尿素热解制氨工艺热解炉结晶堵塞现象分析研究

尿素热解制氨工艺热解炉结晶堵塞现象分析研究

黄黎明

（安徽淮南平圩发电有限责任公司，安徽淮南 232089）

摘要：在电力行业对重大危险源液氨实施代替改造的大背景下，尿素热解作为两大主流改造方案，其成熟的制氨工艺保证了脱硝装置的良好运行。但在实际运行过程中，因负荷变动易造成脱硝热解炉结晶和喷氨格栅堵塞的问题，最终影响喷氨量，威胁机组运行经济性和安全性。本文通过对热解炉结晶堵塞现象进行分析研究，阐述堵塞的过程、原因和影响因素，最终寻找解决方法，为同类机组热解炉的优化运行提供建议和参考。

关键词：脱硝，热解炉，喷氨格栅，结晶，堵塞

1  问题背景

鉴于国家对安全的进一步重视和人命安全意识的提高，国家能源局从安全设施、运行维护、应急管理、安全管理等四个方面，对加强液氨重大危险源管控提出明确要求。在此背景下，用尿素替代液氨，逐步消除厂内现有重大危险源成为火电厂的重点安全工作。尿素热解作为两大主流改造方向，其成熟的制氨工艺保证了脱硝装置的良好运行。当投运SCR时，尿素溶液经由高压循环泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入尿素热解炉内热解，气气换热器出口的高温空气进入热解炉内与尿素液体直接接触，生成NH3、H2O和CO2，分解产物与稀释空气混合后均匀又脱硝系统进入喷氨格栅。

其中，绝热分解室作为热解系统的核心设备，布置在SCR附近。尿素溶液由喷射器喷入绝热分解室，单台炉均设置单独的分解室。经过加热器的高温热风作为分解室的热源，室内温度控制在350～650℃。

图 1 绝热分解室

2  问题描述

在正常运行时，热解炉进出口压差约为0.2kPa，管路及喷氨格栅压差也为0.2kPa左右。当负荷波动时，热解炉进出口压差缓慢增加至2.0kPa。此时，当负荷下降尿素流量降低时，烟气加热器出口一次风热量足以加热尿素溶液，造成热解炉出口温度逐渐上升，最高到389℃，热解炉内结晶的尿素溶化，进出口差压自行恢复正常。

但当热解炉未能完全融化，甚至结晶的尿素掉落完全堵塞热解炉出口时，甚至会造成热解炉出口压力瞬间降至0即无氨流量时，即可判断为热解炉完全结晶堵塞。同时，喷氨格栅入口压力开始上升，各段压力最高上升到7.4Kpa，同时脱硝加热器入口一次风、喷氨格栅A\B侧风量同时下降，判断喷氨格栅堵塞。就地检查发现喷氨格栅多支管不通。

图 2 热解炉进出口压差波动情况

3  原因分析

热解炉差压升高直接原因为尿素溶液在热解炉内部发生结晶堵塞。根据要求热解炉出口温度应控制在350℃以上，且调整需氨量时应控制氨量平稳变化，避免大幅度波动。但是，现运行人员通过手动增减控制电加热器功率调节脱硝热解炉出口温度，凭经验改变尿素溶液浓度改变喷枪调节阀开度，增减喷氨量控制烟囱入口NOX。由于机组负荷波动大且投入一次调频，烟囱入口NOX波动大，为了控制NOX不超标，增减尿素流量幅度较大。此时，大量的尿素溶液进入热解炉，吸收热量，造成热解炉出口温度迅速降低，而提高电加热器电流又受电加热器出口温度不大于650℃的限制，此时，尿素流量大和热解炉出口温度低促使热解炉快速结晶，最终造成热解炉堵塞[1]。

在后续恢复热解炉压差的过程中，热解炉内未热解的结晶体随一次风的作用，剥离出小颗粒，一部分在节流的支路隔离调节阀再次沉积结晶，一部分在降压沉积在喷嘴，导致喷氨格栅入口压力持续升高，最终造成喷氨支管调节阀处和末端喷嘴处堵塞。

4  采取措施

治理热解炉结晶的措施主要包括：

（1）提高热解炉电加热器电流，提高电热解炉出口温度在600℃以上，控制热解炉出口温度400℃左右，以提高热解能力。

（2）将SOFA风开度全开，减少NOX的生成量。

（3）提高烟囱入口NOX控制在40-50mg/m3，减少喷氨量。

（4）喷枪投入水冲洗。

（5）必要时降负荷。

治理喷氨格栅堵塞的措施主要包括：

（1）多次全开关喷氨母管调节阀和现场物理敲击震动将结晶研磨碎裂；

（2）全关喷氨支管调节阀，采用喷氨格栅压缩空气吹扫；

（3）全开喷氨支管调节阀，增加通风量同时提高阀后支管温度。

5  结论

日常运行过程中调整需氨量时应控制氨量平稳变化，避免大幅度波动。同时加喷氨前先通过增加电加热器出口提高热解炉出口温度。

当发生热解炉内部压力基本未变化，但出口压力及喷氨格栅压力同时下降，可以判定热解炉结晶堵塞；当热解炉内部、出口及喷氨格栅侧压力同时上升，且风量减少，可以判定喷氨格栅堵塞。

当发生结晶堵塞后，通过全开SOFA风开度、提高烟囱入口NOx指标至50mg/Nm3、提高热解炉出口温度至400℃、投入喷枪冲洗水、全开喷氨支管调节阀等手段进行优化，必要时进行压缩空气冲洗等改造[2]。

参考文献：

[1]张涛.华能秦岭电厂烟气脱硝系统热解炉结晶堵塞原因分析[J].科技与企业, 2015(4):1. 1004-9207.

[2]顾胜旺.一种防止并消除热解炉结晶的脱硝装置[P]: CN209968116U，2023-12-20.