浅谈 运行中脱硝热解炉内部结垢的防治方法

李亚杰

河北大唐国际唐山热电有限责任公司发电部 河北 唐山 063000

摘要 电厂烟气脱硝设备中，做为还原剂的尿素在热解过程中会在热解炉内生成衍生物，同时，大多采用一次风做为尿素热解的稀释风，但一次风中因含有灰尘，在热解炉内会与尿素分解后的衍生物混合，形成晶体粘附在热解炉内部，从而影响尿素的热解效果。本文对热解炉尿素结晶原因的分析，提出了对系统运行参数及日常维护方面的改进措施，为防止结晶，提高热解效率，降低电耗，提供有针对性的预防措施，

关键词：热解炉；尿素结晶；分析与措施 　　

0引言 
　　目前在世界上，脱硝方法主要分为两类，分别为燃烧中脱硝和燃烧后脱硝。燃烧中脱硝主要为低氮燃烧技术，它具有投资少，建设周期短等优点，但其脱硝效率较低，一般在40%以下，另外受工况变化的影响较大。燃烧后脱硝有成熟应用的技术可分为SCR和SNCR技术，其中SCR技术具有脱硝效率高，还原剂消耗少、脱硝性能稳定等优点，是目前世界上应用最多的技术之一。经过详细的经济、技术比较，大部分脱硝改造工程采取了低氮燃烧器+SCR相结合的方式。

1.系统概述
1.1机组脱硝系统简述

某热电公司1、2号300MW机组锅炉为上海锅炉厂有限责任公司制造的亚临界、一次中间再热、单炉膛、自然循环、平衡通风、固态排渣、汽包型燃煤锅炉。采用豪顿华工程有限公司制造的三分仓回转式空气预热器。制粉系统采用中速磨正压直吹冷一次风机系统。两台机组烟气脱硝工艺采用SCR法，由福建龙净环保股份有限公司承建。脱硝反应器布置在锅炉省煤器和空预器之间， SCR入口NOx浓度可控制在400mg/Nm³以下，SCR区按3层设计（2+1形式），初装2层催化剂后可保证在锅炉任何工况处理100%烟气量条件下，脱硝效率不小于80％。吸收剂原料为尿素，采用热解法制备氨气。保证烟气出口氨的逃逸率不大于3ppm，SO₂/SO₃转化率小于1%，在催化剂附加层未投运前，从脱硝装置入口到出口之间的系统压力损失不大于1000Pa。在满足NOx脱除率、氨的逃逸率及SO₂/SO₃转化率的性能保证条件下，可保证SCR系统能够在最低连续运行烟温300℃，最高连续运行烟温420℃条件下正常投运。脱硝系统主要包括：烟气系统、SCR反应器本体、尿素储存供应系统、尿素热解系统、氨计量分配系统、废水回收系统。 
1.2尿素的性质 
1.2.1尿素的物理性质 
　　尿素的分子式为CO(NH₂)₂，相对分子质量60.06 ，为无色或白色针状或棒状结晶体，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒，有刺鼻性气味。含氮量约为46.67%。密度1.335g/cm³。熔点132.7℃。溶于水、醇，难溶于乙醚、氯仿。呈弱碱性。 
1.2.2尿素的化学性质 
　　尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需要加热）能水解生产氨和二氧化碳。尿素对热不稳定性，在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至150~160℃将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。（机理：先脱氨生成异氰酸（HN=C=O），再三聚。）加热至160℃分解，产生氨气同时变为异氰酸。 
　　尿素易溶于水，在20℃时100毫升水中可溶解105克，水溶液呈中性反应。尿素产品有两种。结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形，吸湿性强。粒状尿素为粒径1～2毫米的半透明粒子，外观光洁，吸湿性有明显改善。20℃时临界吸湿点为相对湿度80%，但30℃时，临界吸湿点降至72.5%，故尿素要避免在盛夏潮湿气候下敞开存放。 
1.3尿素热解工艺 
尿素热解系统的主体设备包括尿素储备间、尿素溶解罐、尿素溶液储罐、尿素溶液喷枪、电加热器和热解炉。主要的工艺流程为固体尿素溶液经溶液配置成40%-60%的尿素溶液（我厂尿素溶液浓度控制在50%左右），尿素溶液输送泵将尿素溶液输送至尿素溶液储罐，尿素溶液经过计量分配模块合适配量，由专门设计的喷枪喷入热解炉中，在高温下分解为氨气，热解需要的热量来源于经过加热器加热后的热一次风，分解得到的氨浓度小于5%的氨/空气混合气，经喷氨格栅

