200MW机组锅炉尿素热解脱硝存在问题及应对策略

摘要：针对我公司1、2号炉尿素热解脱硝系统热解炉易结晶、尿素耗量偏高等问题深入分析，进行了脱硝系统改造及优化运行。通过改变稀释风取风口、缩短喷氨格栅管路、完善保温等措施，提高热解炉出口温度，解决了脱硝系统效率低、尿素消耗量大的问题。

关键词：稀释风；热解炉；喷氨格栅；保温

1 尿素热解脱硝系统主要存在问题

公司1号锅炉为哈尔滨锅炉厂设计生产，锅炉型号为HG-670/140-YM14型，属于超高压、大容量、一次中间再热自然循环、单炉膛、平衡通风、固态排渣煤粉锅炉。根据最新《中华人民共和国环境保护法》要求，针对我公司现有火力发电机组烟气中NOx达标排放问题，对烟气系统进行改造。为满足国家环保要求，公司于2014年和2015年分别进行了6台锅炉脱硝系统及配套工程改造，1、2号炉配套设置的尿素热解脱硝系统，3～6号炉为尿素水解脱硝系统，改造后，在机组正常运行时氮氧化物均实现达标排放。

1号锅炉尿素热解脱硝及配套工程改造，采用尿素热解脱硝工艺。脱硝反应系统主要是由烟气系统、尿素制备系统、尿素热解系统、SCR反应器、氨喷射系统、吹灰系统组成。干尿素按比例加入合适温度的除盐水，制成 50% 质量浓度的尿素溶液，然后通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；高流量循环模块，通过变频循环泵把储罐中尿素溶液输送到计量与分配装置，其中未使用的部分尿素返回到尿素溶液储罐；计量与分配装置根据锅炉不同负荷的要求，自动控制并分配给4只雾化喷枪，然后喷入热解炉，稀释风机由空气预热器抽取热风送入热解炉加热，由电加热控制系统控制热解炉达到热解所要求的温度，雾化后的尿素液滴在热解炉内分解，生成氨气、水、二氧化碳，分解后的氨由稀释风稀释到低于5% 氨浓度的混合气体送到氨喷射系统，通过36路喷氨格栅与烟气均匀混合后流经催化剂加速催化还原反应，完成烟气脱硝过程。

结合运行实际经验来看，尿素热解脱硝系统主要存在问题包括：尿素热解效果差，热解炉结晶；喷氨格栅管内壁积灰堵塞；压缩空气质量差；保温差，热散失高。

2 原因分析

脱硝反应系统主要是由烟气系统、尿素制备系统、尿素热解系统、SCR反应器、氨喷射系统、吹灰系统组成。

干尿素按比例加入合适温度的除盐水，制成 50% 质量浓度的尿素溶液，然后通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；高流量循环模块（HFD） 通过变频循环泵把储罐中尿素溶液输送到计量与分配装置（MDM），其中未使用部分通过背压控制阀组返回到尿素溶液储罐；计量与分配装置根据锅炉不同负荷的要求，自动控制并分配给4只雾化喷枪，然后喷入热解炉，同时稀释空气经加热后进入热解炉。由电加热控制系统控制热解室达到热解所要求的温度。雾化后的尿素液滴在热解炉内分解，生成氨气、水、二氧化碳，分解后的氨由稀释空气稀释到低于5% 氨浓度的混合气体送到氨喷射系统（AIG），再进入脱硝系统。

催化剂的运行温度范围为320～420℃。当运行温度高于催化剂的最高温度限值时，催化剂将发生烧结和脆裂；当运行温度低于催化剂的最低温度限值时，容易生成铵盐（主要是硫酸铵或硫酸氢铵）并附着在催化剂表面而堵塞催化剂。催化剂的最低运行温度与烟气中的NH3和SO3的浓度有关，两者浓度越高，催化剂的最低温度限值越高。

