尿素水解制氨工艺废液处理方法讨论
陈曦 王军丽
摘要：在燃煤火力发电厂烟气脱硝中，脱硝还原剂制备采用尿素制氨工艺时，尿素水解器需定期排出废液，本文对尿素水解废液处理方法进行了比较。
关键词：火力发电厂；尿素水解；制氨；废液处理
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0088-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.049
Abstract： In the process of flue gas denitrification in coal-fired power plant， the urea hydrolyzate needs to be discharged regularly when the urea process is used to prepare the denitrification reducer. The treatment methods of urea hydrolyzate waste are compared in this paper.
Key words：Thermal power plant；Urea hydrolysis；Ammonia making； Waste liquid treatment
1 尿素水解制氨工艺流程
尿素水解制氨工艺流程为：50%质量浓度的尿素溶液由尿素溶液输送泵输送到水解制氨反应器中，在合适的温度与压力下，尿素溶液分解成包括氨气、二氧化碳和水蒸气的气体产物。水解制氨反应器中的基本反应及产品气组成如下：
（x）H2O + NH2CONH2 --> NH4COONH2 + （x-1）H2O--> 2NH3 + CO2 + （x-1）H2O
2 尿素水解制氨工艺废液的产生及成分
尿素水解器是个密闭容器，尿素溶液进入水解器后产物为氨气、二氧化碳和水蒸气等气体，从尿素水解器上部输出到脱硝装置[1]。尿素溶液带的少量缩二脲等杂质不能随产品气排出，随着尿素水解器的长期运行，尿素溶液中的杂质浓度会越来越高，因此水解需要根据运行情况定期从底部排液，将沉积的杂质一同排出。通常为每周排放两次。
尿素水解器排出的废液主要成份为30%尿素（CO（NH2）2），约5%缩二脲（C2H5N3O2），微量的Cr+6，其余为水。
3 尿素水解制氨废液处理方案及分析比较
根据火力发电厂废水零排放要求，文中对尿素水解废液采用三种方法进行处理，分别为：1.废液炉内分解；2.废液蒸发、干燥处理；3.废液蒸发、离心处理。具体方案如下。
3.1 废液炉内分解
将尿素水解废液收集在废液箱内，废液箱高液位时或定期通过废水泵将废液输送至安装在锅炉炉膛上（炉膛温度850～950℃区域）的喷枪内，然后喷入炉内在高温烟气的作用下分解成氨气和水，氨气与烟气中的氮氧化物反应生成氮气和水。
分解主要反应方程式如下：
CO（NH2）2+H2O→2NH3+CO2
4NH3+5O2→4NO+6H2O
4NO + 4NH3 + O2→ 4N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3→ 7N2 + 12H2O
NO + NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2O
主要设备包括废液箱、废水泵、静态混合器、尿素喷枪、氨气吸收槽。
3.2 废液蒸发、干燥处理
将尿素水解废液收集在蒸发器内收集，蒸发器高液位时或定期将启动废液蒸发、干燥系统，先将废液在蒸发器内浓缩后，浓缩液排至干燥机中进行干燥，蒸发器及干燥机产生的水蒸汽排至氨气吸收槽收集[2]。
主要设备包括蒸发器、电加热干燥机、废液泵。
3.3 废液蒸发、离心分离处理
将尿素水解废液先收集在废液箱内，高液位时将废液打至蒸发器内加热浓缩，然后对浓缩液进行冷却，浓缩液经冷却后产生大量尿素结晶，然后排入离心机进行分离，尿素颗粒袋装固废处理，母液存放至废液箱。
