華能秦嶺電廠煙氣脫硝系統(tǒng)熱解爐結(jié)晶堵塞原因分析

張濤

【摘要】根據(jù)鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)投用過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)查詢相關(guān)運(yùn)行參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)，將其與運(yùn)行規(guī)程及相關(guān)文獻(xiàn)資料比對(duì)，同時(shí)以同類型火電機(jī)組發(fā)生的類似問(wèn)題所做出的理論研究及科學(xué)分析結(jié)論為依托，對(duì)本廠鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)發(fā)生的異常情況定性分析，保證煙氣脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】脫硝；尿素；沉積物；措施

1、概述

華能陜西秦嶺發(fā)電有限公司#7、#8鍋爐燃燒器采用東方鍋爐廠低NOX燃燒器、省煤器出口煙道布置SCR煙氣脫硝系統(tǒng)兩者相結(jié)合的脫硝技術(shù)。脫硝裝置布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間，脫硝煙氣從省煤器至空氣預(yù)熱器之間的煙道接入，兩側(cè)煙道內(nèi)各布置一套SCR反應(yīng)器，該反應(yīng)器由煙道內(nèi)的噴氨格柵、導(dǎo)流板、催化劑模塊及蒸汽吹灰裝置組成。

在鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)投運(yùn)初期，#7鍋爐尿素?zé)峤鉅t內(nèi)部及熱解爐出口水平管段內(nèi)產(chǎn)生大量沉積物，沉積物的產(chǎn)生和積累最終導(dǎo)致該鍋爐尿素脫硝系統(tǒng)停運(yùn)。此后在2014年7月7日至8日兩天時(shí)間內(nèi)，#8、#7鍋爐尿素?zé)峤庀到y(tǒng)先后因熱解爐出口管路出現(xiàn)沉積物而被迫停運(yùn)，因此需對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析，準(zhǔn)確地找到其誘因，以保證脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2、脫硝熱解系統(tǒng)異?，F(xiàn)象描述

根據(jù)運(yùn)行日志記錄，2014年7月8日2：00 #7爐尿素?zé)峤鉅t壓力5.5kPa，六只噴槍運(yùn)行，煙囪入口煙道實(shí)際NOX偏高，經(jīng)多次調(diào)整無(wú)效。06：30 A、B側(cè)氨氣壓力逐步下降至最低0.4/0.2KPa，煙囪入口煙道實(shí)際NOX超標(biāo)，隨后#7爐脫硝系統(tǒng)停運(yùn)。

3、現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

7月8日上午打開(kāi)熱解爐尾部水平管段人孔門(mén)檢查，發(fā)現(xiàn)水平管段通流截面約1/3已被淡黃色固體布滿，水平管其余部分管壁光滑無(wú)異物。檢查管內(nèi)固體物質(zhì)發(fā)現(xiàn)：表層硬度較低、表面光滑、含水量較大；中層脆硬、表面布滿小孔、含水量較??；隨深度增加，該固體硬度愈高、孔洞結(jié)構(gòu)愈明顯、含水量愈小，由此判斷該沉積物為長(zhǎng)期多次累積形成。

通過(guò)對(duì)沉積物取樣試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，該樣品的水溶性極差，幾乎不溶于水，僅微溶于熱堿溶液，其特性與2012年4月12日#7熱解爐尾部及水平管段沉積物所取樣品性狀基本一致。但以我廠化學(xué)試驗(yàn)室現(xiàn)有的分析手段與檢測(cè)儀器，并不具備對(duì)此類樣品進(jìn)行化學(xué)組分分析的能力，因此必須求助于具備相應(yīng)資質(zhì)的檢驗(yàn)單位。

4、原因分析及問(wèn)題排查

通過(guò)查閱相關(guān)網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)資料后發(fā)現(xiàn)，北京京能熱電股份有限公司（下稱京能熱電）鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)也曾發(fā)生過(guò)類似問(wèn)題，該公司利用紅外光譜、質(zhì)譜及熱重分析等手段對(duì)沉積物進(jìn)行了定性分析，并通過(guò)各種化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)沉積物中各種物質(zhì)的相對(duì)含量做出了定量分析，最終確定沉積物的主要成分為三聚氰酸。對(duì)比沉積物的生成部位及理化特性，可初步判定我公司#7熱解爐出口水平段沉積物與京能熱電SCR熱解爐內(nèi)沉積物樣品成分一致。

文獻(xiàn)資料及實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，熱解爐尾部溫度偏低時(shí)，尿素?zé)峤夥磻?yīng)不完全，反應(yīng)體系中生成大量的異氰酸，異氰酸在合適的條件下反應(yīng)生成縮二脲、三聚氰酸及其聚合物，低溫下大量三聚氰酸無(wú)法在熱解爐中分解，沉積于熱解爐及其出口管道的金屬壁面上，因此建議尿素噴嘴以下部分的溫度應(yīng)保證在350℃以上。然而關(guān)于熱解溫度的要求，我公司《660MW機(jī)組集控運(yùn)行規(guī)程》脫硝系統(tǒng)章節(jié)，25.5.5尿素?zé)峤庋b置的啟動(dòng)部分內(nèi)容也明確指出熱解爐出口溫度達(dá)342℃且AIG入口氨氣溫度>300℃后方可投入尿素噴槍運(yùn)行，但調(diào)閱#7爐脫硝系統(tǒng)歷史運(yùn)行曲線發(fā)現(xiàn)，熱解爐尾部溫度波動(dòng)頻繁，且經(jīng)常會(huì)有未能滿足上述條件的情況出現(xiàn)，導(dǎo)致尿素溶液熱解反應(yīng)未完全進(jìn)行，熱解過(guò)程中生成的低溫反應(yīng)產(chǎn)物便沉積于熱解爐出口管道中。

