SCR脫硝工藝中尿素熱解系統沉積物形成原因分析及對策

李云飛

摘要：隨著我國環保要求的NOx排放指標日趨嚴格，在工業鍋爐下游增加SCR脫硝系統是大部分企業的選擇。而尿素溶液作為較安全的還原劑，應用廣泛。根據常規工藝方案，尿素溶液在參與脫硝反應之前要先進行水解或熱解工藝。其中熱解工藝因為安全性更好，其應用更廣。在采用尿素熱解工藝的SCR脫硝系統中，尿素溶液在熱解的過程中，熱解爐中可能會出現一些沉積物，從而降低尿素利用率，影響脫硝效率，情況嚴重時會影響SCR脫硝系統的安全穩定運行。本文對該工業鍋爐尿素熱解系統的沉積物進行采樣分析，并提出清除沉積物的方案。

關鍵詞：SCR脫硝;尿素熱解;形成原因

一、引言

SCR煙氣脫硝技術的還原劑主要有液氨，氨水及尿素。液氨和氨水在脫硝系統中應用最為廣泛，但其具有強腐蝕性，運輸與儲存均存在安全隱患。尿素是一種穩定、無毒的固體物料，便于運輸與儲存。尿素制氨工藝包括水解法和熱解法2種。水解法是將尿素以水溶液的形式加以分解，水解產生的酸性物質會腐蝕電廠設備，且水解生成的縮二脲及其它縮合物難溶于水，會造成尿素水解系統堵塞。熱解法不易產生中間聚合物，且噴入煙道的氨氣溫度約為300℃，對SCR裝置入口煙氣溫度的影響很小，采用爐內低NOx燃燒器與爐后SCR脫硝相結合的方式實現NO2減排。SCR脫硝還原劑采用尿素熱解工藝，該鍋爐煙氣脫硝系統投運初期，尿素熱解系統中出現大量沉積物，不僅降低了尿素利用率，還嚴重影響脫硝系統的安全穩定運行。本文對該鍋爐尿素熱解系統的沉積物進行采樣分析，并提出多種預防或清除沉積物的方案。

二、溶解性及重結晶試驗

根據溶解度試驗，采用一定量的沉淀物樣品，進行水中冷卻和過濾工作，在結晶試驗時，要取少量樣品溶解，并且進行過濾工作，在測量前必須加熱過濾液，以達到調查溶解度和中間結晶試驗結果的目的，從中可以看出，采樣點大部分不溶性物質是粉末型固體，并且容易發生熱分解，沉淀物樣品中不溶性物質比例較高，鍋爐中的沉淀物樣品在熱分解爐和烘焙爐中可獲得粉末狀固體。

三、元素組成

用分離水或鹽酸溶解三個樣品，分析無機元素的含量，我們也可以看出，三個樣品的無機元素種類和含量都很低，元素的熱分解過程伴隨著一系列的中間反應，如聚合反應和聚解反應，沉積物被認為是元素熱解過程中可能的有機中間體。

四、紅外光譜分析

用紅外光譜分析了沉淀物質的官能團結構，根據研究結果，我們可以明確的得知，中晶物質的紅外光譜與三聚氰酸相似，三個采樣點的樣品的紅外光譜也相同適用，熱解爐中的不溶物留在兩個波長相等的 吸收振蕩器中，這可能是由于三聚氰酸中存在大量氣體，可能是由于吸收振蕩器桿向高波數方向移動，芳烴等元素的熱分解也會產生三聚氰胺化合物，這對催化劑有負面影響，這可能是三聚氰酸中羰基被C=NH取代生成了三聚氰酸一酰胺，三聚氰酸和三聚氰酸一酰胺的共振體中C=N使其吸收振動峰向高波數移動，對尿素熱解工藝研究也發現，熱解過程中會產生三聚氰胺類化合物，當熱解樣品保存一定時間時，會出現大面積的峰值。

五、質量分析

根據相關調查結果顯示，以三聚氰酸或三聚氰酸為原料的材料與以三聚氰酸為原料的材料相同，沉淀物 采樣點的樣品保存時間會在一定時間內出現兩座山峰，，通過質量分析，樣品棒的保存時間分別比較 ，分別是三聚氰酸和氣相色譜質量分析，樣本為三聚氰酸、乙二醇、三聚氰酸、三聚氰酸的混合物，有三種元素在熱解過程中產生。

六、熱分析

通過對沉淀物和中結晶物質的熱分析，我們可以知道 ，在熱分解溫度達到一定高度后，晶狀體材料的熱分析曲線中出現吸熱棒，并且出現最大失重率，為溫度和熱分解產物，在一定的溫度之間的網格試驗體和熱解試驗體均出現吸熱棒，失重也會達到一定的高值，吸熱棒在一定溫度以下生產元素，在超出規定溫度之后，以上的三聚氰酸的分解溫度要控制在一定范圍之內 ，這與熱分析曲線中吸熱峰的熱解度區間一致。尿素在高溫環境下熱解為NH2和氰酸（HCNO），HCNO再經過一系列的反應生成聚合體，高溫分解為NH3和異氰酸酯，通過一系列反應成為三位一體，熱解溫度過高，可分解成三個復雜成分，降低氨氣的傳輸速度。

七、沉積物成分分析

根據紅外線光譜和質量光譜和熱分析，這些元素在分解過程中可以生成三聚氰酸等三等聚合物，三聚氰胺化合物。根據測定儀的含量，我們可以得知 熱分解爐的沉淀物樣品的主要成分是三聚氰酸和其他三聚氰酸或三聚氰酸聚合物，屬于水不溶性物質，除了檢測出的兩種元素，剩下的是三聚氰胺聚合物。

八、處置措施

為了提高元素熱解沉淀物的溶解性和熱解性，有效地防止體系的熱解流動，除此之外，元件溶液的制造和整體現象由計量協調裝置保證原料熱解爐溫度，熱解爐溫度高，操作方便，長時間熱風條件下，當溫度下降時 ，準確測量了熱分解爐的溫度變化，并進行實時監測，通過延長管道等主要元器件和外保溫材料的使用時間，以提高進口氨氣的溫度，以有效地確定了氨的保留，熱解和鍋爐管道熱解過程中的低溫結晶，避免溫升發生熱解，壓縮空氣和雜質含量高，碳鋼壓縮空氣管采用不銹鋼材質，增加單噴嘴進氣量，增加部件噴嘴出口壓力，測量時增加氣源，噴嘴噴射壓力不穩定。該脫硝熱解爐尿素噴槍霧化風與脫硝聲波吹灰器共用一路氣源，當聲波吹灰器工作時，氣源壓降較大，導致尿素噴槍霧化壓力不穩定，且該氣源含雜質較多。建議將尿素噴槍霧化風改為儀用風壓縮空氣，以有效保障霧化風的穩定性和清潔度。

九、結束語

在某機組SCR裝置導流板優化布置的基礎上，通過優化噴氨格柵設計，提高了SCR系統中煙氣分布和氨濃度分布的均勻性。減小噴氨格柵噴孔直徑，增加噴孔數量，有利于NH與煙氣均勻混合，但會增加加工成本。綜合考慮2種因素，最佳噴孔直徑取30mm較為適宜，隨著噴氨格柵區噴氨速度差的增大，NH濃度偏差先減小后增大。

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