脱硝热解炉结晶分析及预防措施

1、异常描述

2015年02月06日 14:24 #1机组负荷390MW，脱硝SCR热解炉内压力由2.63KPa突升至10.0KPa，SCR热解炉出口温度下降很快，将电加热器开至100%仍无效，14：26，脱硝系统由于热解炉内部温度高，电加热器跳闸，脱硝自动退出。事后发电部、设备部检查发现热解炉出口结晶块堵塞（如图1）。

（图1 热解炉出口处结晶体）

2、异常原因分析

随着对环保的重视，近两年脱硝系统才渐渐普及，而且基本是在原机组上进行改造的，脱硝大多采用选择性催化还原（SCR）烟气脱硝工艺（图2）。而普遍热解炉都或多或少的存在结晶现象，影响了脱销系统的正常运行，而且针对热解炉结晶的原因分析及预防措施相关参考资料较少，使得大家在处理结晶现象时无从下手。本人根据公司#1机组热解炉存在的结晶现象，查找相关资料，对可能存在影响结晶的原因，进行详细的分析。

（图2 脱硝系统流程图）

尿素溶液在热解炉内发生结晶现象，对热一次风在热解炉内正常流场造成影响，会使得部分区域尿素溶液不能充分分解造成结晶，并且热一次风不可避免含有灰分，使得结晶急剧加剧恶化，当结晶达到一定程度时，大块结晶体脱落，堵住热解炉出口处，造成脱硝系统跳闸。

1）设计方面

a．喷枪长度不够。热一次风通过热解炉上部进入热解炉，与尿素混合后，将尿素分解后从热解炉下部输出。由于热解炉进、出口流通截面较小，造成热解炉内部热一次风分布不均匀，尤其在负荷低时，热一次风量较小，使得热解炉内壁附近热一次风流量过少，当喷枪流量过大时（＞100L/H），喷射的尿素溶液很难与热一次风充分混合，就会喷射到热解炉内壁（如图3），出现热解炉内壁挂壁结晶。（参考文献1）

(图3 热解炉喷枪安装图)

b．雾化用压缩空气无过滤器。雾化用压缩空气内有杂质、水分，造成喷枪堵塞，直接影响喷枪的雾化效果，造成喷枪雾化效果不好，尿素溶液不能完全雾化或尿素溶液颗粒大，尿素不能完全充分分解，易造成喷嘴出口处堵塞结晶。我公司脱硝系统雾化用压缩空气虽然采用仪用压缩空气，但仪用压缩空气仍然存在杂质（热控专业气动执行机构的仪用压缩空气过滤器多次存在堵塞现象），长期运行会造成喷枪堵塞。

c．冲洗水压力低，造成喷枪退出时，不能充分对喷枪进行冲洗，造成喷枪不完全堵塞，造成喷枪雾化效果不好，尿素溶液不能完全雾化或尿素溶液颗粒大，尿素不能完全充分分解，易造成喷嘴出口处堵塞结晶。我公司脱硝冲洗水水源采用除盐水，正常除盐水压力在0.2—0.4MPa，而冲洗喷枪时，除盐水压力必须提至0.5—0.6MPa才能对喷枪充分冲洗，现在公司对外供热由原来的50T/H提至100T/H，使得单台除盐水泵经常满足不了冲洗水的要求。另外在事故处理时（脱硝系统自动退出时，多只喷枪自动冲洗），更会出现冲洗水量不足，易造成喷枪堵塞。

2）运行方面

a．单只喷枪流量短时过大。我公司#1、2机组属于调峰机组，负荷波动大，启停制粉系统频繁，SCR入口NOx突变现象时有发生，使得经常性的单只喷枪流量＞100L/H，可能会造成喷射的尿素溶液与热一次风不能充分混合分解，造成底部或热解炉内壁结晶。

b．热解炉出口温度波动大。研究表明当热解炉尾部出口温度低于350℃时，热解炉内部尿素溶液分解反应没有充分完成，存在大量的亚氰酸的结晶体（参考文献2）。我公司机组负荷波动大，尿素溶液流量波动大，且电加热器自动控制延时较长，使得热解炉出口温度经常性低于350℃，尤其#1机组2015年2月份以前电加热器内部大量加热棒损坏，使得热解炉出口温度长期在325℃左右工作，造成热解炉内部结晶。

c．喷枪无定期切换。喷枪长周期的运行，流量随负荷波动，且尿素溶液、雾化压缩空气中或多或少的存在杂质，使得喷枪雾化不良，造成结晶。且会对未工作的相邻喷枪喷头造成结晶，使得备用的喷枪雾化不良。

