脫硝系統稀釋風量下降尿素結晶原因及處理

侯少輝

(晉控電力塔山發電山西有限公司，大同 037001)

0 引 言

晉控電力塔山發電山西有限公司(以下簡稱塔山發電)#1鍋爐HG-2080/17.5-YM9型鍋爐，脫硝系統采用尿素熱解產生氨氣制備還原劑、選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝工藝。熱解爐配套的尿素計量與分配裝置(MDM)根據鍋爐不同負荷的要求，自動控制并分配利用壓縮空氣霧化噴槍，然后噴入熱解爐，同時稀釋空氣熱一次風經電加熱器加熱后進入熱解爐，由控制系統控制熱解爐的出入口溫度達到還原所要求的溫度。霧化后的尿素液滴在熱解爐內分解，生成NH3，H2O和CO2，分解后的氨由稀釋空氣稀釋到低于5%氨濃度的混合氣體送到氨噴射系統(AIG)再進入煙道系統。

1 尿素熱解及結晶條件

尿素熱解是在熱解爐中利用熱一次風通過電加熱器，加熱至450～600 ℃快速分解40%～50%的尿素溶液。反應方程式為：CO(NH2)2→NH3↑+HNCOHNCO+H2O→NH3↑+CO2↑。由于HNCO的水解率相對很低，在熱解溫度偏低一般在350 ℃以下時，尿素熱解反應不完全，反應體系中生成大量的異氰酸，異氰酸在合適的條件下反應生成縮二脲、三聚氰酸及其聚合物，低溫下大量三聚氰酸無法在熱解爐中分解，沉積于熱解爐及其出口管道的金屬壁面上。當尿素熱解出口溫度應在350 ℃以上，尿素結晶體開始分解。

2 事件經過

2020年09月份#1機組脫硝稀釋風量由10 127 Nm3/h突降至5 500～5 700 Nm3/h(保護動作值為4 400 Nm3/h)，稀釋風母管壓力由8.53 kPa升高至9.98 kPa,噴氨格柵母管壓力由1.72 kPa降低至0.44 kPa；脫硝電加熱出口溫度逐漸升高(保護動作值700 ℃)，熱解爐出口溫度逐漸降低(保護動作值低320 ℃，高420 ℃)后又升高。在這一段時間內，這種現象反反復復，甚至A、B側的噴氨支管的風量降到0 Nm3/h。當#1機組運行至10月份時，因氮氧化物的影響機組負荷就無法滿足電網需求，進行限負荷措施，隨后組織人員開始檢查分析，并對A、B側噴氨格柵64個分支手動門測溫，溫度已低到80 ℃(正常測量情況為120 ℃以上)，已判斷為手動門閥芯堵塞。并對尿素噴槍檢查，做外部霧化試驗如圖1所示。

圖1 現場霧化試驗

然后通過對熱解爐進行測溫如圖2所示，發現熱解爐壁溫有的地方溫度在300 ℃以上，最低的地方為100 ℃以下，判斷為熱解爐內已經大面積尿素結晶，經過一個半月的連續處理，機組可以正常帶負荷。

圖2 現場測溫

3 原因及判斷分析：

(1)當尿素流量減小后，熱解爐出口溫度提高至380 ℃左右，脫硝稀釋風量又逐漸升高，說明在溫度提高后尿素結晶會自動分解。

(2)熱解爐出口溫度長期保持在320 ℃，是導致尿素溶液分解后產生聚合物過多。

(3)再通過測溫判斷為熱解爐內大量結晶物僅出現在熱解爐噴槍下部區域，可能是因為熱解爐內流場偏離設計值或噴嘴工作有異常所致。熱風流量偏低將造成稀釋風在熱解爐內分布不均，尤其是熱解爐外壁側流量偏少，噴射的尿素溶液在這種工況下很難與稀釋風充分混合，就會噴射至熱解爐外壁，出現尿素溶液掛壁結晶問題。

