脱硝系统稀释风量下降尿素结晶原因及处理

侯少辉

(晋控电力塔山发电山西有限公司，大同 037001)

0 引 言

晋控电力塔山发电山西有限公司(以下简称塔山发电)#1锅炉HG-2080/17.5-YM9型锅炉，脱硝系统采用尿素热解产生氨气制备还原剂、选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝工艺。热解炉配套的尿素计量与分配装置(MDM)根据锅炉不同负荷的要求，自动控制并分配利用压缩空气雾化喷枪，然后喷入热解炉，同时稀释空气热一次风经电加热器加热后进入热解炉，由控制系统控制热解炉的出入口温度达到还原所要求的温度。雾化后的尿素液滴在热解炉内分解，生成NH3，H2O和CO2，分解后的氨由稀释空气稀释到低于5%氨浓度的混合气体送到氨喷射系统(AIG)再进入烟道系统。

1 尿素热解及结晶条件

尿素热解是在热解炉中利用热一次风通过电加热器，加热至450～600 ℃快速分解40%～50%的尿素溶液。反应方程式为：CO(NH2)2→NH3↑+HNCOHNCO+H2O→NH3↑+CO2↑。由于HNCO的水解率相对很低，在热解温度偏低一般在350 ℃以下时，尿素热解反应不完全，反应体系中生成大量的异氰酸，异氰酸在合适的条件下反应生成缩二脲、三聚氰酸及其聚合物，低温下大量三聚氰酸无法在热解炉中分解，沉积于热解炉及其出口管道的金属壁面上。当尿素热解出口温度应在350 ℃以上，尿素结晶体开始分解。

2 事件经过

2020年09月份#1机组脱硝稀释风量由10 127 Nm3/h突降至5 500～5 700 Nm3/h(保护动作值为4 400 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(保护动作值700 ℃)，热解炉出口温度逐渐降低(保护动作值低320 ℃，高420 ℃)后又升高。在这一段时间内，这种现象反反复复，甚至A、B侧的喷氨支管的风量降到0 Nm3/h。当#1机组运行至10月份时，因氮氧化物的影响机组负荷就无法满足电网需求，进行限负荷措施，随后组织人员开始检查分析，并对A、B侧喷氨格栅64个分支手动门测温，温度已低到80 ℃(正常测量情况为120 ℃以上)，已判断为手动门阀芯堵塞。并对尿素喷枪检查，做外部雾化试验如图1所示。

图1 现场雾化试验

然后通过对热解炉进行测温如图2所示，发现热解炉壁温有的地方温度在300 ℃以上，最低的地方为100 ℃以下，判断为热解炉内已经大面积尿素结晶，经过一个半月的连续处理，机组可以正常带负荷。

图2 现场测温

3 原因及判断分析：

(1)当尿素流量减小后，热解炉出口温度提高至380 ℃左右，脱硝稀释风量又逐渐升高，说明在温度提高后尿素结晶会自动分解。

(2)热解炉出口温度长期保持在320 ℃，是导致尿素溶液分解后产生聚合物过多。

(3)再通过测温判断为热解炉内大量结晶物仅出现在热解炉喷枪下部区域，可能是因为热解炉内流场偏离设计值或喷嘴工作有异常所致。热风流量偏低将造成稀释风在热解炉内分布不均，尤其是热解炉外壁侧流量偏少，喷射的尿素溶液在这种工况下很难与稀释风充分混合，就会喷射至热解炉外壁，出现尿素溶液挂壁结晶问题。

(4)喷枪尿素溶液雾化效果变差，虽然从外部检查雾化效果正常，但在热解炉内通过高温，热胀冷缩的应力后，就会造成雾化效果变差。

(5)热解炉顶部导流风扇可能工作不正常，或不起作用，造成热解炉内风场产生变化。

(6)热解炉电加热器出力下降，内部部分加热棒不起作用，长期入口风温低，使得炉内部的尿素不能完全分解，产生聚合物，此聚合物有黏性。

(7)热一次风中含灰量大，灰和聚合物搅合在一起，使得流动性更差，长期就会产生结晶，当结晶物不断累积后，将对热解炉内正常流场产生更大破坏，造成恶性循环，会使结晶情况迅速扩大恶化，造成热解系统堵塞。

