情况

  目前,项目通过推广已经成功应用于8台锅炉的SCR脱硝工程上,大唐科技尿素热解制氨技术已经成为成熟可靠的商业化技术。同时,大唐科技正在着手进行尿素热解技术商标申请,形成品牌效应,为我国的脱硝环保行业注入自主创新技术,为祖国的节能减排作出贡献。未来,项目将参与国际竞争,走向海外,为“中国创造”添砖加瓦!

☆企业效益情况

  在一次性投资方面,相比国外公司技术,应用本核心技术的脱硝尿素热解制氨系统工程总体造价大幅下降。通过本核心技术的推广应用,每年可为公司带来数千万元的净利润。在运营成本方面,本核心技术利用涡流板旋流方式引导热解炉内的气流分布,使本热解炉内的流场和温度场分布更为合理,能有效的降低由于尿素热解炉出现结晶、堵塞而引起整个脱硝系统停运甚至整个机组停运的概率,确保整个脱硝系统能有效、稳定、长期的运行,减少运行维护费用,减少检修和更换设备费用。NOx对环境的损害极大,既是形成酸雨的主要原因之一,又是形成大气中光化学烟雾主要物质和消耗O3的重要因子。在我国大范围的严重雾霾,已引起了全社会的广泛关注,而雾霾中对人体危害最为严重的成分就是NOx所引起的光化学烟雾。本核心技术的应用推广,将极大的减少国内NOx的排放,降低酸雨的危害,很大程度上减少城市周边发生光化学烟雾的几率,对人们的生存环境产生积极、有益的作用,形成良好的社会效益。

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