國能寧東第一發(fā)電有限公司 馬 斌 王 宏

火力發(fā)電廠現(xiàn)多采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝系統(tǒng)，某電廠投產(chǎn)后因鍋爐爐膛出口NOx 高出設(shè)計(jì)值較多、脫硝熱解爐設(shè)計(jì)裕度較小、噴槍霧化能力不足等三方面問題，機(jī)組在正常運(yùn)行期間頻繁出現(xiàn)了熱解爐差壓高，風(fēng)量下降、出口溫度低的異?，F(xiàn)象，經(jīng)抽槍檢查確認(rèn)為熱解爐內(nèi)產(chǎn)生結(jié)晶異物導(dǎo)致，多次影響到機(jī)組正常負(fù)荷接帶和環(huán)保參數(shù)的控制，對(duì)機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行產(chǎn)生了較大威脅。

本案通過運(yùn)行有效的控制手段徹底消除了熱解爐結(jié)晶隱患，成功實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行期間在環(huán)保不超標(biāo)的前提下將熱解爐結(jié)晶物分解，指導(dǎo)現(xiàn)有運(yùn)行機(jī)組緩解鍋爐熱解爐堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，避免環(huán)保參數(shù)超標(biāo)及因熱解爐堵塞機(jī)組被迫停運(yùn)事件。后期又利用機(jī)組檢修對(duì)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，解決因熱解爐制氨能力不足過負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致結(jié)晶惡化的問題，徹底解決了脫硝熱解爐結(jié)晶堵塞的隱患。

1 設(shè)備概述

某電廠鍋爐本體是北京巴布科克·威爾科克斯有限公司設(shè)計(jì)、制造的超超臨界變壓運(yùn)行本生直流SWUP（Spiral Wound UP）鍋爐，前后墻對(duì)沖燃燒方式，每臺(tái)機(jī)組均裝設(shè)一套脫硝煙道系統(tǒng)。脫硝煙道系統(tǒng)采用高塵方案，雙煙道雙反應(yīng)器布置模式，SCR 工藝，采用尿素?zé)峤夥ㄖ迫“睔庾鳛槊撓踹€原劑。

2 熱解爐結(jié)晶產(chǎn)生機(jī)理及原因分析

尿素在熱解過程中，噴槍的霧化效果、熱解傳輸溫度風(fēng)量、尿素濃度以及清潔程度等均會(huì)造成尿素?zé)峤庀到y(tǒng)沉積物的產(chǎn)生，沉積物通過紅外光譜，質(zhì)譜以及熱重分析主要為三聚氰酸、乙二肟、縮二脲、縮三脲等三聚化合物。國內(nèi)多家電廠因脫硝系統(tǒng)熱解爐結(jié)晶堵塞而導(dǎo)致環(huán)保超標(biāo)甚至被迫停運(yùn)事件，某電廠兩臺(tái)爐曾多次出現(xiàn)熱解爐結(jié)晶導(dǎo)致差壓異常升高事件，最嚴(yán)重的為#3爐熱解爐差壓由0.3kPa 異常迅速上升至10.5kPa，出口壓力由6.4kPa降至0kPa，出口溫度由396℃降至316℃，入口風(fēng)量由6248m3/h 突降至1461m3/h[1]。

2.1 脫硝熱解爐出現(xiàn)結(jié)晶堵塞后的檢查試驗(yàn)情況

一是抽槍檢查時(shí)噴槍上部有凝結(jié)滴液現(xiàn)象，#2噴槍尤其明顯，分析流場(chǎng)原因?qū)е麓颂帨囟容^低產(chǎn)生結(jié)晶且不能及時(shí)分解，結(jié)晶物累積到一定量后脫落至出口彎管處，導(dǎo)致熱解爐進(jìn)出口差壓增加[2]。

二是通過限制機(jī)組負(fù)荷降低NOx 原始排放后手動(dòng)減噴槍流量、提高出口溫度、加大風(fēng)量，彎管處結(jié)晶物逐漸溶解后差壓逐漸恢復(fù)，如此過程反復(fù)出現(xiàn)。

三是化驗(yàn)室進(jìn)行結(jié)晶物加熱試驗(yàn)，300℃軟化，400℃沸騰，說明尿素?zé)峤獬练e物具有良好的可溶性和熱分解性，提高熱解爐出口溫度至410℃，可以溶解部分結(jié)晶物。