(4)噴槍尿素溶液霧化效果變差，雖然從外部檢查霧化效果正常，但在熱解爐內通過高溫，熱脹冷縮的應力后，就會造成霧化效果變差。

(5)熱解爐頂部導流風扇可能工作不正常，或不起作用，造成熱解爐內風場產生變化。

(6)熱解爐電加熱器出力下降，內部部分加熱棒不起作用，長期入口風溫低，使得爐內部的尿素不能完全分解，產生聚合物，此聚合物有黏性。

(7)熱一次風中含灰量大，灰和聚合物攪合在一起，使得流動性更差，長期就會產生結晶，當結晶物不斷累積后，將對熱解爐內正常流場產生更大破壞，造成惡性循環，會使結晶情況迅速擴大惡化，造成熱解系統堵塞。

(8)熱一次風量長期超過設計值，在10 000 Nm3/h以上，使得對熱解爐入口溫度低于規定值。

(9)熱解爐外不保溫不合格，造成熱解爐散熱量過大。

(10)尿素品質不合格，含雜質過多，堵塞噴槍頭部，使得霧化效果差。

4 處理方法及過程

(1)因熱解爐出口氨氣含量在5%低于爆炸范圍，采取安全措施、制定應急處置方案后，在線先拆出噴氨格柵支管手動門，發現手動門門芯被積灰堵死，隨后清理更換完畢噴氨格柵16個堵塞手動門如圖3所示，優先保證系統可以暢通無阻。

圖3 現場檢查手動門

(2)聯系熱控將脫硝電加熱PLC最大出力限制值由82%逐漸提升至90%，提高熱解爐出口溫度。

(3)通過適當關小脫硝電加熱出口手動門，將脫硝稀釋風量由原來的10 000 Nm3/h降至8 000 Nm3/h左右，來提高熱解爐出口溫度。

(4)將尿素溶液儲罐的溫度從60 ℃提高至75 ℃，增加對尿素品質的監控，保證雜物不進入系統。

(5)增加對鍋爐的空預器吹灰，并對煤質進行調整，保證灰份的減少和氮氧化物的產生。

(6)利用K型熱解偶測溫原理，在熱解爐保溫鐵皮外殼鉆小孔對脫硝熱解爐外壁測溫發現，熱解爐溫度偏低處主要集中于圓柱段個別點區域。使用金屬熱處理儀包裹熱解爐外壁溫度偏低區域，加熱至400 ℃，旁邊區域使用大錘敲打熱解爐筒壁，熱解爐筒壁溫度逐漸升高。同時伴隨著脫硝稀釋風量短時稍許下降，熱解爐出口溫度降低，尿素使用量減少，分析判斷為熱解爐筒壁結晶物脫落分解所致。

(7)通過現場判斷，基本上結晶部位都在靠近熱解爐短槍的地方，因此退出短槍，只保留長槍(B、D、F、H)運行，減少尿素溶液貼壁風險。

(8)對熱解爐保溫進行部分更換，減少熱解爐的散熱。

(9)挨個對尿素噴槍以及壓縮空氣量進行檢查，對尿素槍頭認為霧化不好的進行更換。

5 防范措施及建議

(1)尿素熱解的溫度對產物的影響較大，因此應保證并維持熱解爐尾部溫度達到且略高于規程中所要求溫度值，使尿素熱解反應正常進行，盡可能避免副產物的生成。

(2)定期對尿素溶液計量分配裝置的水沖洗工作，避免尿素管路發生結晶或臟污堵塞尿素噴槍，影響霧化效果。

(3)定期檢查清理尿素噴槍噴口部位，確保霧化正常、效果良好。

(4)加強對尿素溶液霧化壓縮空氣流量的監控，避免因霧化空氣流量過低霧化不良導致熱解爐內壁結晶。

(5)每次檢修過程中都要對電加熱器進行檢查，甚至更換，并對熱解爐內部進行清理。

(6)定期對各噴氨支管手動門進行測溫，溫度低于120 ℃時，要及時處理。

(7)在機組低負荷階段，可以退出短槍，同時盡可能的通過調整手段，提高熱解爐出口溫度保證在350 ℃以上。

6 結束語

由于國家對安全因素的重視，尿素熱解技術在燃煤電廠的應用將日益廣泛。對于制約尿素熱解技術應用的結晶問題，解決途徑一是要完善和改進設計，包括優化流場、溫度場，制定詳細的保溫、運行維護說明，充分考慮設計負荷等;加大巡檢和維護的力度，及早發現一切可能引起熱解系統結晶的起因，并早作預防。