燃煤机组脱硝热解炉结晶问题探讨

燃煤机组脱硝热解炉结晶问题探讨

李迎军

（大唐洛阳热电有限责任公司471039）

摘要：燃煤机组脱硝热解炉在连续接带大负荷后内部级易出现结晶物，使热解炉进出口差压增大，严重威胁着脱硝设备运行。在发现热解炉内部出现结晶物后，通过采取了调整热风风量、控制机组负荷减少喷氨量、改变制粉系统运行方式、清理喷枪等措施使热解炉差压增大和热解炉结晶物脱落得到及时有效的处理，但热解炉内部结晶现象仍然时有发生。本文通过热解炉结晶现象、原因分析及防范措施，对燃煤机组脱硝热解炉结晶问题展开分析。

关键词：脱硝；热解炉；结晶

某燃煤锅炉脱硝系统设一套尿素溶液分解室。尿素溶液由316L不锈钢制造的喷射器雾化后喷入分解室，喷枪雾化空气采用仪用压缩空气。在350～500℃的高温热风条件下，尿素液滴分解成NH3、H2O、CO2。每台热解炉对应1台计量与分配装置（MDM），计量与分配装置（MDM）根据锅炉不同负荷的要求，自动控制并分配给雾化喷枪，然后喷入热解炉（DC），同时稀释空气经电加热器加热后进入热解炉。由控制系统控制热解室达到还原所要求的温度。

雾化后的尿素液滴在热解炉内分解，生成NH3、H2O和CO2，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）再进入烟道系统。热解炉系统包括热解炉本体，电加热系统等。热解炉从其进口开始算起，依据尿素的分解所需的体积来确定其容积的大小。通过稀释风电加热系统维持尿素溶液分解所需的温度。尿素经过计量分配装置及喷枪到热解炉中。尿素的喷射量是由需氨量来决定的，并适应锅炉负荷变化要求。系统在管道出口处提供空气/氨气混合物。

稀释风系统采用锅炉空预器后热一次风经稀释风机提升压力至7～9kPa。稀释风采用电加热器进行加热，为尿素热解提供所需热量并将DC出口空气/氨气混合物中氨浓度稀释至约5%。

一、热解炉结晶的现象分析

某机组热解炉差压正常值在0.5Kpa左右，热解炉内部形成结晶物时并不能直观的通过运行参数进行准确判断，只有结晶物增大或者脱落对热解炉底部锥形口或者水平管路形成堵塞时才能从差压上加以判断。

如2017年1月9日，热解炉出口压力由5.36Kpa突降至4.28Kpa，热解炉内压力由5.72Kpa突升至7.63Kpa，热解炉差压由0.36KPa升至3.35KPa，迅速减小喷氨量并减小机组负荷，热解炉内部温度最低降至310℃后迅速回升至390℃，差压开始缓慢下降。2017年1月10日将6号炉热解炉喷枪逐个取出进行检查，发现热解炉内4号喷枪下部存在灰白色晶状固体,因观察范围有限，怀疑内部仍有部分结晶物未完全脱落。于是控制机组负荷，停止4号喷枪，用热解炉内部高温热风进行烘烤热解，1月13日将4号喷枪再次取出观察热解炉内部原有位置结晶物已消除。随后对4号喷枪进行水冲洗，观察热解炉出口温度下降6℃,但SCR出口氮氧化物无下降趋势，判断为4号喷枪下部无大型结晶体。

事后通过趋势和照片可以判断6号热解炉在大负荷运行中由于喷枪雾化头雾化范围存在重叠，热解炉内存在流场不均的隐患。加上电加热出力没有富裕度，不能持续提高热解炉内部温度，无法满足快速热解尿素溶液的条件，导致大负荷期间喷氨量增加后产生的中间聚合物在热解炉内与一次风中的灰粒形成不分解物，在长时间运行中逐渐加厚变大，最终形成块状物随着扰动脱落。

二、热解炉结晶的处理过程

在发现热解炉进出口差压高的现象后，运行人员经过采取调整通风流量、控制机组负荷减少喷氨量、联系输煤改善煤质、改变制粉系统运行方式等措施提升热解炉电加热温度，保持热解炉内持续维持高温运行，对结晶体进行高温烘烤，消除内部隐患，并安排清理喷枪，热解炉进出口差压变小，情况趋于稳定。

