600 MW火电机组脱硝热解炉结晶在线处理

余志敏

( 山西漳电大唐塔山发电公司，大同 037001 )

0 引 言

塔山电厂脱硝系统氨制备工艺采用尿素热解炉制备法。具体工艺与流程为：脱硝稀释风(来自热一次风)经过两组串联电加热器加热成约500～550 ℃高温热风进入脱硝热解炉。已制备好的尿素溶液经喷枪进入热解炉内部，雾化后的尿素溶液在热解炉内部与高温热风反应分解形成氨气，与此同时氨气浓度被热风稀释至5%浓度以下。生成的氨气由脱硝稀释风携带经过喷氨格栅管道进入烟道与烟气充分混合。最后，共同经过脱硝催化剂参与脱硝催化反应去除烟气中氮氧化物。

1 事故经过

1.1 事故前状态

机组负荷420 MW，AGC运行方式，A、B、C、E、F五台磨煤机运行，总煤量270 t/h，主汽压力15.8 MPa；尿素流量0.68 m3/h,热解炉出口温度322 ℃；脱硝稀释风量10 127 Nm3/h,喷氨格栅A侧风量4 496 Nm3/h，喷氨格栅B侧风量4 754 Nm3/h；稀释风母管压力8.53 kPa，喷氨格栅母管压力1.72 kPa。

1.2 事件过程

9月11日03时09分，脱硝稀释风量由10 127 Nm3/h突降至5 500～5 700 Nm3/h；喷氨格栅A、B侧风量瞬时最低降为0，又升高至2 500～2 700 Nm3/h；稀释风母管压力由8.53 kPa升高至9.98 kPa,喷氨格栅母管压力由1.72 kPa降低至0.44 kPa；脱硝电加热出口温度逐渐升高，热解炉出口温度逐渐降低。03时50分，脱硝稀释风量恢复至8 500～9 000 Nm3/h，喷氨格栅A、B侧风量恢复至3 500～3 800 Nm3/h，稀释风母管压力降至9.3 kPa,喷氨格栅母管压力升高至1.03 kPa。同时A、B侧喷氨格栅64个分支手动门测温正常；检查脱硝系统各蝶阀、挡板状态正常。06时10分，脱硝稀释风量恢复至9 700～10 900 Nm3/h，喷氨格栅A、B侧风量恢复至4 600～4 800 Nm3/h，稀释风母管压力降至8.6 kPa,喷氨格栅母管压力升高至1.80 kPa。

9月14日，机组负荷414 MW，尿素流量0.65 m3/h，脱硝稀释风量由10500 Nm3/h突降至9 100 Nm3/h；稀释风母管压力由8.3 kPa升高至8.8 kPa，喷氨格栅母管压力由1.93 kPa降低至1.63 kPa，热解炉出口温度由322 ℃降至305 ℃。30分钟后，各参数逐渐恢复正常。

9月23日，脱硝系统工况突然急剧恶化。机组负荷340 MW，尿素流量0.38 m3/h。脱硝稀释风量降低至6 500 Nm3/h，稀释风母管压力升高至10.5 kPa,喷氨格栅母管压力升高至5.2 kPa，A、B侧喷氨格栅支管风量降低至2 900～3 000 Nm3/h。维持当前负荷不变，工况不再恶化，稍有好转。检查发现多个喷氨格栅支管手动门温度降低，已判断为堵塞。

2 处理过程

2.1 全面排查

嵌缝松开脱硝电加热U型弯下部放灰口法兰，少量灰排出。拆除U型弯处保温，管壁测温上下较为均匀，敲打管壁判断内部空管没有积灰。排除脱硝电加热内部积灰塌落导致稀释风量突降的可能性。拆开热解炉底部弯头处保温，管壁测温上下较为均匀，敲打管壁判断内部空管没有积灰。排除热解炉底部弯头积灰原因，分析可能为热解炉内部结晶导致稀释风量下降。逐支抽出尿素喷枪检查，外部雾化试验良好。提高一次风暖风器出力，从而提高脱硝稀释风温度；尿素溶液温度由65 ℃逐渐提高至80 ℃；通过适当关小脱硝电加热出口手动门，稍许减少脱硝稀释风量来提高热解炉出口温度。空预器出口热一次风道至稀释风隔离门检查测温正常，排除入口稀释风积灰堵塞可能性。

2.2 更换喷氨格栅支管手动门

随着运行工况恶化，脱硝稀释风量下降至6 000 Nm3/h左右，喷氨格栅母管压力升高至5.2 kPa，脱硝A、B侧喷氨格栅支管共16个手动门测温已明显下降基本判断为堵塞。通过敲打堵塞喷氨格栅支管手动门前后管道声音发脆，判断堵塞支管手动门前后畅通，锁定喷氨格栅堵塞位置应该就在手动门门芯处。运行中更换喷氨格栅手动门(法兰门)存在最大风险为氨气中毒。通过尿素耗量和稀释风量反算，喷氨格栅支管手动门下方氨气浓度在5%以下，佩戴防毒面具和加强通风对人员伤害可降低至零。做好一系列防范和个体防护措施后，第一个手动门顺利更换，依次更换了所有堵塞的阀门。

图1 堵塞的喷氨格栅支管手动门

2.3 调整尿素喷枪运行方式

脱硝热解炉内安装了8支尿素喷枪，均匀分布在热解炉四周。8支喷枪为4长4短。正常运行中，脱硝稀释风通过热解炉顶部整流罩呈逆时针贴壁向下旋流运动，热风包裹尿素溶液防止尿素溶液贴壁。仔细对比异常工况前后参数变化结合现场各种实际情况，分析认为热解炉筒壁形成结晶物可能会扰乱其内部空气动力场，会加剧尿素溶液贴壁风险。退出尿素喷枪短枪，只保留长枪运行，尿素溶液靠近中心区域，可杜绝尿素溶液的贴壁现象。通过调整尿素喷枪运行方式，热解炉结晶现象不再加剧，运行工况各参数逐渐稳定。