(8)热一次风量长期超过设计值，在10 000 Nm3/h以上，使得对热解炉入口温度低于规定值。

(9)热解炉外不保温不合格，造成热解炉散热量过大。

(10)尿素品质不合格，含杂质过多，堵塞喷枪头部，使得雾化效果差。

4 处理方法及过程

(1)因热解炉出口氨气含量在5%低于爆炸范围，采取安全措施、制定应急处置方案后，在线先拆出喷氨格栅支管手动门，发现手动门门芯被积灰堵死，随后清理更换完毕喷氨格栅16个堵塞手动门如图3所示，优先保证系统可以畅通无阻。

图3 现场检查手动门

(2)联系热控将脱硝电加热PLC最大出力限制值由82%逐渐提升至90%，提高热解炉出口温度。

(3)通过适当关小脱硝电加热出口手动门，将脱硝稀释风量由原来的10 000 Nm3/h降至8 000 Nm3/h左右，来提高热解炉出口温度。

(4)将尿素溶液储罐的温度从60 ℃提高至75 ℃，增加对尿素品质的监控，保证杂物不进入系统。

(5)增加对锅炉的空预器吹灰，并对煤质进行调整，保证灰份的减少和氮氧化物的产生。

(6)利用K型热解偶测温原理，在热解炉保温铁皮外壳钻小孔对脱硝热解炉外壁测温发现，热解炉温度偏低处主要集中于圆柱段个别点区域。使用金属热处理仪包裹热解炉外壁温度偏低区域，加热至400 ℃，旁边区域使用大锤敲打热解炉筒壁，热解炉筒壁温度逐渐升高。同时伴随着脱硝稀释风量短时稍许下降，热解炉出口温度降低，尿素使用量减少，分析判断为热解炉筒壁结晶物脱落分解所致。

(7)通过现场判断，基本上结晶部位都在靠近热解炉短枪的地方，因此退出短枪，只保留长枪(B、D、F、H)运行，减少尿素溶液贴壁风险。

(8)对热解炉保温进行部分更换，减少热解炉的散热。

(9)挨个对尿素喷枪以及压缩空气量进行检查，对尿素枪头认为雾化不好的进行更换。

5 防范措施及建议

(1)尿素热解的温度对产物的影响较大，因此应保证并维持热解炉尾部温度达到且略高于规程中所要求温度值，使尿素热解反应正常进行，尽可能避免副产物的生成。

(2)定期对尿素溶液计量分配装置的水冲洗工作，避免尿素管路发生结晶或脏污堵塞尿素喷枪，影响雾化效果。

(3)定期检查清理尿素喷枪喷口部位，确保雾化正常、效果良好。

(4)加强对尿素溶液雾化压缩空气流量的监控，避免因雾化空气流量过低雾化不良导致热解炉内壁结晶。

(5)每次检修过程中都要对电加热器进行检查，甚至更换，并对热解炉内部进行清理。

(6)定期对各喷氨支管手动门进行测温，温度低于120 ℃时，要及时处理。

(7)在机组低负荷阶段，可以退出短枪，同时尽可能的通过调整手段，提高热解炉出口温度保证在350 ℃以上。

6 结束语

由于国家对安全因素的重视，尿素热解技术在燃煤电厂的应用将日益广泛。对于制约尿素热解技术应用的结晶问题，解决途径一是要完善和改进设计，包括优化流场、温度场，制定详细的保温、运行维护说明，充分考虑设计负荷等;加大巡检和维护的力度，及早发现一切可能引起热解系统结晶的起因，并早作预防。