燃機電廠脫硝系統尿素熱解結晶堵塞管路原因分析及改造案例分析摘要：為有效防治燃機電廠脫硝系統尿素熱解結晶堵塞管路問題，針對某燃機電廠實際運行中尿素熱解裝置出現結晶而引起噴氨管路堵塞問題的原因分析及處理辦法總結。分析主要原因為管路布置不合理，高溫煙氣在不同噴氨支管分配不均，致分配較少的支管由于尿素熱解溫度不夠，分解產生固體副產物，堵塞管道。該廠提出了以使噴氨支管近、遠端煙氣分布均勻的“雙分配集箱”布置方式，同時增加噴氨支管溫度、壓力監控測點，確保所有噴氨支管溫度均在結晶溫度以上，杜絕脫硝系統尿素熱解結晶的解決方案。為同類機組的類似問題的解決提供了借鑒。

關鍵詞：尿素，熱解，副產物，結晶，堵塞，雙分配集管，監控測點。

0引言

根據《火電廠大氣污染物排放標準》【1】，針對燃機電廠氮氧化合物的排放量做了嚴格要求，要求自2015年1月1日起，天然氣燃氣輪機電廠排放煙氣中氮氧化合物（以NO2?計）小于50mg/m3。針對這一要求，各大電廠都采用了相應的脫硝減排方案，而以尿素熱解工藝為基礎的SCR脫硝方案，因其系統簡單、安全可靠等優勢逐漸被較為廣泛的使用。但在實際運行過程中，尿素熱解系統的結晶問題卻幾乎成了每一套熱解裝置都會遇到的問題。本文依據某燃機電廠的故障案例,進行原因分析及故障處理闡述。

1兩江燃機電廠脫硝系統設計概況及異常情況描述

某燃機電廠采用SCR脫硝法，其脫硝系統設計由尿素溶液制備系統和尿素熱解法制氨噴氨系統組成。尿素熱解噴氨系統流程：稀釋風機從余熱鍋爐中吸取煙氣（煙氣溫度約600℃），送入熱解爐中對尿素溶液進行熱解后，經出口母管送至0米脫硝噴氨分配聯箱，再由脫硝噴氨分配聯箱分出36根噴氨管，從下至上分9層，每層4根，再次送入余熱鍋爐SCR反應模塊進行脫硝反應。

2016年6月7日，接運行人員反饋，脫硝系統氨注射格柵入口母管壓力報警，且自6月6日開始#1機組稀釋風機風量開始出現明顯的下降趨勢，脫硝效果也明顯下降。6月7日晚停機后，通過對脫硝噴氨分配聯箱處閥門解體檢查，發現脫硝噴氨支管內均有大量白色膏狀結晶，其中第6、7、9、16、17、20閥門堵塞較為嚴重，管道基本全部堵塞。部分堵塞噴氨支管閥門處解體檢查情況

2結合現場情況問題分析

對堵塞的白色膏狀結晶體取樣做溶解試驗，分別用冷、熱水、鹽酸、硫酸浸泡溶解，均未見明顯溶解；嘗試用乙炔焊槍火烤，未見明顯熔化。查閱相關資料，發現其與上海某電廠【2】尿素熱解爐結垢產物相仿，結合其產生工況，初步判定其與文獻中提到的結垢物質基本相同:懷疑該膏狀結晶物主要成分為三聚氰酸和三聚氰胺等，可能還含有縮二脲。三聚氰酸加熱時不熔化，約在330~360℃以上才分解為氰酸（CHNO），氰酸水解生成氨和二氧化碳。

結合尿素熱解副產物產生工況和現場具體情況，分析推測兩江燃機尿素熱解系統結晶堵塞原因為：

1）噴氨支管較多，各支管的長度差別較大，而支管流量分配法調節不明顯，導致各支管流量分配不均，較長支管的流量偏小，再加上噴氨管道和分配閥局部保溫不佳，在熱損失較大情況下，導致支管遠端的溫度較低，發生管內結晶，堵塞管道；