图2 热解炉内部尿素喷枪布置形式

2.4 热解炉筒壁结晶物在线清除

热解炉筒壁结晶已经明确，找到结晶物具体附着位置才能定点准确清除；恢复热解炉内部通路畅通，即恢复其正常性能。大面积拆除热解炉保温不现实，热解炉体积庞大，再则大面积拆除保温后散热会大幅度降低热解炉内部温度加剧结晶现象。利用K型热电偶测温原理，在保温铁皮上转个小孔就可准确测温且保温也不用拆除。通过热解炉上下四周测温，根据测温情况绘制了结晶物附着图，明确了结晶物分布位置和厚实情况。集思广益，广泛讨论后认为可尝试采取金属热处理仪加热瓷片敷设在热解炉外壁低温处加热再配合敲打可使结晶附着物脱落。首先从热解炉出口外壁低温处开始尝试，加热至450 ℃一段时间后外壁温度升高至与四周其他位置相同温度。同时，伴随着脱硝稀释风量小幅度下降，尿素消耗量减少，热解炉内壁附着结晶物确已脱落分解。如法炮制，最终热解炉外壁温度均恢复正常。热解炉内部结晶物全部清除，脱硝系统恢复正常，正常接带负荷。

图3 金属热处理仪

3 检修期脱硝系统内部检查情况

(1)热解炉人孔门凹台边缘堆有一半空间尿素和灰混合白色结晶物，该结晶物偏硬，用力可以粉碎。

(2)热解炉内壁上干干净净没有附着任何结晶物，热解炉底部出风口有若干大块结晶物。热解炉底部U型弯检查孔前半段有少量结晶物散落，人孔门处后半段有几大块结晶物。

(3)热解炉顶部整流罩完好无损、无堵塞。

(4)热解炉内部内部检查尿素喷枪喷口方向全部垂直朝下，喷枪抽出检查未见异常。

(5)脱硝电加热U型弯底部有少量积灰和若干块加热棒碎块。

(6)热解炉入口稀释风管道及各阀门检查均畅通、全开位；热解炉出口氨注射管道及各阀门检查均畅通、全开位；喷氨格栅支管个别手动门和支管有堵塞情况；烟道内喷氨格栅支管对应喷嘴和管道均畅通、无堵塞，如图4所示。

(7)尿素喷枪进行冲洗水雾化试验；放置水平位置发现E尿素喷枪锁紧螺母存在轻微哧水现象。

图4 热解炉底部U型弯散落结晶物

4 原因分析

(1)两组电加热器其中一组加热器个别加热棒烧坏，其出力下降。高负荷NOX生成量增加，尿素溶液喷入量增加，热解炉出口温度一直维持在320 ℃左右偏低。热解炉内部尿素溶液热分解效率变差，部分未分解的尿素溶液被稀释风带至下游管道。由于喷氨格栅支管手动门门芯通流空间偏小，再加上近来煤质差飞灰含量偏高，稀释风带灰量大，尿素溶液掺混在飞灰中使飞灰粘性增强，积灰逐渐附着在喷氨格栅手动门门芯处沉积，通流空间逐渐缩小。

(2)常温下雾化试验，发现E尿素喷枪锁紧螺母轻微哧水。正常运行中热解炉内部温度约500 ℃左右，间隙可能更大，部分尿素溶液从锁紧螺母间隙哧射到热解炉筒壁上。热解炉上部安装有整流罩，脱硝稀释风经过整流罩沿着筒壁呈逆时针向下贴壁旋流。由于离心力作用沿着筒壁稀释风中飞灰浓度较大，哧射到热解炉筒壁的尿素溶液和飞灰作用逐渐附着在筒壁上形成结晶物。形成的大块结晶物由于贴壁不牢落下，瞬时堵塞

热解炉底部出风口，导致稀释风量突降。掉落的结晶块破碎、热分解，堵塞通路逐渐畅通，稀释风量恢复正常。

(3)由于热解炉筒壁上已形成结晶物，内部空气动力场混乱。尿素喷枪短枪喷出的尿素溶液受偏流的稀释风气流影响，部分尿素溶液被携带到筒壁上，加剧热解炉筒壁结晶现象。筒壁附着结晶物同时也导致尿素溶液分解效率降低，大量尿素溶液被携带至下游。随着限制机组负荷，尿素喷入量减少，热解炉内部温度升高，部分热解炉筒壁上结晶物分解，稀释风中灰浓度升高，与未分解的尿素溶液掺混逐渐堵塞喷氨格栅支管手动门。

5 结束语

目前火电企业环保已上升至与生产安全相同的地位和水平，环保设备的连续健康运行与环保参数达标与否息息相关。若环保设施出现故障影响到环保参数超限只能停机停产。纵使平时运行和检修期间设备维护到位，有些设备的故障和异常仍是难以预料和提前检测预防。如脱硝热解炉结晶问题是很多火电单位都曾经遇到或今后会遇到的一个严重的环保设施故障问题。在如何处理脱硝热解炉结晶方法上基本都是停机处理。本次我厂成功在线处理脱硝热解炉结晶应该算是全国首例，开创了新思路和新方法；为其他火电企业提供了很好的参考价值和借鉴经验。