尿素熱解爐工藝流程
尿素顆粒先溶解為 50% 濃度的溶液,經供液泵輸送至熱解爐,在 350-650℃高溫下,尿素分解為 NH?和 CO?,分解產物經稀釋風混合后進入 SCR 反應器參與脫硝反應。
熱源類型
可采用電加熱、煙氣換熱或燃油加熱等方式,其中電加熱應用較為常見,但電能消耗大,煙氣換熱則較為節能,燃油加熱因成本高已較少使用。
尿素熱解爐作為 SCR 脫硝系統中制備氨氣的關鍵設備,其技術特點可從優勢和局限性兩方面綜合分析,具體如下:
核心優勢
反應,響應速度快
尿素在 350-650℃的高溫環境下,熱解反應可在 10 秒內完成,能快速生成氨氣(NH?)和二氧化碳(CO?),對機組負荷變化的適應性強,尤其適合需要快速調節氨氣供應量的場景(如電廠機組啟停、負荷波動時)。
安全性,無需高壓設備
尿素溶液屬于非易燃易爆物質,熱解過程在常壓下進行,無需壓力容器或特殊防爆設計,相比氨水儲存(易揮發、有腐蝕性)或液氨運輸(高壓、劇毒),能大幅降低安全風險,對設備和操作環境的要求更寬松。
尿素熱解爐的核心特點可概括為 “、安全、靈活,但成本較高且需精細控制”。其優勢使其在安全性要求高、負荷波動大的場景(如城市垃圾電站、中小型燃煤鍋爐)中應用廣泛;而局限性則推動了技術改進(如優化噴嘴設計、開發低能耗熱源),以提升其經濟性和穩定性。
尿素熱解爐作為 SCR(選擇性催化還原)脫硝系統中制備氨氣的核心設備,其應用場景主要集中在需要去除氮氧化物(NO?)的工業領域,尤其適用于對安全性、靈活性要求較高的場景。具體如下:
1. 電力行業:燃煤 / 燃氣電廠脫硝
核心應用場景:大型燃煤機組、燃氣發電機組的煙氣脫硝系統是尿素熱解爐主要的應用領域。
電廠鍋爐燃燒產生的煙氣中含有大量 NO?,需通過 SCR 反應器還原為無害的 N?和 H?O,而尿素熱解爐可將尿素溶液轉化為氨氣(脫硝反應的還原劑),滿足脫硝需求。
適配原因:電廠機組負荷波動大,熱解爐響應速度快(10 秒內完成反應),能快速匹配氨氣需求量;且相比液氨,尿素儲存和運輸更安全,尤其適合人口密集區或對安全要求嚴格的電廠。
2. 工業鍋爐:中小型鍋爐及工業窯爐
適用場景:鋼鐵、化工、建材等行業的工業鍋爐、窯爐(如軋鋼加熱爐、玻璃窯爐、水泥回轉窯等)的煙氣脫硝。
這類設備排煙量相對較小,且現場往往對液氨的儲存和運輸有嚴格限制(如空間不足、安全距離不夠),尿素熱解爐無需高壓設備、操作簡便的特點更易適配。
典型案例:中小型燃煤鍋爐(200MW 以下)常用電加熱型熱解爐,初期投資低且安裝靈活;大型工業窯爐則可結合煙氣余熱回收,降低運行成本。
尿素熱解爐的脫硝效率(本質是其生成氨氣的穩定性和轉化率,進而影響 SCR 反應器的脫硝效果)受多種因素綜合影響,主要可分為熱解反應條件、設備設計參數及系統運行控制三大類,具體如下:
熱解反應核心條件
反應溫度
溫度是影響尿素熱解的關鍵因素:尿素在 350-650℃時能分解為 NH?和 CO?(反應式:CO(NH2) 2+H2O→2NH3+CO2);
若溫度低于 300℃,尿素易生成三聚氰酸、縮二脲等中間產物,不僅降低 NH?轉化率,還可能導致管道堵塞;
溫度過高(超過 650℃),部分 NH?會被氧化為 NO?(如4NH 3+5O2→4NO+6H2O),反而增加污染物排放,降低脫硝效率。
尿素溶液濃度與質量
濃度通常控制在 50% 左右:濃度過高,溶液黏度大,霧化效果差,熱解不完全;濃度過低,會增加水分蒸發所需熱量,浪費能源,且可能導致熱解爐內溫度波動;
溶液純度:若含有雜質(如氯離子、重金屬),會污染熱解產物,導致 SCR 催化劑中毒,間接降低脫硝效率。
高溫熱風與尿素的混合狀態
熱風溫度與流量:需與尿素溶液流量匹配,確保熱解爐內整體溫度穩定在佳區間(如 350-500℃);若熱風不足,會導致局部溫度過低,引發結晶;
混合均勻性:尿素溶液經噴嘴霧化后,需與高溫熱風充分混合,避免局部溫度偏差。若混合不均,部分液滴未完全熱解,會降低 NH?產量。
尿素熱解爐以轉化、穩定運行、安全環保、靈活適配為核心特點,在脫硝系統中展現出顯著優勢,尤其在對安全性和環保性要求嚴苛的場景中,已成為主流的氨氣制備方案。其性能的發揮依賴于溫度控制精度、霧化效果及加熱方式的合理匹配,需結合具體機組參數進行定制化設計。
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