尿素水解制氨系统控制调整研究

刘剑桥

广东红海湾发电有限公司  广东省汕尾市   516600

简介：在尿素水解制氨工艺中，将尿素溶于水配制成尿素水溶液，通过泵输送至水解器反应，以产生所需的氨气量。该工艺生产出氨气、二氧化碳和蒸汽的气态混合物，该混合物送入并与电厂烟气混合以去除氮氧化物。在水解器的正常工作情况下，水解器中的氨、氨基甲酸铵、溶解的CO2和尿素溶液接近平衡状态，此时的氨和CO2都比水更容易蒸发。氨和二氧化碳在温度接近140℃时可以重组以形成冷凝物，如果温度持续降至100℃以下， 该冷凝物会形成固态氨基甲酸铵，将会堵塞管道。为避免上述管道堵塞问题发生，十分有必要对尿素水解制氨系统温度控制调整进行研究。

关键词：尿素水解，氨基甲酸铵，氮氧化物；

一、尿素水解制氨系统概述

在尿素水解制氨工艺中，将尿素溶于水配制成尿素水溶液，通过泵输送至水解器反应，以产生所需的氨气量。该工艺生产出氨气、二氧化碳和蒸汽的气态混合物，该混合物送入并与电厂烟气混合以去除氮氧化物。

尿素水解制氨系统将尿素站水解后的成品气（含氨气、CO2、H2O）经各台炉A、B侧的SCR水解喷氨调节阀组与经蒸汽加热器加热后的稀释风在氨空混合器混合，氨气与空气混合后注入SCR反应器进口烟道，与烟气充分混合后，氨作为还原剂在催化剂的作用下与NOx反应生成水和氮气，使得SCR出口NOx浓度降到规定值，成品气中的CO2、H2O随之排入烟气系统。

二、调整控制研究

XX厂水解器氨成品气出口气动调节阀后温度会比阀前温度偏低3~18℃，水解器氨成品气出口气动调节阀后温度2比水解器氨成品气出口气动调节阀后温度1低3℃左右，且不论机组负荷高低水解器氨成品气出口气动调节阀后温度都会比阀前温度低。

例如：2023年8月10日 11时20分，1号机575MW、2号机578MW、3号机634MW、4号机634MW；机组氨成品气用量分别为：1号机548kg/h、2号机691kg/h、3号机863kg/h、4号机706kg/h；1、3号水解器运行。

1号水解器
项目	水解器本体液位	水解器本体温度	水解器本体压力	氨成品气出口气动调节阀前温度	氨成品气出口气动调节阀后温度1	氨成品气出口气动调节阀后温度2
单位	m	℃	Mpa	℃	℃	℃
	0.85	143	0.6	142	134	132

1号水解器氨成品气出口气动调节阀后温度会比阀前温度偏低10℃，1号水解器氨成品气出口气动调节阀后温度2比调节阀后温度1低2℃左右。

3号水解器
项目	水解器本体液位	水解器本体温度	水解器本体压力	氨成品气出口气动调节阀前温度	氨成品气出口气动调节阀后温度1	氨成品气出口气动调节阀后温度2
单位	m	℃	Mpa	℃	℃	℃
	0.85	139	0.59	136	131	128

3号水解器氨成品气出口气动调节阀后温度会比阀前温度偏低8℃，3号水解器氨成品气出口气动调节阀后温度2比调节阀后温度1低3℃左右。

根据现场测量水解器氨成品气出口气动调节阀前后温度计安装距离10m左右，调节阀后温度1和温度2安装距离20cm左右，管道沿途有保温和多股电伴热丝。水解器氨成品气出口气动调节阀前、后温度计测点之间主管路总计安装7个阀门（5个手动阀、1个气动关断阀和1个气动调节阀），旁路管道安装2个手动阀。水解器氨成品气出口气动调节阀后温度计1与气动调节阀后温度计2型号为不同安装工艺。

（图一）

（图二）

水解器氨成品气出口气动调节阀前、后温度差值偏大原因分析如下:

水解器氨成品气出口管道主路呈“几字型”管线（出口旁路为直线，与大多数现场安装不同），增加主路散热损失，管道多次变向氨成品气流场的改变造成测量不准。

水解器氨成品气出口管道安装阀门相对较多，10米长的距离总共安装7个阀门，阀门散热面积大，虽有柔性保温套但总体保温效果没有管道保温棉保温效果好，且阀门的存在可能造成节流损失也会导致阀后温度降低。

因此在尿素水解制氨系统设计时应将水解器氨成品气调节阀主路与旁路对调，主路管道为直线，旁路管道走几字型。缩短氨成品气输出管路距离。根据实际情况，在不降低安全性能的前提下减少水解器氨成品气出口气动调节阀前、后温度计测点之间的阀门数量。

三、尿素水解制氨系统温度控制调整研究的意义

液氨改尿素之后，尿素水解制氨系统作为全厂烟气脱硝唯一一个氨成品气补给源，系统能否安全稳定运行直接决定机组环保排放指标能否达标，机组能否安全运行。氨成品气温度作为氨成品气管道堵塞的重要参数，因此尿素水解制氨系统温度控制调整研究的意义十分重要，直接决定机组能否安全稳定运行。