脱硝炉内直喷系统喷枪堵塞原因分析及应对措施

脱硝炉内直喷系统喷枪堵塞原因分析及
应对措施
摘要：某电厂完成脱硝炉内直喷系统改造,机组运行一段时间后出现尿素结晶堵塞直喷系统喷枪喷嘴的问题。

针对此问题介绍了尿素结晶生成机理，并分析了喷嘴尿素结晶堵塞的原因。

基于理论分析,结合该电厂的实际情况,提出了增加各喷枪尿素和压缩空气压力、流量远传测点和压缩空气调整门，增加了运行人员对喷枪的雾化效果的可调性。

改造后喷枪的喷嘴堵塞问题得到了有效解决。

关键词：直喷系统；喷枪；尿素结晶；堵塞
1概述
出于对环境问题的考虑,我国越来越多的燃煤电厂进行了脱硝工艺改造。

脱硝改造主要是低氮燃烧改造和选择性催化还原反应器改造,选择性催化还原反应器按照尿素热解的工艺主要分为炉外热解炉和炉内直喷两种工艺。

为了减少尿素热解制氨系统的电耗和锅炉一次热风的消耗，消除尿素分解不完全或低温结晶而导致的热解炉和喷氨格栅结晶堵塞的风险，张家口发电厂1-7号机组新增加了尿素炉内直喷系统，保留原尿素炉外热解系统作为备用，脱硝SCR区系统保持不变。

炉内直喷系统喷枪雾化不良、喷枪堵塞将造成锅炉受热面管道腐蚀，严重时发生锅炉爆管事故，影响了电厂的安全经济运行。

因此研究脱硝炉内直喷系统喷枪堵塞机理及生成原因具有重要的意义。

1.1脱硝炉内直喷系统介绍
某发电厂SCR工艺所用的脱硝还原剂氨的来源采用尿素溶液热解法。

尿素经尿素溶解罐溶解成50％的尿素溶液，尿素溶液由尿素输送与循环泵输送至计量与分配装置，尿素溶液的压力由变频泵以及背压控制阀站调节。

尿素溶液经过计量与分配装置精确计量分配，尿素溶液通过压缩空气经过喷枪（正常情况4只喷枪
投入，2只喷枪备用）喷入炉膛内，尿素溶液在高温下分解为NH
3、H
2
O与CO
2
，与
稀释空气混合成为氨浓度小于5％的氨/空气混合物，供SCR系统使用。

尿素直喷系统包括：尿素溶液计量和分配装置、尿素溶液喷射器、稀释水泵、冲洗水泵、冷却风机等。

1.2炉内直喷系统喷枪堵塞情况
某发电厂7号机组投入脱硝炉内直喷系统后，通过对喷枪的温度监视，发现喷枪温度异常升高，退出运行后进行雾化试验中发现了多只喷枪雾化不良、发生堵塞情况。

（1）由于某一个喷枪喷嘴雾化空气孔堵塞，喷枪喷嘴雾化不良，喷嘴出口呈现液体流状，上层和下层喷枪雾化不良，将造成锅炉顶部包墙管道和低温过热器管道腐蚀。

（2）堵塞后的喷嘴拆除后，喷枪喷嘴的6个雾化空气孔和尿素溶液出口堵塞，喷枪温度升高，影响喷枪的安全运行。

单只喷枪堵塞后，由于局部产生氨量减少，造成了烟气氮氧化物的升高，为了维持锅炉出口氮氧化物合格标准，必须增加其他喷枪的尿素用量，造成了尿素过喷严重，加剧了空气预热器及电袋除尘器的堵塞。

