600 MW火電機組脫硝熱解爐結晶在線處理

余志敏

( 山西漳電大唐塔山發電公司，大同 037001 )

0 引 言

塔山電廠脫硝系統氨制備工藝采用尿素熱解爐制備法。具體工藝與流程為：脫硝稀釋風(來自熱一次風)經過兩組串聯電加熱器加熱成約500～550 ℃高溫熱風進入脫硝熱解爐。已制備好的尿素溶液經噴槍進入熱解爐內部，霧化后的尿素溶液在熱解爐內部與高溫熱風反應分解形成氨氣，與此同時氨氣濃度被熱風稀釋至5%濃度以下。生成的氨氣由脫硝稀釋風攜帶經過噴氨格柵管道進入煙道與煙氣充分混合。最后，共同經過脫硝催化劑參與脫硝催化反應去除煙氣中氮氧化物。

1 事故經過

1.1 事故前狀態

機組負荷420 MW，AGC運行方式，A、B、C、E、F五臺磨煤機運行，總煤量270 t/h，主汽壓力15.8 MPa；尿素流量0.68 m3/h,熱解爐出口溫度322 ℃；脫硝稀釋風量10 127 Nm3/h,噴氨格柵A側風量4 496 Nm3/h，噴氨格柵B側風量4 754 Nm3/h；稀釋風母管壓力8.53 kPa，噴氨格柵母管壓力1.72 kPa。

1.2 事件過程

9月11日03時09分，脫硝稀釋風量由10 127 Nm3/h突降至5 500～5 700 Nm3/h；噴氨格柵A、B側風量瞬時最低降為0，又升高至2 500～2 700 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，熱解爐出口溫度逐漸降低。03時50分，脫硝稀釋風量恢復至8 500～9 000 Nm3/h，噴氨格柵A、B側風量恢復至3 500～3 800 Nm3/h，稀釋風母管壓力降至9.3 kPa,噴氨格柵母管壓力升高至1.03 kPa。同時A、B側噴氨格柵64個分支手動門測溫正常；檢查脫硝系統各蝶閥、擋板狀態正常。06時10分，脫硝稀釋風量恢復至9 700～10 900 Nm3/h，噴氨格柵A、B側風量恢復至4 600～4 800 Nm3/h，稀釋風母管壓力降至8.6 kPa,噴氨格柵母管壓力升高至1.80 kPa。

9月14日，機組負荷414 MW，尿素流量0.65 m3/h，脫硝稀釋風量由10500 Nm3/h突降至9 100 Nm3/h；稀釋風母管壓力由8.3 kPa升高至8.8 kPa，噴氨格柵母管壓力由1.93 kPa降低至1.63 kPa，熱解爐出口溫度由322 ℃降至305 ℃。30分鐘后，各參數逐漸恢復正常。

9月23日，脫硝系統工況突然急劇惡化。機組負荷340 MW，尿素流量0.38 m3/h。脫硝稀釋風量降低至6 500 Nm3/h，稀釋風母管壓力升高至10.5 kPa,噴氨格柵母管壓力升高至5.2 kPa，A、B側噴氨格柵支管風量降低至2 900～3 000 Nm3/h。維持當前負荷不變，工況不再惡化，稍有好轉。檢查發現多個噴氨格柵支管手動門溫度降低，已判斷為堵塞。

2 處理過程

2.1 全面排查

嵌縫松開脫硝電加熱U型彎下部放灰口法蘭，少量灰排出。拆除U型彎處保溫，管壁測溫上下較為均勻，敲打管壁判斷內部空管沒有積灰。排除脫硝電加熱內部積灰塌落導致稀釋風量突降的可能性。拆開熱解爐底部彎頭處保溫，管壁測溫上下較為均勻，敲打管壁判斷內部空管沒有積灰。排除熱解爐底部彎頭積灰原因，分析可能為熱解爐內部結晶導致稀釋風量下降。逐支抽出尿素噴槍檢查，外部霧化試驗良好。提高一次風暖風器出力，從而提高脫硝稀釋風溫度；尿素溶液溫度由65 ℃逐漸提高至80 ℃；通過適當關小脫硝電加熱出口手動門，稍許減少脫硝稀釋風量來提高熱解爐出口溫度。空預器出口熱一次風道至稀釋風隔離門檢查測溫正常，排除入口稀釋風積灰堵塞可能性。

