实用技术 | 成都锐思——尿素水解制氨技术

导 语

生态环境保护实用技术和示范工程是我会面向所有环保企事业单位的免费年度技术推广服务，从1991年至今我们已累计推广先进技术和工程4100多项。为便于相关方使用《2021年重点生态环境保护实用技术和示范工程名录》（详见关于发布《2021年重点生态环境保护实用技术和示范工程名录》的公告），我会编制了入选技术和工程的简介，将陆续在我会官微和官网公布。简介内容均由入选项目的申报单位提供。

2021-46

技术名称

成都锐思——尿素水解制氨技术

成都锐思环保技术股份有限公司

中国环保产业协会脱硫脱硝委员会

用于锅炉烟气脱硝处理；电力、垃圾焚烧和冶炼行业的烟气脱硝处理；利用尿素作为还原剂的SCR脱硝反应装置。

基本原理

质量分数为 50%的尿素溶液在水解反应器中，温度为 140～160 ℃发生水解反应，产生 NH₃ 和 CO₂。尿素水解反应过程中，主要经历两个过程：尿素先水解出氨基甲酸铵（NH₂COONH₄）；氨基甲酸铵超过 60 ℃就会进一步分解产生氨气（NH₃）和二氧化碳（CO₂）。

尿素水解反应过程中，尿素水解为氨基甲酸铵的过程是可逆的微放热反应；氨基甲酸铵分解为氨气和二氧化碳是可逆的强吸热反应。

根据尿素水解反应机理，只要不断地为水解反应供给热量并维持反应温度就可保证尿素水解反应能安全地、持续稳定地产生氨气和二氧化碳，从而能够稳定地为烟气脱硝装置提供还原剂——氨气。

工艺路线

尿素颗粒加入到尿素溶解罐，除盐水将其溶解成质量分数约为 50 %的尿素溶液，再转存到尿素溶液储罐。通过尿素溶液给料泵送入尿素水解反应器。提供蒸汽(180℃，0.8 MPa)、电等能量条件下，将尿素溶液加热到反应温度（140～160℃），反应产生氨气，为脱硝系统提供所需的氨。

尿素水解反应速率随温度升高而增大，通过控制水解器内的温度，使水解产氨量与脱硝装置需氨量匹配，以适应机组负荷变化的需要。运行控制极为简单， 能实现全自动化的运行。

常规采用液氨作为脱硝氨气来源的项目中，液氨的运输及储存均存在巨大的安全隐患。尿素非常安全，水解器内的氨气总量也很低，是一种更安全的替代手段。

技术应用数量

完成技术应用案例 118 项，装备应用 256 台/套，截至2021年年底累计销售额为33400万元。

应用效果

（1）尿素水解制氨装置在不同进料量情况下，尿素水解制氨装置对尿素溶液的水解产氨率均大于 95.38%，平均水解产氨率为 98.73%；

（2）尿素水解装置整体运行平稳，运行的产品气出口压力稳定，尿素水解制氨装置产品气组分稳定，其含氨量为 27.1～28.8 w%，平均值为 28.25 w%（换算成体积含氨量为 37.42 V%），与设计相符；

（3）尿素水解制氨装置最大氨气出力达到了设计要求，最小氨气出力为最大出力的30%；

（4）设备运行可靠，通过对比锅炉负荷，尿素水解制氨装置能满足脱硝系统氨负荷变化要求和调节需求，测试期间装置可用率100%；

（5）尿素水解制氨装置完全能够满足机组负荷变化的要求，对机组负荷的变化而及时响应，响应时间低于30s；

（6）尿素水解制氨装置自动化投入率100%，仪表投入率100%；

目前该技术已经得到了大量的应用，包括多机组、大产氨量的项目如国电聊城发电有限公司4×600MW 机组脱硝还原剂尿素法改造工程（单台1300 kg/h产氨量）；该技术也在国外项目进行了应用如越南永新一期电力有限公司脱硝还原剂液氨改尿素工程项目。