（AIG）喷射入烟气系统中。 

2.热解炉尿素结晶现象描述 
　脱硝系统在运行一段时间后，会出现热解炉稀释风量大幅下降或热解炉内部温度升高，虽经调整但效果无明显好转，则可判断为热解系统堵塞，当打开热解炉检查孔时会发现在喷枪下部热解炉出口部位有大量尿素结晶与灰的混合后质地坚硬的物质，造成热解炉截面几近全部堵塞。

3.原因分析  

3.1稀释风流量低于设计值：当热解炉稀释风流量长时间在低于设计值工况下运行时，会造成热解炉内的尿素溶液滞留在热解炉内，在热解炉底部形成结晶。 

3.2尿素溶液雾化用压缩空气品质差：雾化用压缩空气压力低或携带油污非常容易造成空气流量计及其下游管路以及喷枪喷嘴的堵塞。系统长时间在雾化空气压力和流量不满足设计工况情况的运行，造成了雾化不够充分，尿素液滴过大，不能在热解炉直段进行有效分解，从而会造成尿素在水平段的结晶。

3.3热解炉内温度场分布不均：热解炉内温度场分布不均使尿素分解后重新结合出现结晶。在热解系统投运期间，若热解炉分解区域及其下游出现冷点区，热风无法连续抵达应该达到的的位置或死角，尿素喷枪的运行方式不合理或单只尿素喷枪流量过大造成，热解炉内部温度场分布不均，促成另外位置的冷点区域，在冷点区域的尿素会将分解后重新结合成尿素出现结晶。

3.4热解系统超负荷运行：热解系统在超负荷下运行，当热解系统在超过其设计负荷的情况下运行，会造成尿素溶液喷射量过大，尿素雾化液滴和热解炉参数不能满足全部尿素的分解要求。相对的尿素热解所需的热量不足，造成热解炉内部温度下降，会造成尿素结晶。

4.处理措施 

4.1保证尿素溶液雾化用压缩空气压力和品质达到规定值（压力大于0.4MPa），干燥无油污。

4.2正常运行中维持热解炉出口温度在320—340℃之间，以控制尿素溶液在热解炉内部衍生物的生成量，减少结晶。

4.3为了保证热解炉内流场稳定，要保证热解炉入口有稳定的流量，保持热解稀释风流量在4500Nm3/h（±500）。 

4.4在对尿素喷枪进行冲洗时，要提前将电加热器切至手动控制，调整电加热器温度设定值，控制电加热器出口温度在450—470℃之间，维持热解炉出口温度在340—360℃之间，使得冲洗时的解炉出口温度在320—340℃之间。

4.5机组负荷有较大变化时，要将电加热器切至手动控制，调整电加热器温度设定，控制解炉出口温度在320—340℃之间。

4.6运行巡检时，必须对MDM模块的雾化空气运行状态进行检查。如出现管路堵塞或压力不够，及时采取措施予以解决；运行监盘时要注意雾化空气报警情况，出现流量低报警时，及时退出该尿素喷枪运行。

4.7根据调节阀门同一开度情况下对应的尿素流量来判断尿素喷枪喷嘴是否堵塞，对喷嘴堵塞的尿素喷枪必须及时停运并更换喷嘴。

5结束语 
　　由于尿素在热解制氨过程中，稍有偏差便容易造成结晶，严重时会造成热解炉内部堵塞，导致脱硝系统退出运行，伴随着国家相关环保政策的收紧和脱硝电价补贴的提高，脱硝系统的退出运行会导致企业在环评和经济上的损失，因此这就需要在系统设计、流场控制、设备选型、运行参数及日常维护方面加以改进，来有效防止和控制尿素结晶现象的发生。

6.参考文献： 

[1]GB13323-2011，火电厂大气污染物排放标准[S]. 
　　[2]张强. 燃煤电站SCR烟气脱硝技术及工程应用[M]. 北京：化学工业出版社， 2007.  
　　[3]杜承章，刘成.尿素热解和水解技术在锅炉烟气脱硝工程中的应用[J].华北电力技术。

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