王珍

【摘 要】SCR尿素?zé)峤饷撓醴ㄓ捎谄湓系陌踩浴⒔?jīng)濟(jì)性，在火電廠脫硝系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但在實(shí)際運(yùn)行中，尿素?zé)峤庀到y(tǒng)容易結(jié)晶，尤其是熱解爐出口及其出口管道部位，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重威脅氮氧化物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，現(xiàn)結(jié)合某公司14號爐尿素?zé)峤庀到y(tǒng)結(jié)晶情況，分析SCR尿素?zé)峤庀到y(tǒng)結(jié)晶原因，并探討對應(yīng)處理方案，希望對SCR尿素?zé)峤饷撓跸到y(tǒng)可靠運(yùn)行提供幫助。

【關(guān)鍵詞】尿素?zé)峤?結(jié)晶;脫硝

1.設(shè)備概況

某公司2×165MW機(jī)組采用兩爐一機(jī)的運(yùn)行方式，共有鍋爐四臺，編號11—14。鍋爐為單汽鼓，膜式水冷壁、超高壓，自然循環(huán)立式水管鍋爐，固態(tài)排渣，布置型式為“п”型，全鋼架、懸吊結(jié)構(gòu)。2012年對進(jìn)行了低氮燃燒器改造，爐膛出口NOx濃度設(shè)計(jì)值為350mg/Nm3，2014年進(jìn)行了SNCR改造，還原劑使用20%的氨水，爐膛出口NOx濃度設(shè)計(jì)值為180mg/Nm3。2017-2019年先后進(jìn)行SCR脫硝改造，采用尿素?zé)峤庵瓢泵撓醴ǎ撓跸到y(tǒng)出口NOx濃度設(shè)計(jì)值為40mg/Nm3。

2.尿素?zé)釤峤饷撓跫夹g(shù)原理

尿素的分子式為CO（NH2）2，亦稱脲，分子量60.06，無色或白色針狀或棒狀結(jié)晶體，工業(yè)或農(nóng)業(yè)品為白色略帶微紅色固體顆粒，無臭無味，密度 1.335g/cm3，熔點(diǎn)132.7℃，溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微堿性，可與酸作用生成鹽，對熱不穩(wěn)定。尿素?zé)峤夥磻?yīng)過程是將40%-50%濃度的尿素溶液通過霧化噴射器噴入熱解爐，在溫度為 350 ～ 650℃的熱煙氣條件下，加熱分解生成 NH3和 CO2。尿素?zé)峤獾幕瘜W(xué)反應(yīng)式為：

CO（NH2）2= NH3+ HNCO（1）

HNCO + H2O = NH3+ CO2（2）

尿素溶液熱解制氨的溫度約在500℃～650℃，進(jìn)入熱解爐的常溫尿素溶液需要吸收一部分熱量，工藝上通常將熱解風(fēng)作為尿素?zé)峤膺^程中熱量的來源。該公司為了節(jié)約能源、降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，采用高溫稀釋風(fēng)機(jī)，從鍋爐尾部的高溫段空氣預(yù)熱器出口引出一部分熱二次風(fēng)（熱風(fēng)溫度在280℃～320℃），通過電加熱器將其溫度再次提升到熱解所需的溫度（500℃～650℃）后，送入熱解爐內(nèi)。計(jì)量后的尿素溶液和霧化壓縮空氣通過噴槍噴入到熱解合適溫度段內(nèi)，霧滴受熱汽化并發(fā)生熱解。

3.脫硝系統(tǒng)結(jié)晶現(xiàn)象情況

某公司13-14號爐尿素?zé)峤饷撓跸到y(tǒng)自2017年先后投運(yùn)，共用一套尿素溶液制備系統(tǒng)。在2019年5月6日檢查14號爐脫硝系統(tǒng)時(shí)，打開噴氨母管后，發(fā)現(xiàn)噴氨母管內(nèi)靠近末端近三分之一的管段有結(jié)晶堵塞情況，且在靠近母管末端部位共計(jì)9臺蝶閥閥芯也出現(xiàn)結(jié)晶堵塞?；謴?fù)運(yùn)行后，于5月20日停爐檢查14號爐噴氨母管時(shí)，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部又有少量結(jié)晶。

4.可能導(dǎo)致結(jié)晶的原因分析及措施建議

4.1 噴氨母管內(nèi)形成冷點(diǎn)，導(dǎo)致結(jié)晶

14號爐噴氨母管位于熱解爐出口至噴氨格柵之間，外敷保溫層，熱解后的混合氣體從熱解爐出口流至噴氨母管內(nèi)，氣體從噴氨母管左側(cè)流入，充滿噴氨母管后，通過噴氨母管上部蝶閥流至噴嘴處。由于11-14號爐從西到東依次并排布置，11、14號爐單側(cè)毗鄰廠房邊界，13號爐位于12、14號鍋爐中間，鍋爐運(yùn)行中，13號爐左右兩側(cè)溫度均勻;而由于14號爐左臨13號爐，右側(cè)為廠房外墻，噴氨母管左右側(cè)存在一定溫差，導(dǎo)致噴氨母管右側(cè)散熱損失大于左側(cè)，母管內(nèi)部絕熱環(huán)境被破壞，存在冷點(diǎn)，最終導(dǎo)致結(jié)晶。

建議措施;檢查噴氨母管保溫，確保保溫良好;結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，考慮為噴氨母管加裝電加熱設(shè)備，通過提高溫度減少結(jié)晶形成。