（3）停机组备期间，对锅炉受热面进行防磨防爆检查发现锅炉尾部烟道顶部包墙管及低温过热器管道有明显腐蚀，局部发生锅炉爆管。

具体是：下层喷枪雾化不良造成了低温过热器管道腐蚀；根据爆管位置分析上层喷枪2号喷嘴雾化不良造成了锅炉烟道顶部包墙管爆管。

2脱硝直喷系统喷枪堵塞原因分析
分析认为尿素结晶是引起喷枪堵塞的主要原因。

尿素的熔点为132.7℃，通常在喷枪流量不足或雾化效果差时，在液态向固态转变时吸附灰分，造成喷枪堵塞。

2.1尿素结晶生成机理
尿素的分子式为CO(NH2)2，相对分子质量60.06，是一种白色或浅黄色的结晶体，吸湿性较强，易溶于水。

在高温高压（160-240℃，2.0Mpa)或高温常压（300-650℃，0.1Mpa)条件下，C-N键断裂分解成NH3与CO2。

不同浓度的尿素溶液结晶的温度不同，在正常方式下尿素溶液通过脱硝炉内直喷系统喷枪喷出后的尿素溶液浓度在30-40%，喷枪运行温度15-35℃，不会造成尿素结晶。

喷嘴处由于雾化不良或尿素溶液流量低将引起尿素结晶沉积。

2.2原因分析
（1）尿素溶液含有杂质，杂质过大在喷枪喷嘴头部形成堵塞。

在进行溶尿素时，由于尿素袋的线绳掉落或春季柳絮飘落至尿素溶液储罐中，尿素溶液中的杂物较小不能被尿素循环泵前的滤网过滤，造成脱硝喷嘴堵塞。

（2)稀释水泵出口压力过低，喷枪喷嘴处尿素流量不足，造成喷枪喷嘴大面积堵塞。

试验发现，稀释水泵出口压力正常为 1.1MPa,由于稀释水泵窝空气或水泵的压头不足，造成稀释水与尿素溶液混合后压力低于0.3MPa，单只喷枪尿素溶液压力已低于0.2MPa，喷嘴中压缩空气排挤尿素溶液，造成了喷枪喷嘴大面积堵塞。

(3)喷枪调门开度过小，喷枪通流流量低导致喷嘴冷却能力变差，喷嘴内尿素结晶造成喷嘴堵塞。

正常方式下，4只喷枪运行，2只喷枪备用。

试验发现，单只喷枪调门应维持在50%-70%范围内，喷枪调门低于50%，喷枪温度异常升高；单只喷枪调门高于70%，将造成其他其他运行喷枪的尿素溶液压力降低，造成其他喷枪喷嘴堵塞。

(4)压缩空气压力与稀释后尿素溶液压力不匹配。

试验发现，在喷枪调门50%-70%范围内，计量与分配装后压缩空气压力应大于尿素溶液压力0.02-0.04MPa,低于0.02MPa，将造成喷嘴雾化不良，喷嘴喷出呈现液状，溶液造成锅炉受热面腐蚀；高于0.04MPa,，将造成喷嘴中压缩空气排挤尿素溶液，由于尿素溶液流量较少雾化空气口后结晶物堵塞压缩空气造成喷嘴雾化失常造成喷枪喷嘴堵塞。

(5)调整喷氨量幅度大，造成喷枪内介质压力波动，尿素倒入压缩空气通道，结晶后堵塞压缩空气，使喷嘴失去雾化空气。

3运行调整及系统改进方案
3.1运行调整改进
(1)定期进行喷枪切换，检查喷枪雾化效果。

喷枪雾化前保持稀释水和尿素混合后母管压力维持0.32Mpa---0.36Mpa之间，雾化喷枪调门开度大于50%。

喷枪雾化分两个步骤：第一步检查喷枪各喷头冲洗水量是否正常；第二步投入雾化空气检查喷枪冲洗水与压缩空气雾化是否正常，（检查喷枪喷头峰值无水滴状）。

备用喷枪雾化后压缩空气持续吹扫10分钟后关闭，检查备用喷枪雾化旁路门保持微开，防止备用喷枪喷头积灰堵塞。

（2）在直喷系统投入期间，稀释水和尿素混合后母管压力维持0.32M-0.36Mpa。

保持直喷系统各喷枪压缩空气压力大于尿素溶液压力0.02-0.04MPa。

控制喷枪流量在0.25m3/h以下，调整门开度在50%-70%，如喷枪流量正常，设定流量后投入各喷枪自动，其它喷枪调整门关闭，待喷枪投运后再缓慢打开，防止喷枪携带尿素溶液冲击腐蚀受热面。

（3）监视喷枪温度。

喷枪温度不正常升高或高于其他运行喷枪15℃以上时，判定喷枪堵塞。

喷枪堵塞后，应及时活动喷枪调整门开度，无效后及时进行喷枪切换。

3.2系统改进方案
（1）增加直喷系统各喷枪尿素和压缩空气压力、流量远传测点。

（2）将直喷系统各喷枪压缩空气手动门改为调整门。

（3）在液体进入脱硝直喷喷枪前加入液体过滤器进行过滤。

4运行调整及系统改进后效果分析
机组停备期间，按照以上方案对脱硝系统进行改造后，运行中通过调整各喷枪压缩空气压力和尿素的差值在0.02-0.04MPa差压，降低直喷系统喷枪堵塞次数效果显著，由29次/月降低至1.6次/月。

经过一年时间观察，降低了尿素用量110吨，杜绝了因脱硝系统造成的锅炉爆管，保证了机组安全稳定运行。

5结束语
本文以现场实际情况为切入点，解决了脱硝炉内直喷系统喷枪喷嘴堵塞问题,预防喷枪喷嘴堵塞的措施大同小异,要针对其生成原因,具体问题具体分析,并针对性地进行防范,这对电厂炉内直喷系统的安全、高效、稳定运行提供指导性建议，对节能减排、安全稳定工作具有重要的意义。

参考文献:
夏怀祥，段传和，等，选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝，中国电力出版社.。