燃機(jī)電廠脫硝系統(tǒng)尿素?zé)峤饨Y(jié)晶堵塞管路原因分析及改造案例分析

燃機(jī)電廠脫硝系統(tǒng)尿素?zé)峤饨Y(jié)晶堵塞管路原因分析及改造案例分析摘要：為有效防治燃機(jī)電廠脫硝系統(tǒng)尿素?zé)峤饨Y(jié)晶堵塞管路問題，針對某燃機(jī)電廠實(shí)際運(yùn)行中尿素?zé)峤庋b置出現(xiàn)結(jié)晶而引起噴氨管路堵塞問題的原因分析及處理辦法總結(jié)。分析主要原因?yàn)楣苈凡贾貌缓侠恚邷責(zé)煔庠诓煌瑖姲敝Ч芊峙洳痪?，致分配較少的支管由于尿素?zé)峤鉁囟炔粔颍纸猱a(chǎn)生固體副產(chǎn)物，堵塞管道。該廠提出了以使噴氨支管近、遠(yuǎn)端煙氣分布均勻的“雙分配集箱”布置方式，同時(shí)增加噴氨支管溫度、壓力監(jiān)控測點(diǎn)，確保所有噴氨支管溫度均在結(jié)晶溫度以上，杜絕脫硝系統(tǒng)尿素?zé)峤饨Y(jié)晶的解決方案。為同類機(jī)組的類似問題的解決提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：尿素，熱解，副產(chǎn)物，結(jié)晶，堵塞，雙分配集管，監(jiān)控測點(diǎn)。

0引言

根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》【1】，針對燃機(jī)電廠氮氧化合物的排放量做了嚴(yán)格要求，要求自2015年1月1日起，天然氣燃?xì)廨啓C(jī)電廠排放煙氣中氮氧化合物（以NO2?計(jì)）小于50mg/m3。針對這一要求，各大電廠都采用了相應(yīng)的脫硝減排方案，而以尿素?zé)峤夤に嚍榛A(chǔ)的SCR脫硝方案，因其系統(tǒng)簡單、安全可靠等優(yōu)勢逐漸被較為廣泛的使用。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的結(jié)晶問題卻幾乎成了每一套熱解裝置都會(huì)遇到的問題。本文依據(jù)某燃機(jī)電廠的故障案例,進(jìn)行原因分析及故障處理闡述。

1兩江燃機(jī)電廠脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況及異常情況描述

某燃機(jī)電廠采用SCR脫硝法，其脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)由尿素溶液制備系統(tǒng)和尿素?zé)峤夥ㄖ瓢眹姲毕到y(tǒng)組成。尿素?zé)峤鈬姲毕到y(tǒng)流程：稀釋風(fēng)機(jī)從余熱鍋爐中吸取煙氣（煙氣溫度約600℃），送入熱解爐中對尿素溶液進(jìn)行熱解后，經(jīng)出口母管送至0米脫硝噴氨分配聯(lián)箱，再由脫硝噴氨分配聯(lián)箱分出36根噴氨管，從下至上分9層，每層4根，再次送入余熱鍋爐SCR反應(yīng)模塊進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

2016年6月7日，接運(yùn)行人員反饋，脫硝系統(tǒng)氨注射格柵入口母管壓力報(bào)警，且自6月6日開始#1機(jī)組稀釋風(fēng)機(jī)風(fēng)量開始出現(xiàn)明顯的下降趨勢，脫硝效果也明顯下降。6月7日晚停機(jī)后，通過對脫硝噴氨分配聯(lián)箱處閥門解體檢查，發(fā)現(xiàn)脫硝噴氨支管內(nèi)均有大量白色膏狀結(jié)晶，其中第6、7、9、16、17、20閥門堵塞較為嚴(yán)重，管道基本全部堵塞。部分堵塞噴氨支管閥門處解體檢查情況

2結(jié)合現(xiàn)場情況問題分析

對堵塞的白色膏狀結(jié)晶體取樣做溶解試驗(yàn)，分別用冷、熱水、鹽酸、硫酸浸泡溶解，均未見明顯溶解；嘗試用乙炔焊槍火烤，未見明顯熔化。查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)其與上海某電廠【2】尿素?zé)峤鉅t結(jié)垢產(chǎn)物相仿，結(jié)合其產(chǎn)生工況，初步判定其與文獻(xiàn)中提到的結(jié)垢物質(zhì)基本相同:懷疑該膏狀結(jié)晶物主要成分為三聚氰酸和三聚氰胺等，可能還含有縮二脲。三聚氰酸加熱時(shí)不熔化，約在330~360℃以上才分解為氰酸（CHNO），氰酸水解生成氨和二氧化碳。

結(jié)合尿素?zé)峤飧碑a(chǎn)物產(chǎn)生工況和現(xiàn)場具體情況，分析推測兩江燃機(jī)尿素?zé)峤庀到y(tǒng)結(jié)晶堵塞原因?yàn)椋?/p>

1）噴氨支管較多，各支管的長度差別較大，而支管流量分配法調(diào)節(jié)不明顯，導(dǎo)致各支管流量分配不均，較長支管的流量偏小，再加上噴氨管道和分配閥局部保溫不佳，在熱損失較大情況下，導(dǎo)致支管遠(yuǎn)端的溫度較低，發(fā)生管內(nèi)結(jié)晶，堵塞管道；

2）前期脫硝稀釋風(fēng)機(jī)有缺陷，風(fēng)機(jī)在低頻下運(yùn)行，風(fēng)量較低，而帶來的熱風(fēng)量不足，熱量不能滿足尿素充分熱解需求，導(dǎo)致尿素?zé)峤獠煌耆?，管道?nèi)發(fā)生結(jié)晶；

