黃 俊

（廣州珠江電力有限公司，廣東廣州 511400）

目前,國(guó)家對(duì)火電廠氮氧化物排放提出更嚴(yán)的要求，液氨、氨水和尿素是脫硝工藝中常用的還原劑。由于液氨工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)輸、投資、運(yùn)行成本較低，在目前的工程中已廣泛應(yīng)用，但存在的缺點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)的安全性要求較高。在國(guó)內(nèi)，根據(jù)《重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》的規(guī)定，氨的使用量若超過(guò)40 t，就成為重大危險(xiǎn)源。因此，某些特殊地區(qū)（如北京、廣州等）要求還原劑制備系統(tǒng)采用安全性要求較低的尿素工藝。某電廠在2013年初響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，將原有的液氨系統(tǒng)改造為尿素制氨系統(tǒng)，在初期遇到了一系列的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)研究?jī)?yōu)化，切實(shí)提高了脫硝系統(tǒng)的可靠性。

1 尿素?zé)峤庵瓢本S護(hù)技術(shù)優(yōu)化

1.1 尿素?zé)峤夤に?/h3>

尿素?zé)峤夤に嚵鞒倘鐖D1所示，袋裝的尿素經(jīng)人工拆包后經(jīng)下料斗進(jìn)入尿素溶解罐配制成50%的尿素溶液，通過(guò)尿素輸送泵輸送到尿素儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。再由尿素循環(huán)泵通過(guò)計(jì)量分配系統(tǒng)后噴入熱解爐內(nèi)，與經(jīng)由電加熱器加熱后的熱一次風(fēng)混合熱解，生成NH3、H2O 和CO2。分解產(chǎn)物與熱一次風(fēng)混合均勻經(jīng)噴氨格柵噴入脫硝系統(tǒng)。

圖1 尿素?zé)峤庀到y(tǒng)流程圖

具體反應(yīng)方程式如下。

CO（NH2）2（尿素）→NH3+HNCO

HNCO（異氰酸）+H2O →NH3+CO2

1.2 尿素溶液配制系統(tǒng)維護(hù)

尿素溶液配制系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單，但運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。尿素基本采用袋式包裝，在設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)有自動(dòng)拆包機(jī)的設(shè)備，但在運(yùn)行中基本無(wú)法投入使用，大多采用人工拆包配制溶液。主要原因是由于尿素噴槍霧化的要求，噴槍的噴嘴口徑很小，因此對(duì)于溶液的雜質(zhì)細(xì)度要求很嚴(yán)，采用自動(dòng)拆包機(jī)，通過(guò)刀片切割尿素編織袋，通過(guò)下漏口濾網(wǎng)將編織袋分離，在實(shí)際運(yùn)行中，無(wú)論下料口濾網(wǎng)多細(xì)都無(wú)法避免大量碎屑進(jìn)入溶液中。其中的雜質(zhì)除了包裝袋的碎屑外，還有尿素產(chǎn)品中含有的不溶物。因此在設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)須設(shè)計(jì)自動(dòng)拆包機(jī)，可采用人工拆包，若當(dāng)?shù)赜心蛩毓捃囘\(yùn)送更好。

1.3 尿素循環(huán)泵系統(tǒng)

尿素循環(huán)泵系統(tǒng)的正常運(yùn)行是保證脫硝安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素，當(dāng)其出現(xiàn)故障，脫硝率馬上維持不了，因此對(duì)尿素循環(huán)泵系統(tǒng)的維護(hù)非常重要。

1.3.1 電源優(yōu)化

設(shè)計(jì)中采用尿素MCC 電源對(duì)尿素制備區(qū)所有設(shè)備進(jìn)行供電，沒(méi)有考慮尿素循環(huán)泵的保安電源。為此，某電廠將備用的尿素循環(huán)泵電源移出尿素MCC 系統(tǒng)，將其掛到除塵段，避免了系統(tǒng)失電導(dǎo)致尿素循環(huán)泵全停、脫硝系統(tǒng)退出風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.2 連鎖邏輯優(yōu)化

