尿素水解供氨系统运行及改进

尿素水解供氨系统运行及改进

赵小飞

国能河北沧东发电有限责任公司 061113

【摘 要】：将罐车气力输送的尿素颗粒送到溶解罐。用除盐水将尿素颗粒溶解成50%的尿素溶液。将尿素溶液送至2台尿素溶液储罐，再通过尿素溶液输送泵送至水解器，将尿素溶液分解成氨气，送至锅炉SCR脱硝系统中进行脱硝反应。

【关键词】：尿素颗粒 尿素溶液 水解器 氨气 SCR。

引言

为确保电厂工作人员人身安全及全厂机组发电生产安全稳定，建设安全、绿色、环保型电厂，实现全厂的可持续协调发展，某电厂消除氨区重大危险源，将液氨制氨工艺改为尿素制氨工艺。

1．尿素系统介绍

1.1尿素系统组成及工艺流程

脱硝尿素溶液制备系统设置2台尿素溶解罐，有效容积54m³，将罐车气力输送的尿素颗粒送到溶解罐。在溶解罐中，用除盐水将尿素颗粒溶解成50%的尿素溶液。尿素溶液通过尿素溶解泵送至2台尿素溶液储罐，储罐容积为182m³。通过尿素溶液输送泵送至水解器，将尿素溶液分解成氨气，送至锅炉烟气中脱硝。

为防止尿素溶液结晶，尿素溶解罐、尿素溶液储罐设置一套蒸汽加热系统，尿素输送管道设置电伴热，确保尿素溶液温度合适，避免结晶。

1.2尿素系统的启动

1.2.1尿素溶液制备

1)尿素溶解罐注水

2)尿素溶解罐水加热

3)罐车气力输送上料

4)启动尿素溶解泵

5)检查尿素溶液储罐液位正常

1.2.2水解器启动

1)启动前，检查所有伴热管路温度达到工作要求。

2)打开水解器液相入口开关阀和水解器液相入口调节阀，待水解反应器液位升至全液位的1/2。

3)打开水解器蒸汽入口开关阀，缓慢开启水解器蒸汽入口调节阀，待反应器液相温度到达130℃，缓慢开启水解器气相供给调节阀供氨。

4)控制系统投自动。

1.3尿素系统性能指标

1.3.1 水解装置采用3×50%容量配置（满足全厂四台机组用量），两用一备。单台水解装置出力450kg/h（产氨能力）。

1.3.2 尿素水解反应器具有35%到110%动态范围内供氨响应能力。

1.3.3 尿素水解制氨反应模块可用率不低于99%，尿素分解率在99% 以上。

2. 尿素水解系统的调试及试验

2.1尿素站全停试验

4号机组负荷370MW，尿素水解系统B水解器供4号机组单机运行，温度135℃，压力0.5MPa，进行尿素水解器退出后机组NOX变化试验。关闭B水解器蒸汽及尿素溶液进口门；70分钟后，净烟气NOX达28mg/Nm3报警，停止试验，试验停止时B水解器温度118℃，压力0.2MPa。

2.2蒸汽系统切换试验
  将3、4号机脱硝系统供氨切至液氨供氨；将水解器A退出；水解器C运行向1号机脱硝系统供氨；70分钟后，尿素站蒸汽系统由二抽蒸汽切至一期辅汽供汽，水解站减温减压站蒸汽温度由原180℃降至127℃，压力由原0.7MPa降至0.17MPa，水解器C可维持运行，成品气管道伴热由140℃降至110℃。

2.3单台水解器带4台机组脱硝运行试验

投运尿素站C水解器，A、B水解器热备用；进行单台C水解器带4台机组脱硝运行试验，各机组SCR系统参数正常，单台水解器可供全厂额定负荷的50%出力运行。

2.4成品气管道蒸汽伴热停运试验

退出尿素水解系统成品气管道蒸汽伴热，进行蒸汽伴热停运试验；4小时后，试验结束，供氨母管最低降至116℃，成品气母管最低降至88℃，有结晶风险。

2.4尿素水解器供氨性能试验

将1、2、3、4号机组加负荷至580MW、550MW、580MW、600MW，分别进行A、C水解器出力试验；309分钟后，试验结束。A水解器运行时最大出力到达550Kg/h，C水解器运行时最大出力到达460Kg/h。