2）前期脫硝稀釋風機有缺陷，風機在低頻下運行，風量較低，而帶來的熱風量不足，熱量不能滿足尿素充分熱解需求，導致尿素熱解不完全，管道內發生結晶；

3）在管道內發生結晶情況下，結晶管道流通面積更小，流通阻力更大，流經熱風量相應更少，工況更加惡化，加劇結晶堵塞速度。

3針對堵塞情況解決方案實踐情況

3.1針對發現的噴氨管道堵塞情況和機組連續朝起晚停深度調峰的運行形勢，制定臨時方案措施：

3.1.1運行方面加強對熱解出口風溫和尿素溶液供應量的控制：

1)煙囪出口氮氧化物控制原則：尿素溶液（噴氨濃度）不過量（理論尿素用量‘流量計顯示’：0.082m3/h），控制氮氧化物濃度排放不超排（＜50mg/m3），在保證熱解爐出口溫度＞340℃的前提下控制折算后氮氧化物濃度盡量低。

2)機組啟動過程中，當燃機點火正常后啟動一臺稀釋風機進行脫硝系統暖管；當熱解爐出口溫度＞340℃時，投入尿素溶液，控制熱解爐出口溫＞330℃。

3)機組啟動完成正常運行期間控制熱解爐出口溫度＞340℃。

4)脫硝系統投運期間，檢查尿素霧化空氣投入正常。

5)機組停運過程中，及時調整尿素溶液量，控制熱解爐出口溫＞330℃。

6)尿素溶液噴槍電動門關閉后，檢查尿素溶液噴槍沖洗電動門自動開啟，關閉尿素霧化空氣電動門，打開尿素溶液噴槍調門，進行尿素溶液噴槍沖洗；沖洗300S后，檢查尿素溶液噴槍沖洗電動門自動關閉，關閉尿素溶液噴槍調門，打開尿素霧化空氣電動門吹掃300S后關閉。

3.1.2機務專業加強對噴氨支管的測溫對比，做好數據記錄分析；同時，利用機組停運時間，安排人員加班，測溫較低的堵塞管道進行割管后檢查和敲擊振動疏通。

3.2管路優化改造方案及效果

管路部分堵塞后，僅通過割管疏通，治標不治本，為根除尿素熱解噴氨系統結晶堵管問題，兩江燃機電廠協同東方鍋爐制定了相應的管路優化改造方案。

3.2.1管路優化改造方案：

1）將噴氨分配集箱由原來的1個（布置在0米）改為2個，一根布置在原來位置，一根布置在爐東側13米平臺附近（余熱鍋爐中部），分別供應下部和上部區域的噴氨格柵，以保證上下部入噴氨格柵前的管道行程基本一致；

2）噴氨支管由36根改為9根，每根支管上配流量分配閥和就地流量計，每根噴氨支管進入爐膛前再設置小分配集箱，然后在分為4根進入爐內，在每個分配集箱，以減少各分配支管流阻差異，使各支管流場、溫度分布均勻；

3）增加管道和閥門的保溫厚度，避免因保溫不良，而導致溫度過低產生副產物；

4）在兩個母分配集箱上加裝壓力表，在每根支管進入爐膛前的小分配集箱上增加遠傳溫度計，送入DCS，通過對各分配集箱壓力和溫度的監視，保證系統流場、溫度場分布均勻。

5）加強對稀釋風機運行狀況的監視，保證稀釋風機供應風壓、風量充足。

3.2.2改造效果

自2017年3月，兩江燃機#1機脫硝尿素熱解系統管路優化改造以來，脫硝效果較之前明顯提高，相同工況下，脫硝裝置出口NOX排放濃度下降3-8mg/Nm3。同時，截至今日，從各支管溫度測點反饋情況，暫未再發現管道堵塞情況。

4結語

由于尿素在熱解制氨的工程中，反應溫度如未控制好，極易產生副產物導致結晶堵塞管路，而不能保證SCR催化反應氨的供應，將可能引起污染物超標排放的嚴重后果。結合兩江燃機尿素熱解系統改造的具體案例分析，我們要充分設計好尿素熱解系統的管路系統布置，控制好工質流場、溫度場的分布，做好設備的選型等多方面工作，就可以有效防止尿素熱解結晶