主要设备包括蒸发器、离心机、废液箱、废液泵[3]。
3.4 尿素废液处理方案比较分析
通过尿素废液处理工艺可以看出：
当采用废液炉内分解方案，将废液喷入锅炉炉膛，可以利用锅炉燃烧能量，不需要其它能源，并可以将废液完全分解不产生固废。但是需要在锅炉炉膛设置尿素溶液喷枪，在运行时需要注意雾化空气系统，避免喷枪出现滴液现场，以免发生喷枪滴液引起的锅炉爆管。
当采用废液蒸发、干燥处理方案，由于最终采用电干燥器，因此能耗较高。同时由于尿素溶液浓缩液及尿素颗粒具有一定的粘性，蒸发器、干燥机内部需要定期人工清理，运行维护工作量较大[4]。废液处理后最终会产生尿素、缩二脲等混合物。
当采用废液蒸发、离心分离处理方案，尿素浓缩后采用离心机出料，因此能耗相对较小。但是经过离心机后的尿素溶液还需要再次收集，因此系统较复杂，较液蒸发、干燥处理方案多了一个废水罐。同样蒸发器、离心机需要定期人工清理、运行维护工作量较大。废液处理后最终会产生尿素、缩二脲等混合物。
4 结语
文中提出的三种尿素废液处理方案均能实现脱硝装置废水零排放的目标。企业在选择废液处理方案时，应根据企业的具体情况来确定。要考虑到企业运行管理水平，在选用能耗低、投资少的方案时，避免影响企业的正常生产运行，同时要考虑废液处理后产生的廢固处理问题。
参考文献
[1]沈斌.尿素制氨工艺在SCR烟气脱硝工程中的应用[J].中国特种设备安全，2009，26（1）：52-55.
[2]姚洪齐，徐晨.生产过程中的硫酸铵蒸发结晶以及中和结晶的主要对比分析[J].科技创新与应用，2016，（15）：22.
[3]韩东，彭涛，梁林等.基于蒸汽机械再压缩的硫酸铵蒸发结晶实验[J].化工进展，2009，（23）：138.
[4]汪家铭.尿素法SCR 烟气脱硝技术及应用前景[J].合成技术及应用，2013 ，28（1）：26.
收稿日期：2018-01-26
作者简介：陈曦（1982-）， 男，研究方向为燃煤发电厂脱硫、脱硝装置。
摘要：在燃煤火力发电厂烟气脱硝中，脱硝还原剂制备采用尿素制氨工艺时，尿素水解器需定期排出废液，本文对尿素水解废液处理方法进行了比较。
关键词：火力发电厂；尿素水解；制氨；废液处理
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0088-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.049
Abstract： In the process of flue gas denitrification in coal-fired power plant， the urea hydrolyzate needs to be discharged regularly when the urea process is used to prepare the denitrification reducer. The treatment methods of urea hydrolyzate waste are compared in this paper.
Key words：Thermal power plant；Urea hydrolysis；Ammonia making； Waste liquid treatment
1 尿素水解制氨工艺流程
尿素水解制氨工艺流程为：50%质量浓度的尿素溶液由尿素溶液输送泵输送到水解制氨反应器中，在合适的温度与压力下，尿素溶液分解成包括氨气、二氧化碳和水蒸气的气体产物。水解制氨反应器中的基本反应及产品气组成如下：
（x）H2O + NH2CONH2 --> NH4COONH2 + （x-1）H2O--> 2NH3 + CO2 + （x-1）H2O
2 尿素水解制氨工艺废液的产生及成分