中國(guó)調(diào)味品企業(yè)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(jí)和技術(shù)創(chuàng)新上不斷發(fā)力，在包裝、品牌宣傳、產(chǎn)品創(chuàng)新方面都有了很大提升，推動(dòng)了中國(guó)調(diào)味品行業(yè)品牌集中度和產(chǎn)業(yè)集中度不斷上升。目前在各個(gè)分支產(chǎn)業(yè)都涌現(xiàn)出家喻戶曉的品牌，如醬油產(chǎn)業(yè)的海天、加加、美味鮮、李錦記，食醋產(chǎn)業(yè)的鎮(zhèn)江香醋、山西老陳醋、福建永春、四川保寧醋，復(fù)合調(diào)味料產(chǎn)業(yè)的太太樂(lè)、家樂(lè)、佳隆，調(diào)味醬產(chǎn)業(yè)的李錦記、老干媽，火鍋調(diào)味料產(chǎn)業(yè)的周君記、天味等。除了大型品牌的強(qiáng)勁發(fā)展，各地區(qū)域性的中小企業(yè)也競(jìng)相成長(zhǎng)，并在不少地區(qū)形成了產(chǎn)業(yè)集群。

設(shè)計(jì)中對(duì)尿素循環(huán)泵的保護(hù)采用的是跳閘連鎖啟備用。在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)尿素循環(huán)泵濾網(wǎng)堵導(dǎo)致泵出力降低，而此種情況下，備用泵不會(huì)啟動(dòng)，因此脫硝率會(huì)急劇下降。針對(duì)這一隱患，電廠采用壓力來(lái)連鎖啟動(dòng)備用泵，保證脫硝系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1.3.3 尿素濾網(wǎng)優(yōu)化

尿素溶液的堵塞是尿素系統(tǒng)的主要問(wèn)題，由于尿素?zé)峤庀到y(tǒng)對(duì)噴槍的霧化要求，噴槍噴嘴的口徑很小，因此要求尿素溶液中的顆粒物直徑也必須很小。設(shè)計(jì)中，在尿素輸送泵以及尿素循環(huán)泵的入口都安裝有濾網(wǎng)，但由于設(shè)計(jì)中的濾網(wǎng)過(guò)濾面積小，導(dǎo)致在運(yùn)行中頻繁堵塞，兩天需清洗一次濾網(wǎng)，從而導(dǎo)致尿素循環(huán)泵跳閘，影響脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行。某電廠通過(guò)分析，在原濾網(wǎng)過(guò)濾孔徑不變的前提下，過(guò)濾面積增大，很好地解決了濾網(wǎng)堵塞的頻率，現(xiàn)在尿素輸送泵前濾網(wǎng)每天清理一次、尿素循環(huán)泵前的濾網(wǎng)每月清理一次即可，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.4 熱一次風(fēng)系統(tǒng)

某電廠#1、#2爐熱一次風(fēng)是從鍋爐空預(yù)器出口熱一次風(fēng)管上部引出，而#3、#4爐熱一次風(fēng)是從鍋爐空預(yù)器出口熱一次風(fēng)管下部引出，運(yùn)行中#3、#4爐排灰量明顯比#1、#2爐大很多。設(shè)計(jì)中在彎頭設(shè)置的排灰管是對(duì)空采用袋子排灰，人力以及對(duì)環(huán)境污染大，電廠在機(jī)組檢修期間對(duì)排灰管道進(jìn)行了優(yōu)化，將排灰管道直接接入鍋爐尾部煙道，利用鍋爐煙道內(nèi)的負(fù)壓，增加排灰的動(dòng)力，并在排灰管道中增加壓縮空氣反吹接口，在排灰管道堵塞時(shí)，可以通過(guò)反吹進(jìn)行疏通。

在大小修檢查中發(fā)現(xiàn)電加熱器磨損嚴(yán)重，積灰量大。由于熱一次風(fēng)流量大，含有灰塵，在電加熱器迎風(fēng)處的加熱管管壁明顯被吹薄，加熱器拆出時(shí)積滿了灰。針對(duì)此現(xiàn)象，采用加熱管套膜防磨損和旋轉(zhuǎn)140°回裝，并在加熱器底部加裝排灰管道進(jìn)行定期排灰。從運(yùn)行上看，熱一次風(fēng)的灰與尿素結(jié)晶共同形成的物質(zhì)堵管是脫硝系統(tǒng)的重要問(wèn)題，因此對(duì)熱一次風(fēng)的灰量控制尤為重要。

1.5 尿素結(jié)晶

由于尿素溶液在低于26℃時(shí)容易結(jié)晶，其主要結(jié)晶部位如下。

（1）尿素循環(huán)管道內(nèi)部結(jié)晶。由于這部分溫度比較容易控制，并且尿素溶液在不間斷循環(huán)，此部位結(jié)晶堵塞的可能性不大。