2.2 更換噴氨格柵支管手動門

隨著運行工況惡化，脫硝稀釋風量下降至6 000 Nm3/h左右，噴氨格柵母管壓力升高至5.2 kPa，脫硝A、B側噴氨格柵支管共16個手動門測溫已明顯下降基本判斷為堵塞。通過敲打堵塞噴氨格柵支管手動門前后管道聲音發脆，判斷堵塞支管手動門前后暢通，鎖定噴氨格柵堵塞位置應該就在手動門門芯處。運行中更換噴氨格柵手動門(法蘭門)存在最大風險為氨氣中毒。通過尿素耗量和稀釋風量反算，噴氨格柵支管手動門下方氨氣濃度在5%以下，佩戴防毒面具和加強通風對人員傷害可降低至零。做好一系列防范和個體防護措施后，第一個手動門順利更換，依次更換了所有堵塞的閥門。

圖1 堵塞的噴氨格柵支管手動門

2.3 調整尿素噴槍運行方式

脫硝熱解爐內安裝了8支尿素噴槍，均勻分布在熱解爐四周。8支噴槍為4長4短。正常運行中，脫硝稀釋風通過熱解爐頂部整流罩呈逆時針貼壁向下旋流運動，熱風包裹尿素溶液防止尿素溶液貼壁。仔細對比異常工況前后參數變化結合現場各種實際情況，分析認為熱解爐筒壁形成結晶物可能會擾亂其內部空氣動力場，會加劇尿素溶液貼壁風險。退出尿素噴槍短槍，只保留長槍運行，尿素溶液靠近中心區域，可杜絕尿素溶液的貼壁現象。通過調整尿素噴槍運行方式，熱解爐結晶現象不再加劇，運行工況各參數逐漸穩定。

圖2 熱解爐內部尿素噴槍布置形式

2.4 熱解爐筒壁結晶物在線清除

熱解爐筒壁結晶已經明確，找到結晶物具體附著位置才能定點準確清除；恢復熱解爐內部通路暢通，即恢復其正常性能。大面積拆除熱解爐保溫不現實，熱解爐體積龐大，再則大面積拆除保溫后散熱會大幅度降低熱解爐內部溫度加劇結晶現象。利用K型熱電偶測溫原理，在保溫鐵皮上轉個小孔就可準確測溫且保溫也不用拆除。通過熱解爐上下四周測溫，根據測溫情況繪制了結晶物附著圖，明確了結晶物分布位置和厚實情況。集思廣益，廣泛討論后認為可嘗試采取金屬熱處理儀加熱瓷片敷設在熱解爐外壁低溫處加熱再配合敲打可使結晶附著物脫落。首先從熱解爐出口外壁低溫處開始嘗試，加熱至450 ℃一段時間后外壁溫度升高至與四周其他位置相同溫度。同時，伴隨著脫硝稀釋風量小幅度下降，尿素消耗量減少，熱解爐內壁附著結晶物確已脫落分解。如法炮制，最終熱解爐外壁溫度均恢復正常。熱解爐內部結晶物全部清除，脫硝系統恢復正常，正常接帶負荷。

