目前，火电厂作为我国电力能源重要的生产单位，对促进国民经济的发展起到至关重要的作用。然而，火电厂也是我国环境污染的重要来源，其中锅炉烟气中的氮氧化物对于大气的污染尤为严重，如何除去烟气中的氮氧化物并加以利用而制成氨气是火电厂当前需要关注的焦点。本文首先详细讲解氨气的各种制备方法，然后以青山热电厂为例，阐述氨气制备技术在火电厂中应用。 


1 引言 
随着国家政府对大气环保的日益重视，凡是燃煤的锅炉，对其烟气的排放有较为严格的排放标准，不仅对已建成的火电厂进行大气污染物之一SO2严格控制，还对目前正在建造或刚建成不久的火电厂增加脱硝系统的以严格控制氮氧化物的排放。目前，主流脱销技术SCR又称选择性催化还原烟气脱硝技术是通过把烟气加入到具有一定温度的烟气中，在催化剂的催化作用下，由于氨气与氮氧化物具有选择还原性，从而发生选择还原反应生成氮氧化物和水以除去氮氧化物，大大减少了氮氧化物对大气的污染。SCR技术是当前最为先进的脱硝技术，脱硝效率比较高，源于美国，目前已应用于大部分对氮氧化物有严格控制标准的国家。本文主要对氨水法、液氨法、水解尿素、热解尿素4种制备氨气的工艺进行分析和对比。 
2 制备氨气的方法 
2.1 氨水法系统 
与其它系统相比，氨水法系统较为简单。其主要工艺流程为：首先稀释氨水溶液至含氨量为25%，然后存贮在抗腐蚀的存贮罐中，采用输送泵将氨水溶液喷到烟气中，加热稀释后的凤会随着氨水溶液一起喷入烟气中，大量的水滴蒸发，从而稀释完成。 
采用氨水法制备氨气，有很多缺点：首先能耗相当高，违背国家节能减排政策，其次，会蒸发掉大量的水，并且，此方法是氨气制备的三种方法中所需原料量最高的一种，从而导致附加成本，例如存贮和运输。 
2.2 液氨法系统 
液氨法制备氨气在美国是被严禁使用的，主要是因为它存在一定的危险性，根据我国《重大危险源辨识》的规定，当氨的使用量超过10吨时，就成为了重大的危险源。尽管如此，由于投资低、系统相对较为简单、技术比较成熟等优点，在我国，液氨法还是广泛应用于火电厂氨气制备中。液氨储存系统、液氨蒸发系统、事故吸收系统、氮气置换系统构成了液氨法系统。 
2.3 尿素法系统 
2.3.1 尿素水解制氨系统 
首先通过运输卡车把尿素储存在倾卸罐中，然后将尿素从倾斜罐中转移至混合箱中，接着将热水与混合箱中的干尿素混合，在搅拌器的搅拌作用下，尿素溶液会加快溶解，等干尿素完全溶解后，在通过泵将尿素溶液打进储存罐中保存起来。最后把从储存罐中出来的尿素溶液经过热交换器把其加热到反应温度后进入水解槽发生水解反应，从而产生氨气。其中，热交换器中热量来源于水解后的尿素溶液的残液带来的余热。反应方程式如下： 
NH2CONH2 + H2O → NH2CO2NH4； NH2CO2NH4 → 2NH3 + CO2 
尿素水解制氨方法的优点：能保证整个过程绝对安全可靠，避免了SCR氨气制备技术在运输、储存、运行中带来的相关安全问题和环境污染问题。 
2.3.2 尿素热解制氨系统 
（1）尿素具有热不稳定特性，在加热时，可迅速分解为氨气和水。如图2所示，为尿素热解法制氨流程。首先尿素粉末从储存仓中转移至溶解液中，通过除盐水将固体尿素溶解，然后通过尿素溶解液输送泵将尿素溶液输送到储存罐中，接着将尿素溶液和经加热后的稀释风一起打到热分解室。热解室主要利用燃烧柴油产生的大量的热，当热解室内的温度达到450到600摄氏度时，尿素就可以完全分解，最终生成氨气和二氧化碳。 
