200MW機組鍋爐尿素熱解脫硝存在問題及應對策略

摘要：針對我公司1、2號爐尿素熱解脫硝系統(tǒng)熱解爐易結晶、尿素耗量偏高等問題深入分析，進行了脫硝系統(tǒng)改造及優(yōu)化運行。通過改變稀釋風取風口、縮短噴氨格柵管路、完善保溫等措施，提高熱解爐出口溫度，解決了脫硝系統(tǒng)效率低、尿素消耗量大的問題。

關鍵詞：稀釋風；熱解爐；噴氨格柵；保溫

1 尿素熱解脫硝系統(tǒng)主要存在問題

公司1號鍋爐為哈爾濱鍋爐廠設計生產，鍋爐型號為HG-670/140-YM14型，屬于超高壓、大容量、一次中間再熱自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風、固態(tài)排渣煤粉鍋爐。根據最新《中華人民共和國環(huán)境保護法》要求，針對我公司現(xiàn)有火力發(fā)電機組煙氣中NOx達標排放問題，對煙氣系統(tǒng)進行改造。為滿足國家環(huán)保要求，公司于2014年和2015年分別進行了6臺鍋爐脫硝系統(tǒng)及配套工程改造，1、2號爐配套設置的尿素熱解脫硝系統(tǒng)，3～6號爐為尿素水解脫硝系統(tǒng)，改造后，在機組正常運行時氮氧化物均實現(xiàn)達標排放。

1號鍋爐尿素熱解脫硝及配套工程改造，采用尿素熱解脫硝工藝。脫硝反應系統(tǒng)主要是由煙氣系統(tǒng)、尿素制備系統(tǒng)、尿素熱解系統(tǒng)、SCR反應器、氨噴射系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)組成。干尿素按比例加入合適溫度的除鹽水，制成 50% 質量濃度的尿素溶液，然后通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐；高流量循環(huán)模塊，通過變頻循環(huán)泵把儲罐中尿素溶液輸送到計量與分配裝置，其中未使用的部分尿素返回到尿素溶液儲罐；計量與分配裝置根據鍋爐不同負荷的要求，自動控制并分配給4只霧化噴槍，然后噴入熱解爐，稀釋風機由空氣預熱器抽取熱風送入熱解爐加熱，由電加熱控制系統(tǒng)控制熱解爐達到熱解所要求的溫度，霧化后的尿素液滴在熱解爐內分解，生成氨氣、水、二氧化碳，分解后的氨由稀釋風稀釋到低于5% 氨濃度的混合氣體送到氨噴射系統(tǒng)，通過36路噴氨格柵與煙氣均勻混合后流經催化劑加速催化還原反應，完成煙氣脫硝過程。

結合運行實際經驗來看，尿素熱解脫硝系統(tǒng)主要存在問題包括：尿素熱解效果差，熱解爐結晶；噴氨格柵管內壁積灰堵塞；壓縮空氣質量差；保溫差，熱散失高。

2 原因分析

脫硝反應系統(tǒng)主要是由煙氣系統(tǒng)、尿素制備系統(tǒng)、尿素熱解系統(tǒng)、SCR反應器、氨噴射系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)組成。

干尿素按比例加入合適溫度的除鹽水，制成 50% 質量濃度的尿素溶液，然后通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐；高流量循環(huán)模塊（HFD） 通過變頻循環(huán)泵把儲罐中尿素溶液輸送到計量與分配裝置（MDM），其中未使用部分通過背壓控制閥組返回到尿素溶液儲罐；計量與分配裝置根據鍋爐不同負荷的要求，自動控制并分配給4只霧化噴槍，然后噴入熱解爐，同時稀釋空氣經加熱后進入熱解爐。由電加熱控制系統(tǒng)控制熱解室達到熱解所要求的溫度。霧化后的尿素液滴在熱解爐內分解，生成氨氣、水、二氧化碳，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(tǒng)（AIG），再進入脫硝系統(tǒng)。

催化劑的運行溫度范圍為320～420℃。當運行溫度高于催化劑的最高溫度限值時，催化劑將發(fā)生燒結和脆裂；當運行溫度低于催化劑的最低溫度限值時，容易生成銨鹽（主要是硫酸銨或硫酸氫銨）并附著在催化劑表面而堵塞催化劑。催化劑的最低運行溫度與煙氣中的NH3和SO3的濃度有關，兩者濃度越高，催化劑的最低溫度限值越高。

