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【摘要】根据锅炉烟气脱硝系统投用过程中遇到的实际问题，通过查询相关运行参数、历史数据，将其与运行规程及相关文献资料比对，同时以同类型火电机组发生的类似问题所做出的理论研究及科学分析结论为依托，对本厂锅炉烟气脱硝系统发生的异常情况定性分析，保证烟气脱硝系统的安全稳定运行。
【关键词】脱硝；尿素；沉积物；措施
1、概述
华能陕西秦岭发电有限公司#7、#8锅炉燃烧器采用东方锅炉厂低NOX燃烧器、省煤器出口烟道布置SCR烟气脱硝系统两者相结合的脱硝技术。脱硝装置布置在省煤器和空气预热器之间，脱硝烟气从省煤器至空气预热器之间的烟道接入，两侧烟道内各布置一套SCR反应器，该反应器由烟道内的喷氨格栅、导流板、催化剂模块及蒸汽吹灰装置组成。
在锅炉烟气脱硝系统投运初期，#7锅炉尿素热解炉内部及热解炉出口水平管段内产生大量沉积物，沉积物的产生和积累最终导致该锅炉尿素脱硝系统停运。此后在2014年7月7日至8日两天时间内，#8、#7锅炉尿素热解系统先后因热解炉出口管路出现沉积物而被迫停运，因此需对上述问题进行分析，准确地找到其诱因，以保证脱硝系统的安全稳定运行。
2、脱硝热解系统异常现象描述
根据运行日志记录，2014年7月8日2：00 #7炉尿素热解炉压力5.5kPa，六只喷枪运行，烟囱入口烟道实际NOX偏高，经多次调整无效。06：30 A、B侧氨气压力逐步下降至最低0.4/0.2KPa，烟囱入口烟道实际NOX超标，随后#7炉脱硝系统停运。
3、现场检查情况
7月8日上午打开热解炉尾部水平管段人孔门检查，发现水平管段通流截面约1/3已被淡黄色固体布满，水平管其余部分管壁光滑无异物。检查管内固体物质发现：表层硬度较低、表面光滑、含水量较大；中层脆硬、表面布满小孔、含水量较小；随深度增加，该固体硬度愈高、孔洞结构愈明显、含水量愈小，由此判断该沉积物为长期多次累积形成。
通过对沉积物取样试验后发现，该样品的水溶性极差，几乎不溶于水，仅微溶于热碱溶液，其特性与2012年4月12日#7热解炉尾部及水平管段沉积物所取样品性状基本一致。但以我厂化学试验室现有的分析手段与检测仪器，并不具备对此类样品进行化学组分分析的能力，因此必须求助于具备相应资质的检验单位。
4、原因分析及问题排查
通过查阅相关网络文献资料后发现，北京京能热电股份有限公司（下称京能热电）锅炉SCR脱硝系统也曾发生过类似问题，该公司利用红外光谱、质谱及热重分析等手段对沉积物进行了定性分析，并通过各种化学实验方法对沉积物中各种物质的相对含量做出了定量分析，最终确定沉积物的主要成分为三聚氰酸。对比沉积物的生成部位及理化特性，可初步判定我公司#7热解炉出口水平段沉积物与京能热电SCR热解炉内沉积物样品成分一致。
文献资料及实验分析结果表明，热解炉尾部温度偏低时，尿素热解反应不完全，反应体系中生成大量的异氰酸，异氰酸在合适的条件下反应生成缩二脲、三聚氰酸及其聚合物，低温下大量三聚氰酸无法在热解炉中分解，沉积于热解炉及其出口管道的金属壁面上，因此建议尿素喷嘴以下部分的温度应保证在350℃以上。然而关于热解温度的要求，我公司《660MW机组集控运行规程》脱硝系统章节，25.5.5尿素热解装置的启动部分内容也明确指出热解炉出口温度达342℃且AIG入口氨气温度>300℃后方可投入尿素喷枪运行，但调阅#7炉脱硝系统历史运行曲线发现，热解炉尾部温度波动频繁，且经常会有未能满足上述条件的情况出现，导致尿素溶液热解反应未完全进行，热解过程中生成的低温反应产物便沉积于热解炉出口管道中。
