锅炉脱硝系统中尿素热解炉结垢的分析和治理

2022-11-08高建强

冶金动力 2022年5期

高建强

（酒泉钢铁（集团）有限责任公司，甘肃嘉峪关 735100）

1 概述

SCR脱硝技术是电站锅炉烟气脱硝工艺普遍采用的技术，脱硝催化剂一般采用液氨、氨水或尿素。根据《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2018）规定，液氨储存超过10 t 便构成重大危险源，在使用和管理过程中存在较大危险，而尿素是一种无危险的制氨原料，近年来逐步代替液氨作为脱硝还原剂。

尿素热解法制氨因其工艺简单，响应速度快广泛被电厂采用。尿素热解制氨工艺主要是将尿素溶解成40%～50%溶液，将配好的尿素溶液喷入热解炉进行热解，产生的氨气喷入SCR 反应器入口烟气中，在SCR 催化剂的作用下将烟气中的NOx 还原成氮气和水达到脱硝的目的。

2 故障现象

某电厂锅炉脱硝系统设计尿素热解炉稀释风由热二次风风箱引接，经稀释风机加压送到电加热器加热到600 ℃通入热解炉作为尿素热解热源和氨气输送气源。另外，尿素溶解到50 ℃的除盐水中形成50%的尿素溶液经过输送泵打到热解炉经过尿素喷枪雾化后喷入热解炉，分解成氨气。

锅炉运行了一段时间后出现了热解炉稀释风风压上升、风量下降的现象：风量由1 350 m³/h 缓慢降至750 m³/h，为保证SCR 反应器出口NOx 浓度不超标，尿素流量由原来的53 L/h 增大至85～92 L/h维持运行，继续运行半天之后SCR 反应器出口NOx排放浓度不能达标运行，被迫停炉检查。

停炉后打开热解炉检查，发现出口管道及喷氨格栅，有大量白色结晶物板结在热解炉、管道及喷氨格栅内壁（如图1），部分喷氨格栅被堵死，造成热解炉风量降低，环保参数不达标锅炉停运事故。

图1 热解炉结垢图

3 原因分析

3.1 堵塞物分析

一般情况下，尿素充分热解的条件是高温常压（360～650 ℃与0.1 MPa），低于190 ℃就会产生缩二脲，缩二脲在190～250 ℃时生成三聚氰酸、三聚氰胺等。［1］现场造成热解炉及管道堵的结晶物与网络上查询的相关尿素热解过程沉积物图片对照基本一样，因此认为白色结晶物为尿素溶液热解不充分生成异氰酸以及缩合反应生成缩二脲、三聚氰酸等中间聚合物。［2］

3.2 产生堵塞物的原因分析

针对如何造成尿素热解不充分的问题，首先对尿素喷枪检查和进行雾化情况试验，喷枪和雾化良好；其次查阅DCS 热解炉出口温度历史趋势，没有长时间低于设计值360 ℃的问题，短时间低于360 ℃后都能及时调整过来；再就是调阅热解炉入口尿素流量趋势，发现流量趋势变化幅度比较大比较频繁：设计尿素消耗为50 L/h，趋势中尿素流量变化区间为40～110 L/h，而且尿素流量增加速度比较快（如图2），在2～3 s 内流量就从40 L/h 增加到了110 L/h。

图2 尿素喷入量调整趋势图

因此分析认为造成热解炉尿素溶液热解不充分的原因是运行调整不当，运行调整的方法是发现脱硝反应器出口NOx 浓度快要超标时，一直增加尿素流量调整门开度，直到脱硝反应器出口NOx 降到规定范围内。这样的操作造成大量尿素溶液短时间内喷入热解炉导致热解炉空间温度场急剧下降并且低于尿素溶液充分热解所需的温度，尿素热解不充分生成异氰酸以及缩合反应生成缩二脲、三聚氰酸等中间聚合物沉积在热解炉及管道内壁。

长时间的沉积造成稀释风量下降、脱硝反应器出口NOx 含量居高不下的问题，在出现这种现象后没有分析透原因，一味地增加尿素流量造成更多的尿素热解不充分，生成了更多的中间产物，加剧了热解炉、管道及喷氨格栅的堵塞。

4 解决方案

通过上述原因分析，制定了以下尿素热解炉防结垢的控制措施：

（1）减少给粉机的启停，通过增减给粉机转速调整锅炉负荷，增减给粉量时，同时要调整送风量，保持脱硝SCR 入口氧量在2%～4%间变化，保持SCR入口NOx浓度在320 mg/m3左右平稳波动。［3］

（2）脱硝系统热解炉电加热器出口风温调整按照入口570～600 ℃之间控制，热解炉出口风温按390～420 ℃之间进行调整，不能长时间低于370 ℃。

（3）尿素溶液流量上限按照不大于80 L/h控制，尽可能减少尿素溶液的喷入量。根据净烟气NOx浓度及时进行调整尿素溶液流量。发现脱硝反应器出口NOx 有增加趋势时，及时增加尿素喷入量，增加调整要缓慢进行：每点击尿素流量增加按钮一次，调整门开度增加1%，尿素流量增加6～8 L/h，后停顿3 s后可再次增加，避免出现猛增尿素溶液流量造成热解不充分。重新规定尿素喷入量后，操作人员调整尿素流量的趋势明显缓慢了。

（4）脱硝系统尿素热解炉入口风量正常运行控制在1 200～1 350 m³/h 范围内，空预器出口热风压力不低于2 kPa。