三、原因分析及暴露的问题

电加热设计出力不足,不能满足脱硝在机组连续大负荷下运行。超低排放后吸收塔出口氮氧化物指标控制从200mg/Nm3降至50mg/Nm3，按照集团公司要求实际指标控制在预警值40mg/Nm3以内。虽然超低改造后增加了一层催化剂，但在运行中，需要通过增加喷氨量才能将氮氧化物控制在40mg/Nm3以内。机组带大负荷运行，喷氨量随之增大，喷枪雾化效果明显变差，溶液颗粒度变大，造成热解室内温度分部不均，加上电加热没有继续增加出力的富裕度，尿素未完全分解产生中间聚合物附着在热解炉内壁上，负荷变化受到扰动后脱落。喷氨量增加后喷枪雾化效果变差加上电加热出力不足是热解炉结晶的主要原因。

热解炉设计不合理，主要问题集中在热解炉内部存在流场不均，在喷枪流量增大后，雾化后的尿素溶液颗粒偏大，热解时间滞后，热解炉内部温度下降，而电加热负荷已加至100%，不具备可继续提高温度的调节能力。这是热解炉内部结晶的次要原因。

四、热解炉结晶的防范措施

严格控制入炉煤。必须严格做好入炉煤掺配，机组SCR入口NOx小于500mg/Nm3，SCR入口NOx大于500mg/Nm3时形成环保预警，通知输煤部改善煤质，同时联系锅炉专业协助调整配风，必要时汇报部领导改变制粉系统运行方式,不允许机组SCR入口NOx大于500mg/Nm3。

在发现热解炉内部出现结晶后热解炉出口温度必须严格控制。在热解炉结晶隐患未消除前热解炉出口温度保持在360℃以上运行,防止热解炉内部温度降低增加结晶机率。负荷降低后随着喷氨量的降低，热解炉出口温度会上升，必须严格控制热解炉温度在390℃以下运行，严禁超限。在进行大幅度加减负荷期间,各值必须安排专人负责脱硝参数调整,改变脱硝调整满足负荷的需要，变更为负荷加减速度满足脱硝运行的需要，放缓操作速度，严禁参数失控。

合理分配机组负荷，保持合适的制粉系统运行。热解炉由于喷枪数量不足，喷氨量增大后溶液雾化颗粒大，热解时间延长，热解炉内部温度下降，而电加热满负荷运行，没有富裕度可供调节，因此必须通过改变制粉系统运行方式降低入口氮氧化物，同时出口氮氧化物按照30-45mg/Nm3保持，以减少喷氨量，提高热解炉出口温度。大负荷运行期间尽量平衡各机组负荷分配，特别是负荷高峰过后，降低负荷后保持下层火嘴对应的磨煤机运行；在机组带大负荷期间，如果煤质允许，减少上层火嘴运行时间，防止热解炉喷氨使用量过大。

严格控制脱硝运行参数，喷枪在运行中应均匀投入。注意计量模块溶液减压阀后压力小于小于压缩空气压力。并严格控制单支喷枪流量在120L/h下运行，不允许长时间大流量运行，避免雾化效果差。

五、结束语

燃煤机组在发电过程的高温燃烧条件下，NOx主要以NO的形式存在，最初排放的NOx中NO约占95%。但是，NO在大气中极易与空气中的氧发生反应，生成NO2，故大气中NOx普遍以NO2的形式存在。空气中的NO和NO2通过光化学反应，相互转化而达到平衡。在温度较大或有云雾存在时，NO2进一步与水分子作用形成酸雨中的第二重要酸分即硝酸(HNO3）。NOx对人体产生明显的危害，比如可刺激人体肺部。

因此确保脱硝系统安全稳定运行，扎实做好热解炉结晶的分析和控制，对燃煤机组达标排放，提高环境保护及人身健康具有十分积极的意义.

参考文献：

[1]《燃煤烟气脱硝技术装备》（GB/T21509-2008）

[2]《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范》（DL/T260-2012）