后经对脱硝热解炉内壁结晶情况及其出口温度测点安装位置进行检查，并通过相关人员对脱硝热解炉的运行情况进行了解后发现，热解炉出口温度异常并低于AIG支管氨气温度，结合热解炉出口温度测点的安装位置分析判断，雾化后的尿素溶液被热风携带由喷嘴到达热解炉出口时，存在雾化溶液团局部热解程度较差，未完全被热解的低温尿素溶液喷射于热解炉出口测温元件表面导致热解炉出口测量温度低于AIG支管氨气温度，因此判断热解炉内存在局部低温区域；同时还发现在机组负荷升至某一区段后，热解炉出口温度出现明显的下降趋势，若机组负荷继续上升，AIG支管氨气温度也将低至安全运行的下限温度，分析其原因为机组负荷升高时热解炉电加热器入口一次风流量随之增大，但电加热器的输出功率偏低，无法将热解炉入口热风加热至额定温度以上，从而导致机组高负荷时热解炉内反应环境温度偏低。基于以上两种现象分析判断，脱硝热解炉入口电加热器设计功率偏低，无法满足机组高负荷时尿素热解系统的热量需求。
另外，在对尿素溶液喷枪的检查过程中发现，#7热解炉配备的6支喷枪中，1支喷枪雾化喷嘴运行期间脱落，1支喷枪喷嘴存在堵塞现象，流量偏小雾化效果较差，其余4支喷枪工作正常；#8热解炉配备的6支喷枪中，1支喷枪雾化喷嘴脱落，其余5支喷枪工作正常。因此，尿素溶液喷枪雾化效果较差的问题也是导致热解炉尾部沉积物产生的因素之一。
5、防范措施及建议
5.1尿素热解的温度对产物的影响较大，因此应保证并维持热解炉尾部温度达到且略高于规程中所要求温度值，使尿素热解反应正常进行，尽可能避免副产物的生成。
5.2加强尿素溶液计量分配装置的水冲洗工作，避免尿素管路发生结晶或脏污堵塞尿素喷枪，影响雾化效果。
5.3定期检查清理尿素喷枪喷口部位，确保雾化正常、效果良好。
5.4加强对尿素溶液雾化压缩空气流量的监控，避免因雾化空气流量过低雾化不良导致热解炉内壁结晶。
6、结论
6.1通过对尿素热解过程中相关运行参数的查询比对，同时通过借鉴相关文献资料中关于烟气脱硝反应过程及反应机理的分析，基本确定了我厂尿素热解系统中沉积物的形成原因。
6.2尿素热解炉内的反应温度直接影响着热解产物的生成，作为沉积物生成的主要因素，我们需从管理层面进行严格要求，确保热解炉的工作温度。同时，通过对尿素溶液、雾化空气流量、尿素喷枪的定期检查和缺陷的及时处理等手段来保证脱硝热解炉的安全稳定運行。
参考文献
[1]秦岭发电有限公司2×660MW锅炉运行规程
[2]北京福泰克科技环保有限公司 烟气脱硝系统设备说明书
[3]刘成武.锅炉烟气脱硝尿素热解系统沉积物解剖分析及治理.全国火电300MW级机组能效对标及竞赛第四十一届年会论文集
[4]周烨.SCR脱硝系统中尿素热解装置防结晶对策探讨.电力科技与环保
【关键词】脱硝；尿素；沉积物；措施
1、概述
华能陕西秦岭发电有限公司#7、#8锅炉燃烧器采用东方锅炉厂低NOX燃烧器、省煤器出口烟道布置SCR烟气脱硝系统两者相结合的脱硝技术。脱硝装置布置在省煤器和空气预热器之间，脱硝烟气从省煤器至空气预热器之间的烟道接入，两侧烟道内各布置一套SCR反应器，该反应器由烟道内的喷氨格栅、导流板、催化剂模块及蒸汽吹灰装置组成。
在锅炉烟气脱硝系统投运初期，#7锅炉尿素热解炉内部及热解炉出口水平管段内产生大量沉积物，沉积物的产生和积累最终导致该锅炉尿素脱硝系统停运。此后在2014年7月7日至8日两天时间内，#8、#7锅炉尿素热解系统先后因热解炉出口管路出现沉积物而被迫停运，因此需对上述问题进行分析，准确地找到其诱因，以保证脱硝系统的安全稳定运行。
2、脱硝热解系统异常现象描述
根据运行日志记录，2014年7月8日2：00 #7炉尿素热解炉压力5.5kPa，六只喷枪运行，烟囱入口烟道实际NOX偏高，经多次调整无效。06：30 A、B侧氨气压力逐步下降至最低0.4/0.2KPa，烟囱入口烟道实际NOX超标，随后#7炉脱硝系统停运。
3、现场检查情况
7月8日上午打开热解炉尾部水平管段人孔门检查，发现水平管段通流截面约1/3已被淡黄色固体布满，水平管其余部分管壁光滑无异物。检查管内固体物质发现：表层硬度较低、表面光滑、含水量较大；中层脆硬、表面布满小孔、含水量较小；随深度增加，该固体硬度愈高、孔洞结构愈明显、含水量愈小，由此判断该沉积物为长期多次累积形成。
通过对沉积物取样试验后发现，该样品的水溶性极差，几乎不溶于水，仅微溶于热碱溶液，其特性与2012年4月12日#7热解炉尾部及水平管段沉积物所取样品性状基本一致。但以我厂化学试验室现有的分析手段与检测仪器，并不具备对此类样品进行化学组分分析的能力，因此必须求助于具备相应资质的检验单位。