3）管理方面

春、秋、冬季由于机组负荷夜间负荷低（低于380MW），脱硝系统SCR反应器入口烟温低于305℃，脱硝系统退出运行。检修人员没有充分利用脱硝系统停运期间对脱硝系统进行检查，以确保热解炉设备内部无结晶。如：

a．喷枪无定期检查。

b．热解炉内部无定期检查。

c．电加热器无定期检查。

3、异常应对措施

根据以上对热解炉结晶的原因分析，采取一些改造、技术措施：

1）适当增加喷枪长度，确保尿素溶液流量大时尿素溶液喷射到热解炉内壁，防止热解炉内壁挂壁结晶（参考文献1）。

2）雾化用压缩空气管道上增加高精度空气过滤器。采用两组高精度空气过滤器，减小雾化压缩空气中的杂质，确保喷枪喷口不堵塞（图4）。

（图4 增加两组高精度空气过滤器）

3)除盐水泵改造。随着机组供热流量的增加，以及脱硝系统的冲洗水的增加，除盐水泵出力明显的不够，已经不能满足正常运行时的使用。更换大流量、高扬程的除盐水泵，并增加变频自动控制（原除盐水泵变频控制，但无自动控制,水压通过人工进行调整），控制除盐水压力在0.55MPa。

4）增加尿素喷枪自动投切功能。机组在加、减负荷过程，尤其是启停制粉系统时，SCR入口NOx突增，喷枪尿素溶液流量增加，会造成单只喷枪流量＞100L/H，造成热解炉内壁结晶的可能。增加增加尿素喷枪自动投切功能，保证喷枪流量不大于100L/H。

5）优化电加热器自动控制，保证热解炉出口温度稳定。由于热解炉空间大，热惯性大，电加热器功率的加减，热解炉出口温度延时非常大，且尿素溶液流量波动较大，使得热解炉出口温度波动大。增加尿素溶液流量变化值做为电加热器自动控制的前馈信号，使得电加热器提前进行调整（图5），并根据现场热解炉的特性，优化PID控制器各系数，保证热解炉出口温度的稳定性。另根据资料（参考文献2），将原来热解炉出口温度设定值350℃提至365—375℃，以确保尿素溶液在热解炉内完全分解。

（图5 优化后的电加热器控制原理图）

6）制定尿素喷枪定期切换制度。定期对喷枪进行切换，保证备用喷枪不结晶，也通过冲洗水对运行的喷枪进行冲洗。

7）检修定期对热解炉进行检查。利用春、秋、冬季夜间负荷低时，脱硝系统停运的情况下，进行热解炉内部、喷枪及电加热器检查，控制结晶在初始状态，保证脱硝系统的长周期运行。

4、效果评价

1）保证热解炉内壁不挂壁结晶。通过适当增加喷枪的长度，避免了尿素溶液喷射到热解炉内壁，防止热解炉内壁挂壁结晶。

2）采用两组高精度空气过滤器，减小雾化压缩空气中的杂质，确保喷枪喷口不堵塞。

3）保证冲洗水压力，确保了尿素喷枪退出时，充分冲洗，防止喷枪的结晶堵塞。

4）增加尿素喷枪自动投切功能，避免了单只喷枪流量过大，造成尿素溶液未完全分解的结晶可能。

5）保证热解炉出口温度的稳定性，保证了尿素溶液在热解炉内完全分解，减小了亚氰酸的生成，防止了尿素溶液的结晶。

6）定期对喷枪进行切换，保证备用喷枪不结晶，也通过冲洗水对运行的喷枪进行冲洗。

7）利用春、秋、冬季夜间负荷低时，脱硝系统停运的情况下，进行热解炉内部、喷枪及电加热器检查，控制结晶在初始状态，保证脱硝系统的长周期运行。

通过以上措施，保证了尿素溶液在热解炉内不发生或少发生结晶现象，保证了热一次风在热解炉内正常流场，尿素溶液能充分分解，并通过检修定期检查，消除了结晶加剧恶化，将结晶控制在初始状态，保证了热解炉的稳定运行。

参考文献：

1、《电厂SCR热解炉尿素结晶的分析与对策》

城市建设理论研究（电子版）

大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂 姜海峰

2、《锅炉烟气脱硝尿素热解系统沉积物解剖分析及治理》

全国火电300MW级能效对标及竞赛第四十一届年会论文集

化学环保北京京能热电股份有限公司 刘成武 刘政修

以上分析为个人观点，如有不正确的地方，请指正。