摘要：目前环保要求日益严峻，在保证安全的前提下，电站锅炉脱硝系统多数采用尿素制氨的方案。本文针对某厂尿素热解系统调试过程中的要点，对试运过程中遇到的问题进行分析，对脱硝系统的投入于退出提供合理化建议，为运行优化提供参考。
关键词：热解炉；调试；环保
Abstract：At present，the environmental protection requirements are increasingly severe.On the premise of ensuring safety，most of the denitration systems of utility boilers adopt the scheme of urea to ammonia.In this paper，according to the key points in the commissioning process of urea pyrolysis system in a plant，the problems encountered in the trial operation are analyzed，and reasonable suggestions are provided for the input and exit of denitration system，so as to provide reference for operation optimization.Key words：pyrolytic furnace；hydrolysis furnace；commissioning.
Key words：pyrolysis furnace；commissioning；environmental protection
1.引言
电站锅炉脱硝系统氨气普遍采用尿素或氨区进行制备。尿素系统相对氨区比较复杂，投资和运行成本高于液氨系统，但是尿素系统安全性非常高。若电厂处于人口密集区，或用地非常紧张难以满足危险品存储的安全距离要求，液氨的采购以及运输路线有很大困难，应考虑采用尿素系统。
尿素是氨的理想来源，是一种稳定、无毒的固体物料，可以被散装运输并长期储存。尿素不需要运输和储存方面的特殊程序，使用时不会对人员和周围环境产生不良影响。尿素制氨工艺的原理是尿素水溶液在一定温度下发生分解，生成气体中包含CO2、水蒸气和氨气。尿素制氨系统有尿素颗粒储存和溶解系统、尿素溶液储存和输送系统及尿素分解系统组成[1]。尿素热解系统具有运行成本低、反应速度快、设备布置方便、设备运行灵活性高[2]等优势。
本文分析某超临界电厂锅炉脱硝尿素热解系统，针对该电厂脱硝热解系统调试重点及调试过程中存在的主要问题及进行分析，分享调试与运行调整工作的经验。
2.概述
某厂2×660MW超临界燃煤机组，脱硝系统采用尿素热解法，通过尿素溶液制备系统制备出合格的尿素溶液后，通入位于炉前的尿素热解炉中，每台炉对应一台计量与分配装置，根据不同负荷需求，自动控制并分配给雾化喷枪，然后喷入热解炉，同时热一次风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需要求的温度。尿素溶液经根据负荷情况然后分配给8支喷枪，经过压缩空气雾化后，进入热解炉内分解，生成NH3、H2O和CO2，分解后的氨由稀释空气稀释到低于5%氨浓度的混合气体后进入脱硝系统。
热解法制氨化学过程为：
CO（NH2）2→NH3+HNCO
HNCO+H2O→2NH3+CO2
热解炉由热空气维持炉内温度461～650℃，计量分配模块（MDM）输送来的尿素溶液雾化后喷入炉内加热分解，产生NH3、H2O和CO2。分解后的氨已被热稀释空气稀释至≤5%vol.安全浓度后，经氨注射栅格进入SCR反应器入口烟道中。每台热解炉出口设有三个温度测点。每台机组设一台热解炉。稀释空气引自机组预热器出口热一次风。热一次风设计压力约15kPa，温度约286℃。热一次风经管道系统进入电加热器加热至650℃后进入热解炉入口。在热一次风接口至电加热器之间的管道上设有稀释空气流量测点，及修正流量用的温度、压力测点。在电加热器至热解炉间设有温度测点，以监测稀释空气温度。每台机组设一台电加热器。
图1 尿素热解系统图
3.脱硝系统调试过程中主要问题
3.1脱硝热解系统投入前喷枪雾化及冲洗试验
脱硝热解炉喷枪的雾化情况直接影响到热解炉的运行状况，雾化喷嘴雾化效果差会造成尿素液滴过大，在设计停留时间内尿素分解不完全，从而生成中间聚合物沉积在热解室内壁并逐步堵塞下部锥管，降低稀释风的通流面积，热解炉内温度降低，热解炉内堵塞情况将近一步恶化。因此在调试初期必须重视热解炉喷枪的雾化情况：