（2）绝热热解室是尿素热解制氨系统的重要设备之一，是尿素经过雾化的溶液和加热的空气在高温时发生热解反应的场所，绝热热解室的体积会直接影响到尿素溶液发生热解的效率，间接影响到尿素溶液生成氨气和二氧化碳的效率，从而影响到脱硝的效率。然而如何来设计绝热热解室的体积来使尿素热解效率达到最高，这里将不再详细赘述。 
燃油、电加热器、燃气热风炉都可以作为热源来加热空气或锅炉的二次风，从而形成热风的来源。可以做成立式的热解炉，并且与热风炉分体而值。一般情况下，热解炉由于空气膨胀的原因，导致热解炉上半部分小，下半部分大，其中热解炉的下端主要用于让分解后的气体流出并引至脱硝设备。当然，也可以做成卧式的，与热风炉合体而置，热风炉在一端，喷入尿素溶液于热风炉后面，把分解后的气体从热解炉的另一端引至SCR设备。 
尿素热解制氨系统的优点是：热解反应比较完全、中间聚合物几乎不会产生。其缺点是：在热解室方面还需要另外的热源来加热热解室，对气流组织形式和控制系统的水平要求也较高，运行时，需要大量的燃油，从而导致运行费用较高，并且在热解炉的尾部容易很快产生大量的积物，不易处理。相比其优点来说，缺点更为明显，因此，尿素热解制氨系统相比尿素水解制氨系统来说，应用范围较为狭窄，普遍采用尿素水解制氨系统来脱硝并制备氨气。 
3 氨气制备技术在青山热电厂中的应用 
青山热电厂350MW超临界机组采用由北京国电龙源环保技术有限公司生产的U2A 尿素-氨系统来脱硝水解并制备氨气。其中全套进口由美国Wahlco公司生产的水解反应器。通过一年实际观察运行，存在以下两方面的问题，并经过技术研究已初步解决存在的问题。 
3.1 尿素溶液输送管道堵塞 
由于尿素溶液必须控制其温度在36摄氏度以上，才能防止尿素溶液低温结晶，因此青山两台350MW机组自投产运行以来，发现当环境温度低于10摄氏度时，极易使尿素溶液输送管道发生严重堵塞。为了彻底解决这一问题，在日前进行的机组C修中，我厂加装了蒸汽伴热管道，目前取得了一定的效果，最终实际效果将在今后的运行中加以验证。 
3.2 水解反应器压力长期偏低且难以提高压力 
尿素水解反应是吸热反应，因此该反应需要加热来促使氨气产生。水解反应器采用蒸汽管道表面加热方式，反应器控制压力4～7bar，温度控制在120～160摄氏度运行，通过调制蒸汽量保持设定压力。如果蒸汽量加大，且反应器温度维持高限运行，但压力始终难以起来，首先怀疑水解器中尿素溶液浓度过高，一般浓度高于28%的尿素水溶液受热容易生成难溶于水的缩二脲及其他缩合物，造成尿素水解系统堵塞，造成压力压起不来。其次怀疑反应器内部蒸汽加热管束存在堵塞，致使加热效果不好。因为该水解反应器为全套进口，不能解体检查。 
4 结语 
与液氨法或氨水法制备氨气相比，尿素法，包括水解法和热解法，都具有一定的安全性，所以尿素法制备氨气逐渐在国内甚至在世界范围内称为很多用户的首选，特别是尿素水解法制氨系统更是受广大用户的欢迎。随着工程技术人员对尿素水解和热解技术的深入研究、不断改进、不断创新，尿素水解与热解所需要的能源将由火电厂锅炉排放的低品质的能源所代替，这样的话，其运行成本将会大大降低，从而会加快在市场上的推广，为我国的环境保护作出更大的贡献