燃机电厂脱硝系统尿素热解结晶堵塞管路原因分析及改造案例分析

燃机电厂脱硝系统尿素热解结晶堵塞管路原因分析及改造案例分析

沈思宇胡淋译

(华能重庆两江燃机发电有限责任公司重庆400700)

摘要：为有效防治燃机电厂脱硝系统尿素热解结晶堵塞管路问题，针对某燃机电厂实际运行中尿素热解装置出现结晶而引起喷氨管路堵塞问题的原因分析及处理办法总结。分析主要原因为管路布置不合理，高温烟气在不同喷氨支管分配不均，致分配较少的支管由于尿素热解温度不够，分解产生固体副产物，堵塞管道。该厂提出了以使喷氨支管近、远端烟气分布均匀的“双分配集箱”布置方式，同时增加喷氨支管温度、压力监控测点，确保所有喷氨支管温度均在结晶温度以上，杜绝脱硝系统尿素热解结晶的解决方案。为同类机组的类似问题的解决提供了借鉴。

关键词：尿素，热解，副产物，结晶，堵塞，双分配集管，监控测点。

0引言

根据《火电厂大气污染物排放标准》【1】，针对燃机电厂氮氧化合物的排放量做了严格要求，要求自2015年1月1日起，天然气燃气轮机电厂排放烟气中氮氧化合物（以NO2¬计）小于50mg/m³。针对这一要求，各大电厂都采用了相应的脱硝减排方案，而以尿素热解工艺为基础的SCR脱硝方案，因其系统简单、安全可靠等优势逐渐被较为广泛的使用。但在实际运行过程中，尿素热解系统的结晶问题却几乎成了每一套热解装置都会遇到的问题。本文依据某燃机电厂的故障案例,进行原因分析及故障处理阐述。

1两江燃机电厂脱硝系统设计概况及异常情况描述

某燃机电厂采用SCR脱硝法，其脱硝系统设计由尿素溶液制备系统和尿素热解法制氨喷氨系统组成。尿素热解喷氨系统流程：稀释风机从余热锅炉中吸取烟气（烟气温度约600℃），送入热解炉中对尿素溶液进行热解后，经出口母管送至0米脱硝喷氨分配联箱，再由脱硝喷氨分配联箱分出36根喷氨管，从下至上分9层，每层4根，再次送入余热锅炉SCR反应模块进行脱硝反应。

2016年6月7日，接运行人员反馈，脱硝系统氨注射格栅入口母管压力报警，且自6月6日开始#1机组稀释风机风量开始出现明显的下降趋势，脱硝效果也明显下降。6月7日晚停机后，通过对脱硝喷氨分配联箱处阀门解体检查，发现脱硝喷氨支管内均有大量白色膏状结晶，其中第6、7、9、16、17、20阀门堵塞较为严重，管道基本全部堵塞。部分堵塞喷氨支管阀门处解体检查情况

2结合现场情况问题分析

对堵塞的白色膏状结晶体取样做溶解试验，分别用冷、热水、盐酸、硫酸浸泡溶解，均未见明显溶解；尝试用乙炔焊枪火烤，未见明显熔化。查阅相关资料，发现其与上海某电厂【2】尿素热解炉结垢产物相仿，结合其产生工况，初步判定其与文献中提到的结垢物质基本相同:怀疑该膏状结晶物主要成分为三聚氰酸和三聚氰胺等，可能还含有缩二脲。三聚氰酸加热时不熔化，约在330~360℃以上才分解为氰酸（CHNO），氰酸水解生成氨和二氧化碳。

结合尿素热解副产物产生工况和现场具体情况，分析推测两江燃机尿素热解系统结晶堵塞原因为：

1）喷氨支管较多，各支管的长度差别较大，而支管流量分配法调节不明显，导致各支管流量分配不均，较长支管的流量偏小，再加上喷氨管道和分配阀局部保温不佳，在热损失较大情况下，导致支管远端的温度较低，发生管内结晶，堵塞管道；