3）在管道內(nèi)發(fā)生結(jié)晶情況下，結(jié)晶管道流通面積更小，流通阻力更大，流經(jīng)熱風(fēng)量相應(yīng)更少，工況更加惡化，加劇結(jié)晶堵塞速度。

3針對堵塞情況解決方案實(shí)踐情況

3.1針對發(fā)現(xiàn)的噴氨管道堵塞情況和機(jī)組連續(xù)朝起晚停深度調(diào)峰的運(yùn)行形勢，制定臨時(shí)方案措施：

3.1.1運(yùn)行方面加強(qiáng)對熱解出口風(fēng)溫和尿素溶液供應(yīng)量的控制：

1)煙囪出口氮氧化物控制原則：尿素溶液（噴氨濃度）不過量（理論尿素用量‘流量計(jì)顯示’：0.082m3/h），控制氮氧化物濃度排放不超排（＜50mg/m3），在保證熱解爐出口溫度＞340℃的前提下控制折算后氮氧化物濃度盡量低。

2)機(jī)組啟動(dòng)過程中，當(dāng)燃機(jī)點(diǎn)火正常后啟動(dòng)一臺(tái)稀釋風(fēng)機(jī)進(jìn)行脫硝系統(tǒng)暖管；當(dāng)熱解爐出口溫度＞340℃時(shí)，投入尿素溶液，控制熱解爐出口溫＞330℃。

3)機(jī)組啟動(dòng)完成正常運(yùn)行期間控制熱解爐出口溫度＞340℃。

4)脫硝系統(tǒng)投運(yùn)期間，檢查尿素霧化空氣投入正常。

5)機(jī)組停運(yùn)過程中，及時(shí)調(diào)整尿素溶液量，控制熱解爐出口溫＞330℃。

6)尿素溶液噴槍電動(dòng)門關(guān)閉后，檢查尿素溶液噴槍沖洗電動(dòng)門自動(dòng)開啟，關(guān)閉尿素霧化空氣電動(dòng)門，打開尿素溶液噴槍調(diào)門，進(jìn)行尿素溶液噴槍沖洗；沖洗300S后，檢查尿素溶液噴槍沖洗電動(dòng)門自動(dòng)關(guān)閉，關(guān)閉尿素溶液噴槍調(diào)門，打開尿素霧化空氣電動(dòng)門吹掃300S后關(guān)閉。

3.1.2機(jī)務(wù)專業(yè)加強(qiáng)對噴氨支管的測溫對比，做好數(shù)據(jù)記錄分析；同時(shí)，利用機(jī)組停運(yùn)時(shí)間，安排人員加班，測溫較低的堵塞管道進(jìn)行割管后檢查和敲擊振動(dòng)疏通。

3.2管路優(yōu)化改造方案及效果

管路部分堵塞后，僅通過割管疏通，治標(biāo)不治本，為根除尿素?zé)峤鈬姲毕到y(tǒng)結(jié)晶堵管問題，兩江燃機(jī)電廠協(xié)同東方鍋爐制定了相應(yīng)的管路優(yōu)化改造方案。

3.2.1管路優(yōu)化改造方案：

1）將噴氨分配集箱由原來的1個(gè)（布置在0米）改為2個(gè)，一根布置在原來位置，一根布置在爐東側(cè)13米平臺(tái)附近（余熱鍋爐中部），分別供應(yīng)下部和上部區(qū)域的噴氨格柵，以保證上下部入噴氨格柵前的管道行程基本一致；

2）噴氨支管由36根改為9根，每根支管上配流量分配閥和就地流量計(jì)，每根噴氨支管進(jìn)入爐膛前再設(shè)置小分配集箱，然后在分為4根進(jìn)入爐內(nèi)，在每個(gè)分配集箱，以減少各分配支管流阻差異，使各支管流場、溫度分布均勻；

3）增加管道和閥門的保溫厚度，避免因保溫不良，而導(dǎo)致溫度過低產(chǎn)生副產(chǎn)物；

4）在兩個(gè)母分配集箱上加裝壓力表，在每根支管進(jìn)入爐膛前的小分配集箱上增加遠(yuǎn)傳溫度計(jì)，送入DCS，通過對各分配集箱壓力和溫度的監(jiān)視，保證系統(tǒng)流場、溫度場分布均勻。

5）加強(qiáng)對稀釋風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)視，保證稀釋風(fēng)機(jī)供應(yīng)風(fēng)壓、風(fēng)量充足。

3.2.2改造效果

自2017年3月，兩江燃機(jī)#1機(jī)脫硝尿素?zé)峤庀到y(tǒng)管路優(yōu)化改造以來，脫硝效果較之前明顯提高，相同工況下，脫硝裝置出口NOX排放濃度下降3-8mg/Nm3。同時(shí)，截至今日，從各支管溫度測點(diǎn)反饋情況，暫未再發(fā)現(xiàn)管道堵塞情況。

4結(jié)語

由于尿素在熱解制氨的工程中，反應(yīng)溫度如未控制好，極易產(chǎn)生副產(chǎn)物導(dǎo)致結(jié)晶堵塞管路，而不能保證SCR催化反應(yīng)氨的供應(yīng)，將可能引起污染物超標(biāo)排放的嚴(yán)重后果。結(jié)合兩江燃機(jī)尿素?zé)峤庀到y(tǒng)改造的具體案例分析，我們要充分設(shè)計(jì)好尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的管路系統(tǒng)布置，控制好工質(zhì)流場、溫度場的分布，做好設(shè)備的選型等多方面工作，就可以有效防止尿素?zé)峤饨Y(jié)晶