（2）熱解爐噴槍結(jié)晶。某電廠采用2組6根噴槍，一用一備，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，噴槍堵塞的可能性不大，對(duì)于備用噴槍來(lái)說(shuō)，若尿素噴槍調(diào)門前電動(dòng)門隔絕不嚴(yán)，有尿素溶液滲入極易造成噴槍堵塞。因此某電廠采用的是每周定期切換一次，保證噴槍有效備用。在停機(jī)時(shí)及時(shí)將噴槍電動(dòng)門前手動(dòng)門關(guān)閉，防止?jié)B漏，同時(shí)在停機(jī)退出噴槍時(shí)保證沖洗過(guò)程中熱一次風(fēng)繼續(xù)通風(fēng)10 min，保證整個(gè)系統(tǒng)干燥。

（3）熱解爐內(nèi)部結(jié)晶。此類結(jié)晶主要發(fā)生在熱解爐尾部和噴氨混合器處，結(jié)晶原因分析較為復(fù)雜。主要為尿素噴槍霧化效果不佳或熱解爐內(nèi)部溫度低。噴槍流量大霧化空氣壓力不夠是造成噴槍霧化效果不佳的主要原因。這會(huì)導(dǎo)致尿素溶液不能充分熱解為氨氣，在熱解爐底部集聚并結(jié)晶。由于某電廠單只噴槍流量基本控制在0.14 m3/h 以下，不太會(huì)出現(xiàn)霧化效果不佳的現(xiàn)象。熱解爐溫度低，熱解爐在局部低溫（低于280℃）情況下，含有熱解反應(yīng)產(chǎn)物的氣體在溫度較低的管壁及閥體上結(jié)晶，在運(yùn)行時(shí)保證熱解爐出口溫度在320℃以上。只是在噴槍沖洗時(shí)，雖然能保證出口溫度，但沖洗水的冷激作用可能會(huì)導(dǎo)致熱解爐某些區(qū)域溫度急劇下降產(chǎn)生尿素結(jié)晶。此種原因可能是熱解爐內(nèi)部結(jié)晶最容易忽視的地方。同時(shí)在噴氨混合器的尾部和一些死角在這次檢修中仍發(fā)現(xiàn)有大量結(jié)晶，因此在管道處設(shè)置清灰孔，在每次檢修期間進(jìn)行檢查尤為必要。

1.6 噴氨流場(chǎng)的優(yōu)化調(diào)整

尿素?zé)峤庵瓢泵撓跽麄€(gè)噴氨系統(tǒng)中含有大量的灰，容易沉積在噴氨母管中，因此在機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，噴氨流場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化，造成系統(tǒng)噴氨不均勻，從而脫硝氨逃逸升高，形成硫酸氫氨堵塞空預(yù)器，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。因此在日常管理中對(duì)噴氨流場(chǎng)的優(yōu)化尤為重要，要求在機(jī)組大小修后，整個(gè)噴氨系統(tǒng)清灰完成，投運(yùn)需進(jìn)行一次噴氨優(yōu)化調(diào)整，投運(yùn)半年后進(jìn)行一次噴氨優(yōu)化調(diào)整，后面每年進(jìn)行一次噴氨優(yōu)化調(diào)整，可以保證噴氨流場(chǎng)的均勻性。

1.7 電加熱的穩(wěn)定性

尿素?zé)峤庵瓢辈捎秒娂訜崞鲗嵋淮物L(fēng)穩(wěn)定加熱到500℃以保證尿素?zé)峤獬浞?，所以電加熱器的運(yùn)行穩(wěn)定性直接關(guān)系到脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定。電加熱器常見(jiàn)故障有溫控器故障，電加熱器溫度控制采用的是一個(gè)出口溫度表控制4路可控柜，如果主溫控表?yè)p壞，4路可控柜均無(wú)法工作，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)被迫停運(yùn)。某廠將原來(lái)的1臺(tái)控制柜換成2臺(tái)，每臺(tái)柜控制兩個(gè)回路，每個(gè)回路采用獨(dú)立的溫控表控制及超溫聯(lián)鎖。每個(gè)回路配置1個(gè)多功能數(shù)顯電量表，帶一路電流變送4~20 mA 信號(hào)去DCS，DCS 提供4 路4~20 mA 溫度設(shè)定信號(hào)，分別接入4個(gè)出口溫度控制表，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一控制。這樣出現(xiàn)一組溫控器損壞時(shí)其他組可以正常運(yùn)行，增加了電加熱器的可靠性。

1.8 尿素?zé)峤庵瓢泵撓踝詣?dòng)調(diào)節(jié)

在尿素?zé)峤庵瓢泵撓踔?，自?dòng)調(diào)整主要有理論氨需量、補(bǔ)償后氨需量，以及實(shí)際氨需量。理論按需量計(jì)算公式：理論尿素溶液需量=5×（機(jī)組負(fù)荷÷320）×（入口NOx濃度×17÷46）×（脫硝效率設(shè)定值/100+氨逃逸×2.05/入口NOx濃度）×3.095975