圖1 熱解爐內(nèi)結(jié)晶情況圖片

2.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中存在的問題分析

一是鍋爐爐膛出口NOx 高出設(shè)計(jì)值較多，在燃用設(shè)計(jì)煤種及校核煤種的情況下，爐膛出口NOx 設(shè)計(jì)值約為200mg/Nm3，然而實(shí)際運(yùn)行中（下層磨運(yùn)行）爐膛出口NOx 排放值約為270mg/Nm3左右，若當(dāng)下層磨組檢修上兩臺(tái)磨組同時(shí)運(yùn)行時(shí)鍋爐出口NOx 約為310mg/Nm3左右。

脫硝熱解爐設(shè)計(jì)裕度較小。在鍋爐出口排放高于設(shè)計(jì)值的情況下，只有增大尿素流量方能控制鍋爐凈煙氣NOx 排放值達(dá)到超低排放水平，如按照設(shè)計(jì)值運(yùn)行（運(yùn)行熱解爐設(shè)計(jì)入口風(fēng)量為4600Nm3/hr），遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法保障高負(fù)荷情況下每桿噴槍流量約為120L/h 時(shí)熱解爐內(nèi)的。

二是尿素溶液完全熱解，導(dǎo)致爐內(nèi)溫度降低且流場(chǎng)分布不均，極易引起熱解爐內(nèi)尿素結(jié)晶。

三是噴槍霧化能力不足，在滿負(fù)荷階段，四桿噴槍平均流量約為120L/h 左右，如遇異常工況需調(diào)節(jié)流量達(dá)到130L/h 左右時(shí)，則會(huì)發(fā)出噴槍霧化壓縮空氣壓力低報(bào)警，此時(shí)必須降低流量，保障尿素溶液霧化效果。

3 熱解爐局部結(jié)晶后的處置方法研究

一是提高一次風(fēng)壓9～10kPa，增加一次熱風(fēng)量，提高一次風(fēng)溫，提高熱解爐出口溫度390～405℃。

二是優(yōu)化燃燒調(diào)整，最大限度降低原煙氣NOx含量，可適當(dāng)提高凈煙氣NOx 控制值40～45mg/Nm3，最大限度減小噴槍流量且保持各噴槍流量穩(wěn)定、一致，如NOx 不易控制有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)及時(shí)申請(qǐng)降低機(jī)組負(fù)荷。

三是降低尿素母管壓力600～700kPa，減小調(diào)門調(diào)整時(shí)流量波動(dòng)；適當(dāng)降低尿素濃度至50%。

四是因熱解爐內(nèi)流場(chǎng)不均，可能導(dǎo)致局部溫度無法滿足熱解爐熱解條件，導(dǎo)致尿素溶液積存結(jié)晶，將噴槍逐個(gè)退出維持運(yùn)行60min 以上，提高熱解爐內(nèi)局部溫度及溫度場(chǎng)均勻性，可明顯發(fā)現(xiàn)熱解爐出口壓力上升，風(fēng)量上升，差壓逐漸恢復(fù)至正常，說明局部結(jié)晶物軟化脫落進(jìn)而熔化。退槍期間對(duì)噴槍進(jìn)行檢查沖洗及霧化試驗(yàn)，確保噴槍運(yùn)行良好。

五是尿素溶液結(jié)晶的產(chǎn)生和發(fā)展是一個(gè)愈演愈烈的遞增過程，一旦存在尿素結(jié)晶因素并持續(xù)運(yùn)行時(shí)，由于結(jié)晶的積累，會(huì)導(dǎo)致流場(chǎng)熱流分配的破壞，結(jié)晶物會(huì)在某一個(gè)時(shí)間驟然猛增，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)堵塞整個(gè)熱解爐尾管。因此，在發(fā)現(xiàn)熱解爐差壓升高時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取上述措施，盡快遏制熱解爐內(nèi)運(yùn)行劣化過程[3]。

4 后期運(yùn)行防范措施研究

運(yùn)行控制防范措施方面：一是對(duì)鍋爐氧量進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)，使其能夠準(zhǔn)確表征鍋爐燃燒實(shí)際氧量，合理控制氧量，切實(shí)降低脫硝反應(yīng)器入口NOx 含量。二是將原煙氣NOx 濃度、尿素用量納入指標(biāo)考核，完善運(yùn)行調(diào)整措施，提高運(yùn)行燃燒調(diào)整水平，控制NOx 原生濃度進(jìn)而控制噴槍流量。三是優(yōu)化尿素溶液調(diào)門自動(dòng)調(diào)整邏輯，在尿素溶液自動(dòng)控制邏輯中，考慮加入負(fù)荷、爐膛出口NOx 變化趨勢(shì)為前饋信號(hào)，減小調(diào)門大幅度流量調(diào)整，防止熱解爐內(nèi)部由于流量突變而發(fā)生的內(nèi)部溫度場(chǎng)大幅變化，優(yōu)化自動(dòng)調(diào)節(jié)PID 參數(shù)。四是根據(jù)運(yùn)行實(shí)際情況適當(dāng)降低尿素母管壓力至600～700kPa，使自動(dòng)跟蹤調(diào)整及時(shí)、平穩(wěn)。