3. 尿素水解系统的运行

3.1 尿素系统的结晶、堵塞

尿素水解系统供脱硝系统用氨气，水解器出来气体混合物为CO2、水蒸汽、NH3三者的混合物，所以，要非常注意供氨管路及压力表有无结晶，堵塞。在运行期间，要注意尿素供氨系统各部温度变化，检查各部电伴热、蒸汽伴热温度正常。

3.2 水解器运行方式

系统共配置3台水解器，单台水解器可供全厂机组额定负荷的50%出力运行，标准运行方式是“两运一备”。单台水解器带可满足3台机组满负荷脱硝供氨要求。

3.3 尿素供氨系统的伴热

尿素供氨管道有蒸汽伴热、电伴热，在正常运行过程中，一定要检查管道及各部温度正常，检查各伴热系统运行正常。

3.4 机组停止供氨后注意事项

尿素供氨系统在单台机组停止供氨时，需要对供氨管道进行吹扫，以防止供氨管道残留NH3气、水蒸气、CO2气体发生结晶，堵塞管道，吹扫时应保证吹扫压力的压力、时间，确保吹扫的效果。

4. 尿素水解系统存在问题及改进

4.1 增加一台尿素溶液输送泵

尿素溶液输送泵只有两台，作为整个系统中最重要的设备之一，此泵需长期连续运行，若发生故障时将直接影响四台机组供氨，应再增加一台泵作为备用，提高系统可靠性，保证脱硝系统正常供氨运行。

4.2 机组脱硝平台供氨管路伴热改造

尿素站至机组脱硝平台供氨管线较长，伴热出现故障或伴热不足后易造成结晶，伴热系统是整个尿素制氨系统的关键点和弱点，所以在冬季来临前前应全面排查伴热系统死角，重要位置应设置两套伴热，避免系统结晶影响正常供氨。

4.3 尿素溶解罐增加补水流量

尿素溶解罐补水管道应增加补水流量及累积流量数值，便于尿素颗粒溶解时精确计算，达到精准配置溶液的目的。

4.4 增加尿素溶液储罐搅拌器

尿素溶液储罐体积较大，尿素有不完全溶解时有可能造成底部发生沉积，建议增加搅拌器，避免沉积。

4.6 水解器定期切换

备用水解器长期备用时会导致内部温度降低，容易造成尿素沉积。应定期进行切换，或温度降至100℃时进行切换。

5.尿素水解系统故障处理及应急处置

5.1尿素水解系统泄露的处置

5.1.1发现水解器及管路氨气泄漏，立即停运对应蒸汽和尿素溶液的供应，杜绝周边100m直径内的明火火源,同时根据风向判断人员疏散及逃生路线。

5.1.2立即按照事故报告及报警流程汇报，并佩戴过滤式防毒面具、防毒长管到达现场，根据现场情况选用长管，由上风向进入事故现场。

5.1.3反应器本体泄漏、压力超高安全阀动作会引起紧急停止，首先要切断蒸汽和尿素溶液的供应。降低水解器的工作压力和温度。

5.1.4外围管道发生泄漏，关闭反应器出口氨气开关阀,吹扫管道后处理。若装置上管道泄漏，关闭相应的进出口阀门，放净管道内溶液。若本体严重泄漏，打开废液开关阀，放净反应液。

5.2尿素水解系统故障处理

5.2.1全面检查脱硝系统运行情况，严防净烟气NOx超限。

5.2.2若供氨压力下降，检查尿素水解系统运行情况，必要时投运备用水解器，提高成品气母管压力。

5.2.3若运行水解器故障，联系检修人员尽快处理，切换水解器，并及时将故障水解器恢复备用。

5.2.4尿素水解车间供汽中断，立即投入水解车间备用蒸汽，监视水解器及各伴热运行情况。

5.2.5涉及成品气管路退出时，开启蒸汽吹扫阀对管路进行吹扫。

6.总结

尿素水解供氨系统的结构简单，设备易于维护，设备故障率低。经过调试、试验、改造工作，自投产以来运行可靠稳定，并经过了各负荷工况的检验，未发生因系统故障停运导致的供氨中断情况。积累了经验，提出了诸多有效的改进措施，大大提高了系统的可靠性。并制定了完善的应急处置方案和故障处理措施，保障系统的安全运行。

参考文献

党志国  尿素系统运行规程  2021.11.13

赵小飞  尿素系统运行分析  2023.05.01