后經(jīng)對(duì)脫硝熱解爐內(nèi)壁結(jié)晶情況及其出口溫度測(cè)點(diǎn)安裝位置進(jìn)行檢查，并通過(guò)相關(guān)人員對(duì)脫硝熱解爐的運(yùn)行情況進(jìn)行了解后發(fā)現(xiàn)，熱解爐出口溫度異常并低于AIG支管氨氣溫度，結(jié)合熱解爐出口溫度測(cè)點(diǎn)的安裝位置分析判斷，霧化后的尿素溶液被熱風(fēng)攜帶由噴嘴到達(dá)熱解爐出口時(shí)，存在霧化溶液團(tuán)局部熱解程度較差，未完全被熱解的低溫尿素溶液噴射于熱解爐出口測(cè)溫元件表面導(dǎo)致熱解爐出口測(cè)量溫度低于AIG支管氨氣溫度，因此判斷熱解爐內(nèi)存在局部低溫區(qū)域；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在機(jī)組負(fù)荷升至某一區(qū)段后，熱解爐出口溫度出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，若機(jī)組負(fù)荷繼續(xù)上升，AIG支管氨氣溫度也將低至安全運(yùn)行的下限溫度，分析其原因?yàn)闄C(jī)組負(fù)荷升高時(shí)熱解爐電加熱器入口一次風(fēng)流量隨之增大，但電加熱器的輸出功率偏低，無(wú)法將熱解爐入口熱風(fēng)加熱至額定溫度以上，從而導(dǎo)致機(jī)組高負(fù)荷時(shí)熱解爐內(nèi)反應(yīng)環(huán)境溫度偏低。基于以上兩種現(xiàn)象分析判斷，脫硝熱解爐入口電加熱器設(shè)計(jì)功率偏低，無(wú)法滿足機(jī)組高負(fù)荷時(shí)尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的熱量需求。

另外，在對(duì)尿素溶液噴槍的檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，#7熱解爐配備的6支噴槍中，1支噴槍霧化噴嘴運(yùn)行期間脫落，1支噴槍噴嘴存在堵塞現(xiàn)象，流量偏小霧化效果較差，其余4支噴槍工作正常；#8熱解爐配備的6支噴槍中，1支噴槍霧化噴嘴脫落，其余5支噴槍工作正常。因此，尿素溶液噴槍霧化效果較差的問(wèn)題也是導(dǎo)致熱解爐尾部沉積物產(chǎn)生的因素之一。

5、防范措施及建議

5.1尿素?zé)峤獾臏囟葘?duì)產(chǎn)物的影響較大，因此應(yīng)保證并維持熱解爐尾部溫度達(dá)到且略高于規(guī)程中所要求溫度值，使尿素?zé)峤夥磻?yīng)正常進(jìn)行，盡可能避免副產(chǎn)物的生成。

5.2加強(qiáng)尿素溶液計(jì)量分配裝置的水沖洗工作，避免尿素管路發(fā)生結(jié)晶或臟污堵塞尿素噴槍，影響霧化效果。

5.3定期檢查清理尿素噴槍噴口部位，確保霧化正常、效果良好。

5.4加強(qiáng)對(duì)尿素溶液霧化壓縮空氣流量的監(jiān)控，避免因霧化空氣流量過(guò)低霧化不良導(dǎo)致熱解爐內(nèi)壁結(jié)晶。

6、結(jié)論

6.1通過(guò)對(duì)尿素?zé)峤膺^(guò)程中相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的查詢比對(duì)，同時(shí)通過(guò)借鑒相關(guān)文獻(xiàn)資料中關(guān)于煙氣脫硝反應(yīng)過(guò)程及反應(yīng)機(jī)理的分析，基本確定了我廠尿素?zé)峤庀到y(tǒng)中沉積物的形成原因。

6.2尿素?zé)峤鉅t內(nèi)的反應(yīng)溫度直接影響著熱解產(chǎn)物的生成，作為沉積物生成的主要因素，我們需從管理層面進(jìn)行嚴(yán)格要求，確保熱解爐的工作溫度。同時(shí)，通過(guò)對(duì)尿素溶液、霧化空氣流量、尿素噴槍的定期檢查和缺陷的及時(shí)處理等手段來(lái)保證脫硝熱解爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]秦嶺發(fā)電有限公司2×660MW鍋爐運(yùn)行規(guī)程

[2]北京福泰克科技環(huán)保有限公司 煙氣脫硝系統(tǒng)設(shè)備說(shuō)明書(shū)

[3]劉成武.鍋爐煙氣脫硝尿素?zé)峤庀到y(tǒng)沉積物解剖分析及治理.全國(guó)火電300MW級(jí)機(jī)組能效對(duì)標(biāo)及競(jìng)賽第四十一屆年會(huì)論文集

[4]周燁.SCR脫硝系統(tǒng)中尿素?zé)峤庋b置防結(jié)晶對(duì)策探討.電力科技與環(huán)保