2.1热解炉管壁尿素易结晶

热解炉运行温度470℃，尿素溶液通过雾化喷枪进行雾化后进入热解炉内，与被加热后的稀释风混合，完成尿素的热解反应过程，由于未达到尿素热解反应温度，雾化尿素不能充分分解，未分解的尿素在热解炉管壁上大量结晶、堵塞出口，影响脱硝系统安全运行及脫硝效率降低。

2.2喷氨格栅管内壁积灰堵管

（1）由于稀释风机取风口距离回转式预热器出口较近，预热器烟气侧附着的积灰在空气侧被吹起，随着热风抽取进入稀释风管路，经稀释风机加压后进入热解炉，流经喷氨格栅时，会吸附在管壁上，日积月累灰尘堵塞喷氨格栅。

（2）联箱管道过长，1号炉联箱布置在反应器顶部，距AIG手动门有12 3.压缩空气品质差、压力低，含水、含油较多。

2.3压缩空气品质差

由于空压机维护不到位，缩空气品质较差，压缩空气只能维持在0.45MPa（设计为0.55-0.6MPa），造成热解炉喷枪雾化无法达到最佳效果。由于压缩空气含水、含油，尿素溶液有微粒，喷枪雾化不好，甚至喷嘴磨损，多投入的尿素溶液在热解炉内无法完全分解，流经AIG管道、阀门后，形成结晶堵塞管路。

2.4保温效果差，热损失大

AIG管道顶部保温有脱落，在环境温度20℃时，对热解炉出口至氨空混合联箱间管路测温，弯头管路上端平台、支架等部位保温外表面温度在60-110℃之间，超过了环境温度25℃保温外表面不高于50℃的保温标准，热损失大。

3 脱硝系统改造及优化运行策略

3.1提高热解炉运行温度

经过与脱硝系统生产厂家沟通，运行中热解炉温度由470℃提高500℃以上，维持热解炉出口温度在370℃，使雾化尿素能够受热充分分解。

3.2针对喷氨格栅管内壁积灰堵管问题

（1）将现有的稀释风机取风口位置从预热器出口标高18米处改至标高27米靠近省煤器热风道垂直面处，远离预热器出口，减少热风带灰。

（2）在稀释风机前安装旋风分离除尘器，最大限度除净稀释风携带的灰尘。

（3）将1号炉现有联箱降低标高至AIG手动门上方1-1.5米高度，缩短管路长度约10米，同时减少分支管路的弯头数量至1个，减少沿程阻力，最大限度保障流通。

3.3处理压缩空气

（1）在压缩空气罐出口安装加装高效油水分离器及凝结式过滤器，提升压缩空气品质，提高雾化效果。

（2）提请公司对空压机系统进行专项治理，提升压缩空气压力至0.55MPa以上，从根本上解决压缩空气压力低的问题。

（3）及时跟踪喷枪压力，当喷枪尿素压力低于0.4MPa时，雾化空气流量低于16Nm？/h，及时联系检修进行退枪检查或更换喷嘴。

3.4治理预热器出口至反应器前管路、弯头、联箱、阀门处保温，确保反应器前热风管道保温合格，减少散热。

4 结论

经过一个检修期观察，效果明显，热解炉未出现结晶现象。喷氨格栅改造后，管道未出现积灰堵塞现象。改造后压缩空气质量较好，油、水彻底清除。保温改造前后喷氨格栅温度对比，脱硝系统设备改造提高脱硝系统安全性，优化运行提高经济性，确保环保达标排放；脱硝系统改造后运行时间短，需要进一步探讨优化运行潜能。通过提高脱硝系统可靠性，保证锅炉启动初期和停炉末期脱硝系统能够正常投入，减少了氮氧化物超标排放的时间，在一定程度上降低了公司的环保缴费，同时也有效降低了机组启停过程中污染物排放。公司承担起了节能减排责任，展现了大唐企业负责任、有实力、可信赖的良好企业形象。

作者简介：高兴慧，（1968- ），男，助理工程师，从事发电厂运行管理工作。