尿素水解器是个密闭容器，尿素溶液进入水解器后产物为氨气、二氧化碳和水蒸气等气体，从尿素水解器上部输出到脱硝装置[1]。尿素溶液带的少量缩二脲等杂质不能随产品气排出，随着尿素水解器的长期运行，尿素溶液中的杂质浓度会越来越高，因此水解需要根据运行情况定期从底部排液，将沉积的杂质一同排出。通常为每周排放两次。
尿素水解器排出的废液主要成份为30%尿素（CO（NH2）2），约5%缩二脲（C2H5N3O2），微量的Cr+6，其余为水。
3 尿素水解制氨废液处理方案及分析比较
根据火力发电厂废水零排放要求，文中对尿素水解废液采用三种方法进行处理，分别为：1.废液炉内分解；2.废液蒸发、干燥处理；3.废液蒸发、离心处理。具体方案如下。
3.1 废液炉内分解
将尿素水解废液收集在废液箱内，废液箱高液位时或定期通过废水泵将废液输送至安装在锅炉炉膛上（炉膛温度850～950℃区域）的喷枪内，然后喷入炉内在高温烟气的作用下分解成氨气和水，氨气与烟气中的氮氧化物反应生成氮气和水。
分解主要反应方程式如下：
CO（NH2）2+H2O→2NH3+CO2
4NH3+5O2→4NO+6H2O
4NO + 4NH3 + O2→ 4N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3→ 7N2 + 12H2O
NO + NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2O
主要设备包括废液箱、废水泵、静态混合器、尿素喷枪、氨气吸收槽。
3.2 废液蒸发、干燥处理
将尿素水解废液收集在蒸发器内收集，蒸发器高液位时或定期将启动废液蒸发、干燥系统，先将废液在蒸发器内浓缩后，浓缩液排至干燥机中进行干燥，蒸发器及干燥机产生的水蒸汽排至氨气吸收槽收集[2]。
主要设备包括蒸发器、电加热干燥机、废液泵。
3.3 废液蒸发、离心分离处理
将尿素水解废液先收集在废液箱内，高液位时将废液打至蒸发器内加热浓缩，然后对浓缩液进行冷却，浓缩液经冷却后产生大量尿素结晶，然后排入离心机进行分离，尿素颗粒袋装固废处理，母液存放至废液箱。
主要设备包括蒸发器、离心机、废液箱、废液泵[3]。
3.4 尿素废液处理方案比较分析
通过尿素废液处理工艺可以看出：
当采用废液炉内分解方案，将废液喷入锅炉炉膛，可以利用锅炉燃烧能量，不需要其它能源，并可以将废液完全分解不产生固废。但是需要在锅炉炉膛设置尿素溶液喷枪，在运行时需要注意雾化空气系统，避免喷枪出现滴液现场，以免发生喷枪滴液引起的锅炉爆管。
当采用废液蒸发、干燥处理方案，由于最终采用电干燥器，因此能耗较高。同时由于尿素溶液浓缩液及尿素颗粒具有一定的粘性，蒸发器、干燥机内部需要定期人工清理，运行维护工作量较大[4]。废液处理后最终会产生尿素、缩二脲等混合物。
当采用废液蒸发、离心分离处理方案，尿素浓缩后采用离心机出料，因此能耗相对较小。但是经过离心机后的尿素溶液还需要再次收集，因此系统较复杂，较液蒸发、干燥处理方案多了一个废水罐。同样蒸发器、离心机需要定期人工清理、运行维护工作量较大。废液处理后最终会产生尿素、缩二脲等混合物。
4 结语
文中提出的三种尿素废液处理方案均能实现脱硝装置废水零排放的目标。企业在选择废液处理方案时，应根据企业的具体情况来确定。要考虑到企业运行管理水平，在选用能耗低、投资少的方案时，避免影响企业的正常生产运行，同时要考虑废液处理后产生的廢固处理问题。
参考文献
[1]沈斌.尿素制氨工艺在SCR烟气脱硝工程中的应用[J].中国特种设备安全，2009，26（1）：52-55.
[2]姚洪齐，徐晨.生产过程中的硫酸铵蒸发结晶以及中和结晶的主要对比分析[J].科技创新与应用，2016，（15）：22.
[3]韩东，彭涛，梁林等.基于蒸汽机械再压缩的硫酸铵蒸发结晶实验[J].化工进展，2009，（23）：138.
[4]汪家铭.尿素法SCR 烟气脱硝技术及应用前景[J].合成技术及应用，2013 ，28（1）：26.
收稿日期：2018-01-26
作者简介：陈曦（1982-）， 男，研究方向为燃煤发电厂脱硫、脱硝装置。