2）前期脱硝稀释风机有缺陷，风机在低频下运行，风量较低，而带来的热风量不足，热量不能满足尿素充分热解需求，导致尿素热解不完全，管道内发生结晶；

3）在管道内发生结晶情况下，结晶管道流通面积更小，流通阻力更大，流经热风量相应更少，工况更加恶化，加剧结晶堵塞速度。

3针对堵塞情况解决方案实践情况

3.1针对发现的喷氨管道堵塞情况和机组连续朝起晚停深度调峰的运行形势，制定临时方案措施：

3.1.1运行方面加强对热解出口风温和尿素溶液供应量的控制：

1)烟囱出口氮氧化物控制原则：尿素溶液（喷氨浓度）不过量（理论尿素用量‘流量计显示’：0.082m3/h），控制氮氧化物浓度排放不超排（＜50mg/m3），在保证热解炉出口温度＞340℃的前提下控制折算后氮氧化物浓度尽量低。

2)机组启动过程中，当燃机点火正常后启动一台稀释风机进行脱硝系统暖管；当热解炉出口温度＞340℃时，投入尿素溶液，控制热解炉出口温＞330℃。

3)机组启动完成正常运行期间控制热解炉出口温度＞340℃。

4)脱硝系统投运期间，检查尿素雾化空气投入正常。

5)机组停运过程中，及时调整尿素溶液量，控制热解炉出口温＞330℃。

6)尿素溶液喷枪电动门关闭后，检查尿素溶液喷枪冲洗电动门自动开启，关闭尿素雾化空气电动门，打开尿素溶液喷枪调门，进行尿素溶液喷枪冲洗；冲洗300S后，检查尿素溶液喷枪冲洗电动门自动关闭，关闭尿素溶液喷枪调门，打开尿素雾化空气电动门吹扫300S后关闭。

3.1.2机务专业加强对喷氨支管的测温对比，做好数据记录分析；同时，利用机组停运时间，安排人员加班，测温较低的堵塞管道进行割管后检查和敲击振动疏通。

3.2管路优化改造方案及效果

管路部分堵塞后，仅通过割管疏通，治标不治本，为根除尿素热解喷氨系统结晶堵管问题，两江燃机电厂协同东方锅炉制定了相应的管路优化改造方案。

3.2.1管路优化改造方案：

1）将喷氨分配集箱由原来的1个（布置在0米）改为2个，一根布置在原来位置，一根布置在炉东侧13米平台附近（余热锅炉中部），分别供应下部和上部区域的喷氨格栅，以保证上下部入喷氨格栅前的管道行程基本一致；

2）喷氨支管由36根改为9根，每根支管上配流量分配阀和就地流量计，每根喷氨支管进入炉膛前再设置小分配集箱，然后在分为4根进入炉内，在每个分配集箱，以减少各分配支管流阻差异，使各支管流场、温度分布均匀；

3）增加管道和阀门的保温厚度，避免因保温不良，而导致温度过低产生副产物；

4）在两个母分配集箱上加装压力表，在每根支管进入炉膛前的小分配集箱上增加远传温度计，送入DCS，通过对各分配集箱压力和温度的监视，保证系统流场、温度场分布均匀。

5）加强对稀释风机运行状况的监视，保证稀释风机供应风压、风量充足。

3.2.2改造效果

自2017年3月，两江燃机#1机脱硝尿素热解系统管路优化改造以来，脱硝效果较之前明显提高，相同工况下，脱硝装置出口NOX排放浓度下降3-8mg/Nm³。同时，截至今日，从各支管温度测点反馈情况，暂未再发现管道堵塞情况。

4结语

由于尿素在热解制氨的工程中，反应温度如未控制好，极易产生副产物导致结晶堵塞管路，而不能保证SCR催化反应氨的供应，将可能引起污染物超标排放的严重后果。结合两江燃机尿素热解系统改造的具体案例分析，我们要充分设计好尿素热解系统的管路系统布置，控制好工质流场、温度场的分布，做好设备的选型等多方面工作，就可以有效防止尿素热解结晶堵塞管路现象，保证机组的安全、稳定、环保运行。

参考资料：

【1】GB13223—2011，火电厂大气污染物排放标准[s].；

【2】岳春妹，陆骏超，陈睿.SCR脱硝热解炉结垢原因分析及解决方法[J].能源研究与信息,2014,第30卷，第3期：134-137；