热电厂4#炉SCR热解炉堵塞原因分析
热电厂4#炉SCR热解炉堵塞原因分析
热电厂高兴
摘要：SCR脱硝系统热解炉尿素结晶堵塞会导致整个脱硝系统无法正常运行，针对热电厂 4号锅炉脱硝系统热解炉堵塞为案例，分析了SCR尿素热解炉堵塞的原因，提出了对运行参数及日常维护方面的改进措施，以及对热解炉尿素结晶的现象进行有效地预防提供有针对性的对策。
关键词：SCR；脱硝改造；热解炉；尿素结晶；分析与对策
1前言
随着国家环保部门对电力污染治理要求的不断提高，依据最新《火电厂大气污染物排放标准GB13223——2011》规定要求，2003年12月31日前投运或通过审批的机组氮氧化物排放浓度不得大于200mg/Nm3，之后的现役或新建机组氮氧化物排放浓度不得大于100 mg/Nm3，热电厂自2014年开始逐步实施了4台锅炉机组的烟气脱硝改造工程。
目前在世界上有成熟应用的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，热电厂脱硝改造工程采取了低氮燃烧器+SCR相结合的方式。
4号锅炉脱硝系统简介：
铁煤集团热电厂4号锅炉系武汉锅炉厂制造的WGZ-130/9.81-4和WGZ-130/9.8-4型单汽包、集中下降管、自然循环的固态排渣煤粉炉。锅炉整体呈倒U字型布置，炉膛采用膜式水冷壁全悬吊结构，从炉膛出口至尾部烟道依次布置屏式过热器、高温过热器、低温过热器、省煤器、空气预热器。燃烧器为水平浓淡式燃烧装置，制粉系统为钢球球磨机中间储仓式制粉系统，用热风、温风和冷风混合后作为制粉系统的干燥介质，并用制粉系统的乏气作为一次风将煤粉送入炉膛燃烧。
热电厂4号锅炉SCR法烟气脱硝工艺，由福建龙净环保股份有限公司提供，脱硝设施布置在4号炉后与电除尘器之间，反应器布置在锅炉省煤器和空预器之间，脱硝系统不设置烟
气旁路和省煤器高温旁路系统。在完成低氮燃烧器改造后， SCR入口NOx浓度可控制在360mg/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800Pa。在满足NOx脱除率、氨的逃逸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。工艺流程图如图1所
（图1）4号炉SCR工艺流程图
3尿素热解技术简介
尿素制取氨通常有两种方法：热解和水解。水解法是将尿素以水溶液的方式进行分解。
热解法是将直接快速雾化后的尿素溶液进行分解。
3.1尿素的性质
3.1.1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。
3.1.2尿素的化学性质
尿素在酸、碱、酶作用下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。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。
3.2尿素热解工艺
尿素热解系统的主体设备包括尿素储仓、尿素溶解罐、尿素溶液储罐、尿素溶液喷嘴、热解炉和电加热器。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风，分解得到的氨浓度小于5%的氨/空气混合气，经氨气喷射格栅（AIG）喷射入烟气系统中。
3.3尿素热解工艺要求
热电厂4号锅炉脱硝系统采用尿素热解制成氨气作为还原剂，热解炉由北京福泰克环保科技有限公司提供，设有1支喷枪。尿素热解制氨系统的分解产物中应不含有对SCR装置产生不良影响的物质，尿素热解率100%。进入绝热分解室的尿素溶液浓度为40～50%，分解产物中的NH3浓度不超过5%。
4热解炉尿素结晶堵塞实例
4.1事件经过：
4号炉脱硝系统自2015年10 月开始试运，2016年2月29日夜间发现4号炉稀释
风机风量由1400m3/h下降至1100m3/h，倒换稀释风机后无效，热解炉出口温度低，出口风压由350Pa降至0，联锁停止关闭尿素电动门。后经反复启停稀释风机并敲打管路后，风量恢复，逐步恢复SCR系统运行。2小时后风量再次下降，热解炉出口温度再次降低，联锁停止关闭尿素电动门。使用压力表测得稀释风机出口压力为3800Pa，热解炉出口风压0，打开孔门检查热解炉尿素喷枪下部99%通径被尿素晶体与灰尘混合物堵塞，厚度500mm，出口弯管处60%通径被灰尘堵塞，确认为尿素晶体与灰尘混合物堵塞，疏通后，投运正常。
DCS4号炉热解炉出口温度曲线如图2所示
（图2）DCS4号炉热解炉出口温度曲线图
4.2原因分析
经过相关人员共同探讨，检查热解炉内部、喷枪设备、DCS数据分析后，确认热解炉尿素结晶堵塞原因：
（1）根据稀释风机出入口管路情况，由于稀释风流量计通流面积小，节流大，影响稀释风量，热解炉内热风量不能良好充满，风量偏低，存在局部稀释混合不良现象。
（2）喷枪外观检查良好，后进行雾化试验，六个喷嘴堵塞三个，雾化效果不佳。
大量结晶物仅出现在热解炉喷枪下部区域，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；喷枪尿素溶液雾化效果变差；上述两种情况都会发生结晶问题。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，加上热解风内不可避免含有的灰分，
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。
4.3处理方案
（1）热解炉喷枪定期进行抽出检查，确保雾化效果良好。
（2）清除全部堵塞物，确保热解炉内空气动力场均匀。启运热解炉时延长加热时间以保证结晶物充分分解。
（3）运行中密切关注对运行参数的控制，确认关键参数：热解炉温度、稀释风量、喷枪雾化空气压力设定值声光报警投运正常；确认联锁保护正确投入。及时发现异常以便迅速处理。
（4）更换原有稀释风流量计，增大稀释风量，保证热解炉入口有稳定的流量，以此保证热解炉内流场稳定。
5结束语
由于尿素在热解制氨过程中很容易造成结晶，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，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。
作者简介：高兴（1980－），男，助理工程师。2013年毕业于沈阳大学机械制造与自动化专业，现在铁能热电厂锅炉分场担任副主任职务。联系电话：移动电话135********。
参考文献：
[1]GB13323-2011，火电厂大气污染物排放标准[S]. 2007
[2]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.