圖3 金屬熱處理儀

3 檢修期脫硝系統內部檢查情況

(1)熱解爐人孔門凹臺邊緣堆有一半空間尿素和灰混合白色結晶物，該結晶物偏硬，用力可以粉碎。

(2)熱解爐內壁上干干凈凈沒有附著任何結晶物，熱解爐底部出風口有若干大塊結晶物。熱解爐底部U型彎檢查孔前半段有少量結晶物散落，人孔門處后半段有幾大塊結晶物。

(3)熱解爐頂部整流罩完好無損、無堵塞。

(4)熱解爐內部內部檢查尿素噴槍噴口方向全部垂直朝下，噴槍抽出檢查未見異常。

(5)脫硝電加熱U型彎底部有少量積灰和若干塊加熱棒碎塊。

(6)熱解爐入口稀釋風管道及各閥門檢查均暢通、全開位；熱解爐出口氨注射管道及各閥門檢查均暢通、全開位；噴氨格柵支管個別手動門和支管有堵塞情況；煙道內噴氨格柵支管對應噴嘴和管道均暢通、無堵塞，如圖4所示。

(7)尿素噴槍進行沖洗水霧化試驗；放置水平位置發現E尿素噴槍鎖緊螺母存在輕微哧水現象。

圖4 熱解爐底部U型彎散落結晶物

4 原因分析

(1)兩組電加熱器其中一組加熱器個別加熱棒燒壞，其出力下降。高負荷NOX生成量增加，尿素溶液噴入量增加，熱解爐出口溫度一直維持在320 ℃左右偏低。熱解爐內部尿素溶液熱分解效率變差，部分未分解的尿素溶液被稀釋風帶至下游管道。由于噴氨格柵支管手動門門芯通流空間偏小，再加上近來煤質差飛灰含量偏高，稀釋風帶灰量大，尿素溶液摻混在飛灰中使飛灰粘性增強，積灰逐漸附著在噴氨格柵手動門門芯處沉積，通流空間逐漸縮小。

(2)常溫下霧化試驗，發現E尿素噴槍鎖緊螺母輕微哧水。正常運行中熱解爐內部溫度約500 ℃左右，間隙可能更大，部分尿素溶液從鎖緊螺母間隙哧射到熱解爐筒壁上。熱解爐上部安裝有整流罩，脫硝稀釋風經過整流罩沿著筒壁呈逆時針向下貼壁旋流。由于離心力作用沿著筒壁稀釋風中飛灰濃度較大，哧射到熱解爐筒壁的尿素溶液和飛灰作用逐漸附著在筒壁上形成結晶物。形成的大塊結晶物由于貼壁不牢落下，瞬時堵塞

熱解爐底部出風口，導致稀釋風量突降。掉落的結晶塊破碎、熱分解，堵塞通路逐漸暢通，稀釋風量恢復正常。

(3)由于熱解爐筒壁上已形成結晶物，內部空氣動力場混亂。尿素噴槍短槍噴出的尿素溶液受偏流的稀釋風氣流影響，部分尿素溶液被攜帶到筒壁上，加劇熱解爐筒壁結晶現象。筒壁附著結晶物同時也導致尿素溶液分解效率降低，大量尿素溶液被攜帶至下游。隨著限制機組負荷，尿素噴入量減少，熱解爐內部溫度升高，部分熱解爐筒壁上結晶物分解，稀釋風中灰濃度升高，與未分解的尿素溶液摻混逐漸堵塞噴氨格柵支管手動門。

5 結束語

目前火電企業環保已上升至與生產安全相同的地位和水平，環保設備的連續健康運行與環保參數達標與否息息相關。若環保設施出現故障影響到環保參數超限只能停機停產?？v使平時運行和檢修期間設備維護到位，有些設備的故障和異常仍是難以預料和提前檢測預防。如脫硝熱解爐結晶問題是很多火電單位都曾經遇到或今后會遇到的一個嚴重的環保設施故障問題。在如何處理脫硝熱解爐結晶方法上基本都是停機處理。本次我廠成功在線處理脫硝熱解爐結晶應該算是全國首例，開創了新思路和新方法；為其他火電企業提供了很好的參考價值和借鑒經驗。