4、原因分析及问题排查
通过查阅相关网络文献资料后发现，北京京能热电股份有限公司（下称京能热电）锅炉SCR脱硝系统也曾发生过类似问题，该公司利用红外光谱、质谱及热重分析等手段对沉积物进行了定性分析，并通过各种化学实验方法对沉积物中各种物质的相对含量做出了定量分析，最终确定沉积物的主要成分为三聚氰酸。对比沉积物的生成部位及理化特性，可初步判定我公司#7热解炉出口水平段沉积物与京能热电SCR热解炉内沉积物样品成分一致。
文献资料及实验分析结果表明，热解炉尾部温度偏低时，尿素热解反应不完全，反应体系中生成大量的异氰酸，异氰酸在合适的条件下反应生成缩二脲、三聚氰酸及其聚合物，低温下大量三聚氰酸无法在热解炉中分解，沉积于热解炉及其出口管道的金属壁面上，因此建议尿素喷嘴以下部分的温度应保证在350℃以上。然而关于热解温度的要求，我公司《660MW机组集控运行规程》脱硝系统章节，25.5.5尿素热解装置的启动部分内容也明确指出热解炉出口温度达342℃且AIG入口氨气温度>300℃后方可投入尿素喷枪运行，但调阅#7炉脱硝系统历史运行曲线发现，热解炉尾部温度波动频繁，且经常会有未能满足上述条件的情况出现，导致尿素溶液热解反应未完全进行，热解过程中生成的低温反应产物便沉积于热解炉出口管道中。
后经对脱硝热解炉内壁结晶情况及其出口温度测点安装位置进行检查，并通过相关人员对脱硝热解炉的运行情况进行了解后发现，热解炉出口温度异常并低于AIG支管氨气温度，结合热解炉出口温度测点的安装位置分析判断，雾化后的尿素溶液被热风携带由喷嘴到达热解炉出口时，存在雾化溶液团局部热解程度较差，未完全被热解的低温尿素溶液喷射于热解炉出口测温元件表面导致热解炉出口测量温度低于AIG支管氨气温度，因此判断热解炉内存在局部低温区域；同时还发现在机组负荷升至某一区段后，热解炉出口温度出现明显的下降趋势，若机组负荷继续上升，AIG支管氨气温度也将低至安全运行的下限温度，分析其原因为机组负荷升高时热解炉电加热器入口一次风流量随之增大，但电加热器的输出功率偏低，无法将热解炉入口热风加热至额定温度以上，从而导致机组高负荷时热解炉内反应环境温度偏低。基于以上两种现象分析判断，脱硝热解炉入口电加热器设计功率偏低，无法满足机组高负荷时尿素热解系统的热量需求。
另外，在对尿素溶液喷枪的检查过程中发现，#7热解炉配备的6支喷枪中，1支喷枪雾化喷嘴运行期间脱落，1支喷枪喷嘴存在堵塞现象，流量偏小雾化效果较差，其余4支喷枪工作正常；#8热解炉配备的6支喷枪中，1支喷枪雾化喷嘴脱落，其余5支喷枪工作正常。因此，尿素溶液喷枪雾化效果较差的问题也是导致热解炉尾部沉积物产生的因素之一。
5、防范措施及建议
5.1尿素热解的温度对产物的影响较大，因此应保证并维持热解炉尾部温度达到且略高于规程中所要求温度值，使尿素热解反应正常进行，尽可能避免副产物的生成。
5.2加强尿素溶液计量分配装置的水冲洗工作，避免尿素管路发生结晶或脏污堵塞尿素喷枪，影响雾化效果。
5.3定期检查清理尿素喷枪喷口部位，确保雾化正常、效果良好。
5.4加强对尿素溶液雾化压缩空气流量的监控，避免因雾化空气流量过低雾化不良导致热解炉内壁结晶。
6、结论
6.1通过对尿素热解过程中相关运行参数的查询比对，同时通过借鉴相关文献资料中关于烟气脱硝反应过程及反应机理的分析，基本确定了我厂尿素热解系统中沉积物的形成原因。
6.2尿素热解炉内的反应温度直接影响着热解产物的生成，作为沉积物生成的主要因素，我们需从管理层面进行严格要求，确保热解炉的工作温度。同时，通过对尿素溶液、雾化空气流量、尿素喷枪的定期检查和缺陷的及时处理等手段来保证脱硝热解炉的安全稳定運行。
参考文献
[1]秦岭发电有限公司2×660MW锅炉运行规程
[2]北京福泰克科技环保有限公司 烟气脱硝系统设备说明书
[3]刘成武.锅炉烟气脱硝尿素热解系统沉积物解剖分析及治理.全国火电300MW级机组能效对标及竞赛第四十一届年会论文集
[4]周烨.SCR脱硝系统中尿素热解装置防结晶对策探讨.电力科技与环保