1）在热解炉投运前，尿素系统需进行水循环，检查尿素溶液输送泵运行状况，并且对尿素输送管道进行循环冲洗，不断清洗滤网，清除管道内积存的沙粒、铁锈、焊渣等杂物。水循环干净后用水代替尿素溶液进行喷枪雾化试验，检查喷枪雾化状况；
2）热解炉采用压缩空气雾化的喷枪，需在压缩空气进入喷枪前断开，压缩空气管对大气，将管内杂物吹扫干净后再接入喷枪；
3）将喷枪从热解炉内抽出，通过调节氨溶液流量调节阀以及压缩空气调节阀观察喷枪雾化状况。电厂通过模拟尿素雾化状况过程中，氨流量调节阀在0~30%范围内时流量较小、雾滴大，雾化效果差，这与尿素喷枪调节阀的阀门特性有关。因此在机组运行过程中设置氨溶液流量调阀最小开度40%，即喷枪投入后，流量调节阀直接开至40%，尽量避免在低流量雾化差的区间长期运行；
4）喷枪冲洗水投运试验：电厂喷枪冲洗水水源设计采用化学除盐水，由于除盐水母管压力较低，喷枪冲洗效果较差，将水改自凝泵出口杂项管上。经检验整改后能够满足冲洗要求，喷枪前冲洗压力＞1.0MPa。
图2 喷枪结构图
图3 喷枪雾化试验效果图
3.2防止尿素热解系统管道堵塞注意事项
尿素系统管道结晶主要有两种原因：水挥发结晶和低温结晶[3]，脱硝系统管道一般设计有电伴热或蒸汽伴热，由于电伴热失去或者蒸汽汽源失去时或者脱硝系统跳闸未及时吹扫脱硝产品气管道，管道温度下降或者水恢发脱硝管道极易堵塞。
某电厂热解炉投运喷枪过多，风温下降过快，喷枪跳闸：
电厂首次投入脱硝热解炉系统，由于手动控制8支喷枪调阀，由于调阀开的过快，大量尿素进入热解炉，热解炉内部由于尿素热解吸收大量的热量，热解炉出口温度急剧下降至保护值320℃，造成脱硝系统跳闸。为此电加热投入自动，应控制热解炉出口温度而不是电加热出口温度，这样可以保证热解炉出口温度持续稳定，满足运行要求。
尿素喷枪是整环投入，投入过程中应尽可能的缓慢操作，防止大量尿素进入热解炉促使炉出口温度低于320℃尿素喷枪跳闸。投入时应关注热解炉出口温度，等温度不变或有上升趋势时，继续开大喷枪尿素调阀，直至满足脱硝需求。
3.3脱硝系统对空预器的影响及注意事项
对于热解炉，投入脱硝系统初期，由于手动控制喷氨调阀且脱硝过程惯性较大，极易导致喷氨过量，喷氨调门开的过大会使大量氨气进入SCR反应区，导致SCR反应器出口氨逃逸浓度升高，氨与烟气中的SO3反应可生成硫酸铵盐进入空预器会导致空预器沾污等一系列问题，建议在手动调节的情况下，注意监视烟气流量及SCR入口反应器NOx浓度，尽可能的缓慢操作喷氨调阀，防止氨逃逸的升高。
3.4脱硝系统自动投入及调节
由于脱硝尿素热解系统需要一定的反应才能够制成所需要的氨气，因此相比氨区系统相对滞后一些。脱硝喷氨流量调阀采用串级PID控制，通过喷枪调门控制脱硝出口氮氧化物。
图4 尿素热解系统PID逻辑框图
3.5脱硝系统入口烟温控制
对于目前越来越多电厂参与到电网低负荷调峰运行的需要，为了能保障脱硝系统持续运行，在原有设备基础上，需要摸索新的锅炉燃烧调整方式提高脱硝系统入口烟气温度，保证脱硝的持续运行。
1）对于有过、再热调温挡板的锅炉，由于过热器调温挡板前一般布置有省煤器，再热器调温挡板前一般布置有低温再热器。省煤器入口温度相比再热器入口温度低50~100℃，因此在保证过、再热汽温的情况下，适当多开再热器调温挡板，关小过热器调温挡板可以明显提高排烟温度；
2）适当提高总风量、增加燃尽风风量可以提高排烟温度；
3）在锅炉汽温可控的情况下，增加上层磨煤机的投入，或者抬高燃烧器摆角，提高火焰温度可以明显提高排烟温度；
4）在机组运行保证的情况下，适当减少吹灰频率，同样可以提高排烟温度。
4.总结
综上所述，由于环保要求越来越高，脱硝系统调整过程需要从项目初始即制定详细的调试计划，对于调试过程出现的问题及时发现处理，对于管道堵塞的问题需要重点关注。在基建调试期即将可能存在的隐患及时发掘，为机组顺利投产运行奠定良好的基础。
参考文献：
[1]林伟杰.火电厂SCR烟气脱硝技术.西安热工研究院.中国电力出版社，2013.
[2]孟磊.火电厂烟气SCR脱硝尿素催化水解制氨技术研究[J].中国电力，2016，49（01）：157-160.
[3]周英贵.大型电站锅炉SNCR/SCR脱硝工艺试验研究、数值模拟及工程验证[D].东南大学，2016.
论文作者:张永祥1,李媛园1
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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