可以看出，理論尿素溶液需量主要跟機(jī)組負(fù)荷（目標(biāo)負(fù)荷）、入口NOx濃度、脫硝效率設(shè)定值、尿素溶液的濃度相關(guān)，而補(bǔ)償后氨需量主要是在理論尿素溶液需量的基礎(chǔ)上增加了當(dāng)前負(fù)荷與目標(biāo)負(fù)荷的偏差值、當(dāng)前效率與設(shè)定效率的偏差值作為調(diào)整前饋。其控制原理如圖2所示，在實(shí)際運(yùn)行中，鍋爐燃燒的工況變化會(huì)直接影響脫硝效率的控制，而根據(jù)噴氨量干預(yù)反映到效率變化上需要7 min 左右的時(shí)間，在自動(dòng)控制中采用PID 的調(diào)整并不能滿足工況變化時(shí)脫硝自動(dòng)控制的要求。

圖2 尿素噴氨原自動(dòng)控制原理圖

（1）原自動(dòng)控制中采用了脫硝效率作為控制目標(biāo)，而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行人員是以出口NOx作為調(diào)整目標(biāo)的。當(dāng)入口NOx波動(dòng)時(shí)，并不能及時(shí)增加噴氨量控制出口NOx排放。比如NOx濃度為240 mg/m3時(shí)，脫硝效率設(shè)定值為80%，出口NOx排放濃度為48 mg/m3，而當(dāng)入口濃度波動(dòng)到300 mg/m3時(shí)，脫硝效率設(shè)定值80%不變，按脫硝自動(dòng)控制的邏輯原理，出口的NOx排放濃度將上升到60 mg/m3，超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)。按脫硝效率的計(jì)算公式：反應(yīng)器出口NOx濃度=[（100-脫硝效率）/100]×反應(yīng)器入口NOx濃度，某電廠將控制策略由脫硝效率改為了出口NOx濃度。

（2）根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況，脫硝自動(dòng)控制由于出口的參數(shù)具有嚴(yán)重的滯后性，因此傳統(tǒng)PID 調(diào)整在實(shí)際運(yùn)行中脫硝出口NOx濃度波動(dòng)很大，容易超標(biāo)，現(xiàn)在很多研究都依托外掛采用人工智能算法預(yù)測(cè)的方式控制，但成本較高，維護(hù)困難。根據(jù)日常運(yùn)行的參數(shù)分析及試驗(yàn)，某電廠取消了脫硝的PID 調(diào)整，考慮了入口NOx濃度和機(jī)組負(fù)荷這兩個(gè)影響較大的參數(shù)，對(duì)補(bǔ)充氨需量邏輯進(jìn)行優(yōu)化。引入機(jī)組AGC 目標(biāo)負(fù)荷參數(shù)，采用入口NOx濃度和機(jī)組負(fù)荷變化速率，在理論氨需量的基礎(chǔ)上增加一個(gè)5 min 的脈沖或者減少一定的按需量得到補(bǔ)償按需量，可以在工況變化時(shí)自動(dòng)快速調(diào)整按需量，而工況穩(wěn)定后脈沖信號(hào)也消失，恢復(fù)正常的氨需量，確保出口NOx濃度較為穩(wěn)定。脈沖信號(hào)的時(shí)間和補(bǔ)償?shù)陌毙枇扛鶕?jù)日常的參數(shù)及試驗(yàn)決定。

2 結(jié)束語(yǔ)

隨著對(duì)安全要求的日益嚴(yán)格，尿素?zé)峤夥ㄖ瓢痹陔姀S脫硝的應(yīng)用逐漸興起，可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)在大城市中，尿素制氨法將是電廠脫硝的主流。隨著尿素制氨法的發(fā)展，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富，以及尿素產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，未來(lái)散裝罐車尿素的運(yùn)輸將會(huì)實(shí)現(xiàn)，從而使尿素溶液的配制和尿素的儲(chǔ)存更加方便。同時(shí)有很多的電廠將霧化空氣改為儀用壓縮空氣，這樣無(wú)論從壓力還是品質(zhì)上對(duì)霧化效果有了很高的保證。華能玉環(huán)電廠還將噴槍沖洗水改造，采用煙道外壁面自然散熱的熱量加熱沖洗水防止因冷激產(chǎn)生尿素結(jié)晶。通過(guò)各種的優(yōu)化，尿素制氨法日益成熟且安全運(yùn)行，必將得到越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。