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摘要:火力发电厂选择性催化还原法(SCR)脱硝系统热解炉尿素结晶会导致整个脱硝系统无法正常运行，以大唐洛阳热电有限责任公司#6机组脱硝热解炉尿素结晶为案例，分析了SCR尿素热解炉尿素结晶的原因，提出了对系统设计优化方案，有效治理结晶问题，希望对热解炉尿素结晶的现象进行有效预防和提供针对性的对策。
关键词:脱硝改造;热解炉;尿素结晶
1 设备情况简介
大唐洛阳热电有限责任公司(以下简称洛热公司)#6锅炉为DG1060－18．2－Ⅱ4型锅炉，脱硝系统采用尿素热解产生氨气制备还原剂、选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝工艺，热解炉参数见表1。热解炉配套的尿素计量与分配装置(MDM)根据锅炉不同负荷的要求，自动控制并分配给雾化喷枪，然后喷入热解炉，同时稀释空气经电加热器加热后进入热解炉(参数见表2)，由控制系统控制热解室达到还原所要求的温度。雾化后的尿素液滴在热解炉内分解，生成NH3，H2O和CO2，分解后的氨由稀释空气稀释到低于5%氨浓度的混合气体送到氨喷射系统(AIG)再进入烟道系统。热解炉系统包括热解炉本体电加热系统等。
表1立式热解炉参数
2 改造前存在问题及分析
洛热公司#6机组脱硝系统自2014年投运后，频繁出现热解炉结晶脱落堵塞出口通道的情况，特别是负荷大于250MW时，堵塞情况加剧，存在掉落结晶体而堵塞热解炉出口的风险，影响热解炉出力，造成机组被迫减负荷，严重时因脱硝系统被迫退出造成机组非计划停运事件。
改造前采取的措施:首先，在分散控制系统(DCS)画面上增加热解炉内部与出口压差监视点，方便运行人员监控，有助于提前发现问题，及时采取调整热解炉通风流量、控制机组负荷、改善煤质减少SCR入口氮氧化物、适当减少喷氨量、优化喷枪运行方式、改变制粉系统运行方式等应对措施，保持热解炉内持续维持高温运行，阻止运行工况进一步恶化。其次，将热解炉尿素喷枪压缩空气压力由0.60MPa提高到0.65MPa，优化喷枪雾化效果，坚持定期对热解炉尿素喷枪进行水冲洗和清理喷头。再者，对热解炉保温进行全面排查，修补表面温度超标的部位，减少热解炉对外散热。为彻底解决这一问题，洛热公司与大唐科学技术研究院华中分院合作(以下简称华中院)，进行了内部模拟流畅试验。
按照实际尺寸1∶1建模进行计算，发现原始工况下热解炉内3个温度测点运行温度最大存在50℃左右的温差，一次风在热解炉内左右两侧偏差很大，最高速度26m/s，最低速度2m/s，速度分布非常不均匀，在热解炉内低速区形成两个巨大漩涡如图1所示，而喷枪恰好处在漩涡中心位置，流场非常紊乱，这是热解炉喷枪堵塞的主要原因。
3 改造方案
3．1改造方案选型
基于热解炉速度场和温度场的数值仿真结果，洛热公司与华中院锅炉室密切配合进行20余组以上优化工况设计和计算，并形成2～3组不同思路的最优化改造方案，最终就改造工程量、施工难易程度、经济效益比、流场阻力增加量等综合对比分析见表3，选出了最佳改造方案如下。
图1 原始工况热解炉CFD仿真模型及速度流线
表3 不同设计方案进出口压降及速度定量比较
优化方案改变原来的均布板孔径及排布，但是不改变原始热解炉的高度，如图2所示。先将φ520mm的管道扩为φ800mm的管道，在φ800mm的管道段安装一层旋流装置，再将φ800mm的管道扩为φ1940mm的管道，均布板仍维持原始高度，孔径差异化排布。该方案优于其他方案之处为结果简洁，施工量小，重量在所有方案中最轻。
图2 改造段结构图及速度流速场
经过计算，优化方案后的热解炉内流场比较均匀，喷枪截面没有涡流存在。温度场分布均匀，偏差在±3℃以内。
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