大型燃煤电厂SCR 脱硝尿素热解制氨关键技术研究与应用

☆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，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。