尿素水解反应器是一种将尿素溶液转化为氨气（NH₃）和二氧化碳（CO₂）的专用设备，广泛应用于工业脱硝领域，尤其是电厂、垃圾焚烧厂和冶炼行业的烟气脱硝处理。以下从工作原理、设备结构、性能特点、应用场景及操作维护等方面进行详细介绍：

一、工作原理

尿素水解反应器通过加热尿素溶液（浓度通常为40%-50%），使其在特定温度和压力下发生水解反应，生成氨气和二氧化碳。反应过程分为两步：

1. 尿素分解为氨基甲酸铵：
   ${\text{NH}}_2{\text{CONH}}_2+{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{NH}}_2{\text{COONH}}_4$
   此反应为可逆微放热反应，在常温下即可缓慢进行，但加热可加速反应。

2. 氨基甲酸铵分解为氨气和二氧化碳：
   ${\text{NH}}_2{\text{COONH}}_4\to 2{\text{NH}}_3+{\text{CO}}_2$
   此反应为可逆强吸热反应，需持续加热以维持反应速率。

总反应式：
${\text{NH}}_2{\text{CONH}}_2+{\text{H}}_2\text{O}\to 2{\text{NH}}_3+{\text{CO}}_2$

二、设备结构

尿素水解反应器通常由以下核心部件组成：

1. 反应器体：

• 材质：采用316L不锈钢或更高级别不锈钢，耐腐蚀、耐高温。

• 结构：内部设有多层催化床层（如铁基、镍基催化剂），促进尿素充分接触催化剂，提高反应效率。

• 设计：遵循流体动力学原理，优化内部流场分布，确保尿素溶液与催化剂均匀混合。

2. 加热系统：

• 类型：电加热元件或蒸汽盘管，提供并维持反应所需温度（通常为130-180℃）。

• 控制：配备精确的温度控制器和过热保护装置。

3. 搅拌与混合装置：

• 搅拌桨或静态混合器：确保尿素溶液与催化剂充分接触，提高反应效率。

• 变频控制：可根据工况调整转速，适应不同负荷需求。

4. 气液分离与净化系统：

• 气液分离器：分离生成的氨气、二氧化碳和水蒸气，防止液体夹带。

• 净化装置：去除杂质，确保氨气纯度满足脱硝系统要求。

5. 控制系统：

• 自动化控制：支持远程监控和故障诊断，实现全自动运行。

• 安全保护：配备压力、温度、液位等传感器，实时监测设备状态，确保安全运行。

三、性能特点

1. 高效性：

• 反应转化率高（通常>99%），氨气产量稳定，满足脱硝系统需求。

• 热利用效率高，能耗低，响应速度快，适应机组负荷变化。

2. 安全性：

• 相比液氨蒸发工艺，尿素水解制氨无需储存危险化学品，彻底消除重大危险源。

• 设备内氨气总量低，运行风险显著降低。

3. 环保性：

• 尿素为无毒无害的大宗工业用品，来源广泛，储存和运输无需特殊审批。

• 反应产物为氨气、二氧化碳和水蒸气，无二次污染。

4. 模块化设计：

• 撬装式结构，集成反应器、泵、换热器、控制系统等，便于现场安装和调试。

• 占地面积小，适合在现有厂区有限空间内布置。

四、应用场景

尿素水解反应器主要应用于以下领域：

1. 电厂烟气脱硝：

• 为SCR（选择性催化还原）脱硝系统提供还原剂——氨气，有效降低烟气中氮氧化物（NOx）排放。

• 案例：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，单台产氨量达1300kg/h。

2. 垃圾焚烧厂烟气处理：

• 消除焚烧过程中产生的氮氧化物，满足环保排放标准。

3. 冶炼行业烟气净化：

• 减少冶炼过程中产生的氮氧化物污染，改善环境质量。