郑兴 王鹏飞 段新潮 王瑾
京能十堰热电有限公司 湖北 十堰 442000
摘要：因尿素热解法脱硝相对安全，近年来火力发电厂应用液氨法脱硝改尿素热解法脱硝案例层出，但是尿素热解法脱硝又存在频繁结晶堵塞的风险，不仅影响脱硝的制氨量而且可能使尿素热解炉流场紊乱从而堵塞热解炉造成机组停运。根据火力发电厂尿素喷枪频繁结晶的现象，为了解决因环保数据超标而降负荷甚至停机事故。现以京能十堰热电有限公司2X350MW尿素热解喷氨法脱硝为例，浅析尿素喷枪频繁结晶的位置、原因及综合治理方法。
关键词：尿素喷枪，结晶，热解炉
1、设备介绍
京能十堰热电有限公司（以下简称十堰热电）脱硝系统采用尿素热解制备氨气直接通过喷氨格栅喷入烟道中的与催化剂发生选择性催化还原（SCR）反应来达到脱硝目的[1]。而尿素热解给反应提供所有的氨气是这套系统的关键，尿素热解主要反应的场所是热解炉，热一次风通过电加热后从热解炉顶部通入，尿素溶液通过布置在热解炉四周的尿素喷枪内套管与通过外套管的仪用压缩空气共同经过雾化片后均匀的喷入热解炉从而与顶部通入的热一次风热解反应产生氨气[2]，主要的反应方程式如下：
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尿素的分子式为CO(NH2)2,分子量为60.06，是无色或白色针状或棒状结晶体，工业或农业品为无臭无味、白色略带微红色的固体颗粒。尿素含量约为46.67%，是固体氮肥中含氮量最高的。密度1.335g/cm3，熔点132.7℃，溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿，呈弱碱性[4]。
控制尿素溶液量的是计量分配模块，主要是根据脱硝入口出口NOx的含量来决定喷入的尿素溶液量[3]。
2、改进前存在的问题及分析
十堰热电两台机组自2019年投运以来，先后出现了尿素喷枪入口弯头结晶，尿素喷枪雾化片结晶，尿素喷枪堵塞，尿素喷枪快装接头损坏导致尿素软管结晶，尿素溶液储存罐液位计结晶等缺陷，尤其在冬季环境温度低时，结晶问题频发，不仅影响制氨量，而且单支或多支尿素喷枪退出运行，会导致尿素热解炉内部流场紊乱，严重的会造成尿素热热解炉出口管道堵塞从而影响机组运行。
通过现场缺陷的收集整理以及缺陷分析，将缺陷分成了如下图的4大类：
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3、改进方案
3.1、在问题研究的初期，已经提出了一些有效的解决方案。
因尿素喷枪弯头未设计保温的已根据实际情况，重新设计保温并安装。
因尿素喷枪弯头伴热带缠绕方式不对的，现场根据弯头的方向将伴热带均匀牢固的缠绕在弯头外侧。
在上边两条方案执行时，现场另发现，结晶频率高的几只喷枪布置的位置均处在锅炉外侧且是迎风面，受天气影响较大随又决定在迎风的两支喷枪上增设保温厚度，已减少散热损失。
以上几个方案实施后喷枪结晶的频率有所下降，但是结晶还是频繁发生，并出现了快装接头损坏的新缺陷，通过分析快装接头损坏是因为快装接头的弹簧固定座材质使用错误，被尿素溶液腐蚀严重，更换了快装接头材质。
在现场的冥思苦想加上查阅资料，将问题的源头转移到了尿素溶液本身上，尿素溶液温度及尿素溶液的浓度都会影响尿素的结晶，目前尿素溶液的温度控制的比较好，而尿素溶液的浓度可做适当的调整。
3.2、方案
首先对尿素溶液浓度及结晶点温度进行实验分析，制备不同浓度的尿素溶液通过改变溶液温度来观察尿素溶
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通过实验数据可以看出，尿素溶液浓度在30%左右时达到最低点，超过30%以后随着浓度的升高结晶点温度迅速上升。因此为了避免尿素系统管道设备结晶可以适当降低尿素溶液浓度，要保证制备氨气浓度不变的情况下，降低尿素溶液浓度势必会导致喷枪的流量增大，调阀开度增加。因此问题的关键就转化成找到适当的调阀开度，从而尽可能的降低尿素溶液浓度就可最大程度的缓解尿素溶液的结晶情况。尿素溶液的调阀开度收一下几个因素影响：1、脱硝的烟气量以及脱硝入口烟气中的NOX含量。（燃烧工况以及负荷工况）2、燃烧的煤种中N元素的含量。3、尿素溶液的浓度。4、设计余量。通过反复试验在保证机组最大出力的情况下，NOX含量不超标，尽可能的开大尿素溶液调阀开度以降低尿素溶液的浓度，最终确定了冬季时期尿素溶液配制35%浓度的即可，夏季可适当提高浓度至40%以节省尿素输送系统的单耗。
4、经济性分析
环保电价补贴每度0.027元，超低排放补贴每度0.005元，目前单台机组运行一天大约发电6000000度电，脱硝系统结晶处理时间大约在2-6小时，因此处理一次尿素喷枪超标事件大约损失1.6W-4.8W人民币，这仅仅是统计环保补贴，因此脱硝喷枪频繁结晶的综合治理对机组的经济性安全性均有较好的保障。
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5、结束语
通过不同方案的叠加实施，尿素喷枪结晶的问题得到了综合治理，从改造效果来看，尿素喷枪再未发生过结晶现象，提高了尿素制氨的效率，保证了大负荷下机组所需的氨气量。
目前锅炉火电厂烟气脱硝大多采用尿素热解的方法为机组输送氨气，因尿素喷枪结晶而造成环保超标的时间屡见不鲜，此次分析及综合治理，缓解或彻底解决尿素喷枪结晶有极大的借鉴作用。
参考文献：
1、姜海峰.电厂SCR热解炉尿素结晶的分析与对策[J].城市建设理论研究（电子版）.2013-12-25；
2、王朝军.火力发电厂SCR脱硝尿素热解系统结晶综合治理研究[J].华电技术.2018（12）:40.12
3、魏晓新.尿素热解法在SCR脱硝中的应用[J].全国电力技术市场协会.2014.474-476
4、裴庆春.SCR尿素热解系统尿素结晶的预防与对策[J].交流平台.2012.49-50