尿素噴槍霧化效果不良主要考慮從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：一是全面控制各尿素噴槍流量，嚴(yán)格執(zhí)行噴槍流量≯120L/h；二是霧化壓縮空氣品質(zhì)全面監(jiān)督，霧化壓縮空氣增加過濾器，監(jiān)視其水分、油分及雜質(zhì)含量；（霧化空氣品質(zhì)要求：含油：＜1ppm；雜質(zhì)粒徑：＜0.4mm（40目濾網(wǎng)）；壓力露點(diǎn)：＜-40℃；壓力0.6～0.8MPa）；三是嚴(yán)格把控除鹽水水質(zhì)達(dá)標(biāo)；四是加強(qiáng)尿素品質(zhì)管理，對(duì)每批次尿素進(jìn)行抽檢化驗(yàn)，尿素濃度維持50%～52%，避免因其品質(zhì)不合格造成尿素噴槍堵塞。噴槍后增加尿素溶液壓力測(cè)點(diǎn)，能夠及時(shí)判斷噴槍運(yùn)行情況。

梳理定期工作執(zhí)行制度和標(biāo)準(zhǔn)，制定尿素噴槍霧化定期檢查制度，嚴(yán)格執(zhí)行噴槍20天一次定期清理；定期清理尿素溶液輸送泵及循環(huán)泵入口濾網(wǎng)，加強(qiáng)驗(yàn)收和監(jiān)督，確保檢修質(zhì)量和工藝。每年進(jìn)行一次噴氨優(yōu)化試驗(yàn)，對(duì)尿素?zé)峤庀到y(tǒng)及SCR 系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。

5 設(shè)備系統(tǒng)改造方案研究

由于在#3爐脫硝系統(tǒng)在機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行期間，熱解爐制氨能力不足，無法保證機(jī)組的超低排放；同時(shí)，在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，脫硝系統(tǒng)入口煙溫過低，無法滿足脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)組排放超標(biāo)，須對(duì)#3爐脫進(jìn)行增容改造，即在原熱解爐的基礎(chǔ)上增加一臺(tái)熱解爐（相當(dāng)于原熱解爐的旁路），提高熱解爐的制氨能力，同時(shí)為了滿足煙氣量降低的同時(shí)保證煙溫，在熱解風(fēng)氣氣換熱器出口母管上增加電加熱器，電加熱器前后分別加裝電動(dòng)插板門，以保證煙溫過低時(shí)熱解風(fēng)風(fēng)溫能夠滿足脫硝能力的需求。

圖2 系統(tǒng)變更前

由于脫硝系統(tǒng)增容改造后，增加了一臺(tái)熱解爐，在機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行期間，脫硝熱解風(fēng)量不足，無法保證機(jī)組的超低排放；同時(shí)，在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，脫硝系統(tǒng)入口煙溫過低，無法滿足脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)組排放超標(biāo)，需增壓風(fēng)機(jī)補(bǔ)充大量熱一次風(fēng)來保證熱解爐出口溫度；對(duì)脫硝增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行增容改造，即將原型號(hào)GW9-19-1風(fēng)量為11733m3/h 額定功率為37kW 的順旋風(fēng)機(jī)，更換為轉(zhuǎn)速2998r/min，工作溫度為330 ℃，功率為90kW 的順旋風(fēng)機(jī)，增加了風(fēng)量，提高熱解爐的制氨能力，同時(shí)滿足煙氣量降低的同時(shí)保證熱解爐出口煙溫，以保證煙溫過低時(shí)熱解風(fēng)風(fēng)溫能夠滿足脫硝能力的需求。

圖3 系統(tǒng)變更后

6 結(jié)論

通過研究熱解爐結(jié)晶堵塞機(jī)理，找到了熱解爐結(jié)晶的原因，通過一系列的控制措施和系統(tǒng)改造，徹底解決了熱解爐結(jié)晶堵塞對(duì)機(jī)組安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所帶來的威脅，該項(xiàng)目在某電廠內(nèi)實(shí)施效果顯著，能夠?qū)痣姀SSCR 脫硝系統(tǒng)處置熱解爐結(jié)晶堵塞的異常提供技術(shù)支持和依據(jù)。