技术特点

原料尿素是大宗工业、农业用品，来源丰富稳定，无毒无害，储存和运输不需要特别的审批和要求。

实时、就地将尿素转化成氨气，解决了氨的储存和运输问题。自动化程度高，运行安全、稳定、可靠。

同等需氨量下， 投资费用较液氨技术和氨水技术高，运行费用较氨水工艺和尿素热解制氨工艺低。

案例名称

湖北能源集团鄂州发电有限公司一、二期（2×330MW+2×650MW）尿素制氨改造项目 EPC 总承包工程。

案例简介

湖北能源集团鄂州发电有限公司为了消除厂内的重大危险源——液氨储罐，将 SCR 脱硝反应器供氨的液氨储罐改造为安全性能很高的尿素水解反应器；即通过尿素水解产生的氨为SCR装置提供还原剂。该项目尿素水解装置能够对机组负荷的变化及时响应，使烟气中的氮氧化物浓度满足国家排放标准。

EPC 单位：成都锐思环保技术股份有限公司；

分包单位：安装工程由中国电建集团福建工程有限公司施工完成，建筑装饰工程由中电建湖北电力建设有限公司施工完成；

污染特征：烟气排出氮氧化物 NO_x；

工程规模：2×330MW+2×650MW 机组脱硝还原剂液氨改尿素水解系统，共三台尿素水解器，每台尿素水解器的产氨量为 900 kg/h；

建设规模：尿素制氨改造所供设备（包括工艺系统、辅助系统、设备和分包

的产品）及尿素水解系统、尿素制备系统及尿素储存系统和合同内相关安装工程、建筑工程；

运行模式：EPC，试运行合格后交与业主自运行。

尿素制氨改造工程于2019 年 3 月 10 日进场做开工前期准备工作，于 2019 年4 月 29 日 开工， 2019 年 12 月 15 日系统受电， 2020 年 5 月 29 日开始带尿素溶液试运行， 2020 年 6 月 6 日 168 小时试运结束， 2020 年 7 月 20 日移交湖北能源集团鄂州发电有限公司自主运行生产。

达到的标准或性能要求

《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011 ）；尿素水解制氨装置为 SCR 脱硝反应器提供氨，保证氮氧化物排放浓度满足国家标准；《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011 ）中氮氧化物（以 NO₂ 计）排放限值低于100 mg/Nm³。该项目供氨能力达到合同设计要求，同时该装置能够满足随机组负荷变化而及时响应。

业主单位

湖北能源集团鄂州发电有限公司。

投运时间

2020 年 7 月 20 日。

工艺流程

在尿素制氨车间，尿素颗粒加入储罐，除盐水将其溶解成质量分数约为 50 %的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵、计量与分配装置进入尿素水解反应器。提供蒸汽（180 ℃，0.8 MPa）、电等能量条件下，保证尿素水解的反应温度为140～160 ℃，尿素发生水解反应并且控制反应器压力（通常为0.4～0.6 MPa）来为脱硝系统提供所需的氨。

水解尿素的产品气为氨气，以及二氧化碳和蒸汽的气态混合物，将该混合物送入脱硝系统中。在脱硝反应器中氨氮化物与气态混合物中氨发生氧化还原反应，从而脱除烟气中的氮氧化物。

尿素水解制氨作为一种安全稳定提供氨来源的手段，为脱硝系统提供稳定的来源，并随着脱硝系统需氨量而变化。

运行情况

（1）该项目运行稳定，三套水解器已经稳定运行 11 个月，从未发生事故和故障；

（2）三套水解器能够跟随机组负荷的变化而及时响应，维持烟气的出口 NO_x浓度小于100 mg/Nm³，完全能够达到国家排放标准；

（3）自动投运率 100 %，单套尿素水解制氨反应模块可用率不低于 98 %；

（4）产品输气管道采用多点测温，可以根据其温度变化及时调整输送压力，防止产品气回凝而堵塞管道；

（5）尿素溶液浓度均为 50.1 %（wt）；

（6）达到设计条件下最大产氨量，分别为 935 kg/h、 936 kg/h、 912 kg/h；满足设计要求产氨量 900 kg/h；

（7）单套尿素水解反应器具有所指定 BMCR 工况下脱硝系统氨气需要量的 20 %~ 100 %动态范围内供氨响应能力。

     示范工程指采用先进生态环境保护技术、装备、材料或创新服务模式，具有示范推广意义的工程，包括污染防治工程、生态修复工程、资源综合利用工程、碳减排及生态环境综合治理工程。

来源：技术部

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编辑：戴桃周