4.2 熱解反應(yīng)不充分，導(dǎo)致結(jié)晶

14號爐熱解爐內(nèi)部結(jié)晶并不明顯，但是噴氨母管結(jié)晶嚴(yán)重，間接說明熱解后的混合氣體中存在未熱解尿素含量較多，導(dǎo)致未熱解尿素含量較多的原因大致有以下幾條：1、稀釋熱風(fēng)流速過快，或形成渦流，導(dǎo)致熱風(fēng)與尿素溶液接觸時(shí)間過短，尿素溶液在熱解爐內(nèi)反應(yīng)時(shí)間不夠，造成熱解過程不夠充分，使得未反應(yīng)完全的尿素有可能在噴氨母管內(nèi)行成結(jié)晶。2、噴氨量過大。噴入熱解爐內(nèi)的尿素量較大，導(dǎo)致尿素反應(yīng)不完全，過量尿素在噴氨母管內(nèi)結(jié)晶沉積，堵塞母管，降低SCR反應(yīng)器內(nèi)的噴氨量，為保障出口NOx濃度不超標(biāo)，運(yùn)行一般將加大尿素噴入量，加速尿素結(jié)晶。

措施建議;適當(dāng)加大稀釋熱風(fēng)的溫度，以提高尿素的熱解程度，從而降低熱解爐出口氣體中尿素的含量，間接降低結(jié)晶堵塞現(xiàn)象。優(yōu)化稀釋熱風(fēng)調(diào)整，找到稀釋風(fēng)量和噴氨量之間的最優(yōu)配比，提高尿素溶液熱解反應(yīng)程度，降低熱解爐出口尿素含量，從而降低結(jié)晶量。

4.3 熱解爐內(nèi)雜質(zhì)較多，影響熱解效率

熱解爐內(nèi)雜質(zhì)較多，雜質(zhì)顆粒與尿素粘結(jié)成團(tuán)，減少尿素受熱面積;粘結(jié)成團(tuán)的顆粒有可能堵塞噴嘴，造成噴嘴霧化程度差，噴槍的霧化效果的好壞對整個(gè)系統(tǒng)的影響非常大，直接影響尿素?zé)峤庑?，?dǎo)致結(jié)晶的形成。

熱解爐內(nèi)雜質(zhì)主要有：

1）尿素溶液帶雜質(zhì)。一般設(shè)計(jì)要求尿素的制備水及計(jì)量模塊的沖洗水為除鹽水，除鹽水的水質(zhì)比較好。但當(dāng)水質(zhì)比較差時(shí)，水中礦物質(zhì)和離子都比較高，水中的雜質(zhì)比較多，在和尿素溶液結(jié)合的噴嘴部位形成沉積物，導(dǎo)致噴槍的噴嘴小孔部分堵塞，這樣噴到熱解爐中的尿素溶液就會形成水柱狀而不是霧狀，水柱狀被汽化的效果就沒有霧狀好，部分流到加熱爐底部或底部管道拐彎處，和稀釋風(fēng)中的雜質(zhì)結(jié)塊，容易造成結(jié)晶。

2）霧化用壓縮空氣帶雜質(zhì)。當(dāng)壓縮空氣中塵、油、雜質(zhì)等含量較高時(shí)，長時(shí)間運(yùn)行容易堵塞浮子流量計(jì)，其堵塞后流量低不報(bào)警，尿素溶液得不到霧化，直接噴入熱解爐，影響熱解效果，容易造成結(jié)晶

措施建議：1、針對尿素溶液中的雜質(zhì)：建議加強(qiáng)尿素原料采購管理，采購的尿素符合純度要求。定期對尿素的溶解水和噴槍沖洗水進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，定期對水管道上的濾網(wǎng)進(jìn)行清理，確保水質(zhì)合格。尿素溶液儲藏罐定期檢查，符合設(shè)計(jì)要求。尿素溶液濾網(wǎng)定期檢查更換，濾網(wǎng)不得有破損現(xiàn)象，或加設(shè)目數(shù)更細(xì)的濾網(wǎng)，提高尿素溶液品質(zhì)。在尿素的制備過程中，加強(qiáng)監(jiān)護(hù)及工作責(zé)任心，防止因人為原因造成的對系統(tǒng)的堵塞。

2、針對霧化用壓縮空氣帶雜質(zhì)：定期對計(jì)量模塊提供壓縮空氣的氣源或空壓機(jī)進(jìn)行檢查，避免由于空壓機(jī)出現(xiàn)故障導(dǎo)致壓縮空氣中油、水含量較高，進(jìn)而影響霧化效果。定期對系統(tǒng)的各個(gè)濾網(wǎng)進(jìn)行檢查及清理，不能隨意更換與設(shè)計(jì)不符的濾網(wǎng)。

5.結(jié)束語

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，加強(qiáng)監(jiān)盤和維護(hù)，尿素結(jié)晶是可以有效的防止和控制的，一旦管道或熱解爐結(jié)晶，從運(yùn)行參數(shù)上是很容易判斷出來的，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題，可以對系統(tǒng)的影響減少到最低。我們要在系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)中要善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，不斷學(xué)習(xí)與探索，將SCR尿素法脫硝運(yùn)行與維護(hù)水平，提升到更深、更高的層次。

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（作者單位：蘭州西固熱電有限責(zé)任公司）