2.1熱解爐管壁尿素易結晶

熱解爐運行溫度470℃，尿素溶液通過霧化噴槍進行霧化后進入熱解爐內，與被加熱后的稀釋風混合，完成尿素的熱解反應過程，由于未達到尿素熱解反應溫度，霧化尿素不能充分分解，未分解的尿素在熱解爐管壁上大量結晶、堵塞出口，影響脫硝系統(tǒng)安全運行及脫硝效率降低。

2.2噴氨格柵管內壁積灰堵管

（1）由于稀釋風機取風口距離回轉式預熱器出口較近，預熱器煙氣側附著的積灰在空氣側被吹起，隨著熱風抽取進入稀釋風管路，經稀釋風機加壓后進入熱解爐，流經噴氨格柵時，會吸附在管壁上，日積月累灰塵堵塞噴氨格柵。

（2）聯(lián)箱管道過長，1號爐聯(lián)箱布置在反應器頂部，距AIG手動門有12 3.壓縮空氣品質差、壓力低，含水、含油較多。

2.3壓縮空氣品質差

由于空壓機維護不到位，縮空氣品質較差，壓縮空氣只能維持在0.45MPa（設計為0.55-0.6MPa），造成熱解爐噴槍霧化無法達到最佳效果。由于壓縮空氣含水、含油，尿素溶液有微粒，噴槍霧化不好，甚至噴嘴磨損，多投入的尿素溶液在熱解爐內無法完全分解，流經AIG管道、閥門后，形成結晶堵塞管路。

2.4保溫效果差，熱損失大

AIG管道頂部保溫有脫落，在環(huán)境溫度20℃時，對熱解爐出口至氨空混合聯(lián)箱間管路測溫，彎頭管路上端平臺、支架等部位保溫外表面溫度在60-110℃之間，超過了環(huán)境溫度25℃保溫外表面不高于50℃的保溫標準，熱損失大。

3 脫硝系統(tǒng)改造及優(yōu)化運行策略

3.1提高熱解爐運行溫度

經過與脫硝系統(tǒng)生產廠家溝通，運行中熱解爐溫度由470℃提高500℃以上，維持熱解爐出口溫度在370℃，使霧化尿素能夠受熱充分分解。

3.2針對噴氨格柵管內壁積灰堵管問題

（1）將現(xiàn)有的稀釋風機取風口位置從預熱器出口標高18米處改至標高27米靠近省煤器熱風道垂直面處，遠離預熱器出口，減少熱風帶灰。

（2）在稀釋風機前安裝旋風分離除塵器，最大限度除凈稀釋風攜帶的灰塵。

（3）將1號爐現(xiàn)有聯(lián)箱降低標高至AIG手動門上方1-1.5米高度，縮短管路長度約10米，同時減少分支管路的彎頭數量至1個，減少沿程阻力，最大限度保障流通。

3.3處理壓縮空氣

（1）在壓縮空氣罐出口安裝加裝高效油水分離器及凝結式過濾器，提升壓縮空氣品質，提高霧化效果。

（2）提請公司對空壓機系統(tǒng)進行專項治理，提升壓縮空氣壓力至0.55MPa以上，從根本上解決壓縮空氣壓力低的問題。

（3）及時跟蹤噴槍壓力，當噴槍尿素壓力低于0.4MPa時，霧化空氣流量低于16Nm？/h，及時聯(lián)系檢修進行退槍檢查或更換噴嘴。

3.4治理預熱器出口至反應器前管路、彎頭、聯(lián)箱、閥門處保溫，確保反應器前熱風管道保溫合格，減少散熱。

4 結論

經過一個檢修期觀察，效果明顯，熱解爐未出現(xiàn)結晶現(xiàn)象。噴氨格柵改造后，管道未出現(xiàn)積灰堵塞現(xiàn)象。改造后壓縮空氣質量較好，油、水徹底清除。保溫改造前后噴氨格柵溫度對比，脫硝系統(tǒng)設備改造提高脫硝系統(tǒng)安全性，優(yōu)化運行提高經濟性，確保環(huán)保達標排放；脫硝系統(tǒng)改造后運行時間短，需要進一步探討優(yōu)化運行潛能。通過提高脫硝系統(tǒng)可靠性，保證鍋爐啟動初期和停爐末期脫硝系統(tǒng)能夠正常投入，減少了氮氧化物超標排放的時間，在一定程度上降低了公司的環(huán)保繳費，同時也有效降低了機組啟停過程中污染物排放。公司承擔起了節(jié)能減排責任，展現(xiàn)了大唐企業(yè)負責任、有實力、可信賴的良好企業(yè)形象。

作者簡介：高興慧，（1968- ），男，助理工程師，從事發(fā)電廠運行管理工作。