SCR脱硝工艺中尿素热解系统沉积物形成原因分析及对策

李云飞

摘要：随着我国环保要求的NOx排放指标日趋严格，在工业锅炉下游增加SCR脱硝系统是大部分企业的选择。而尿素溶液作为较安全的还原剂，应用广泛。根据常规工艺方案，尿素溶液在参与脱硝反应之前要先进行水解或热解工艺。其中热解工艺因为安全性更好，其应用更广。在采用尿素热解工艺的SCR脱硝系统中，尿素溶液在热解的过程中，热解炉中可能会出现一些沉积物，从而降低尿素利用率，影响脱硝效率，情况严重时会影响SCR脱硝系统的安全稳定运行。本文对该工业锅炉尿素热解系统的沉积物进行采样分析，并提出清除沉积物的方案。

关键词：SCR脱硝;尿素热解;形成原因

一、引言

SCR烟气脱硝技术的还原剂主要有液氨，氨水及尿素。液氨和氨水在脱硝系统中应用最为广泛，但其具有强腐蚀性，运输与储存均存在安全隐患。尿素是一种稳定、无毒的固体物料，便于运输与储存。尿素制氨工艺包括水解法和热解法2种。水解法是将尿素以水溶液的形式加以分解，水解产生的酸性物质会腐蚀电厂设备，且水解生成的缩二脲及其它缩合物难溶于水，会造成尿素水解系统堵塞。热解法不易产生中间聚合物，且喷入烟道的氨气温度约为300℃，对SCR装置入口烟气温度的影响很小，采用炉内低NOx燃烧器与炉后SCR脱硝相结合的方式实现NO2减排。SCR脱硝还原剂采用尿素热解工艺，该锅炉烟气脱硝系统投运初期，尿素热解系统中出现大量沉积物，不仅降低了尿素利用率，还严重影响脱硝系统的安全稳定运行。本文对该锅炉尿素热解系统的沉积物进行采样分析，并提出多种预防或清除沉积物的方案。

二、溶解性及重结晶试验

根据溶解度试验，采用一定量的沉淀物样品，进行水中冷却和过滤工作，在结晶试验时，要取少量樣品溶解，并且进行过滤工作，在测量前必须加热过滤液，以达到调查溶解度和中间结晶试验结果的目的，从中可以看出，采样点大部分不溶性物质是粉末型固体，并且容易发生热分解，沉淀物样品中不溶性物质比例较高，锅炉中的沉淀物样品在热分解炉和烘焙炉中可获得粉末状固体。

三、元素组成

用分离水或盐酸溶解三个样品，分析无机元素的含量，我们也可以看出，三个样品的无机元素种类和含量都很低，元素的热分解过程伴随着一系列的中间反应，如聚合反应和聚解反应，沉积物被认为是元素热解过程中可能的有机中间体。

四、红外光谱分析

用红外光谱分析了沉淀物质的官能团结构，根据研究结果，我们可以明确的得知，中晶物质的红外光谱与三聚氰酸相似，三个采样点的样品的红外光谱也相同适用，热解炉中的不溶物留在两个波长相等的 吸收振荡器中，这可能是由于三聚氰酸中存在大量气体，可能是由于吸收振荡器杆向高波数方向移动，芳烃等元素的热分解也会产生三聚氰胺化合物，这对催化剂有负面影响，这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体中C=N使其吸收振动峰向高波数移动，对尿素热解工艺研究也发现，热解过程中会产生三聚氰胺类化合物，当热解样品保存一定时间时，会出现大面积的峰值。

五、质量分析

根据相关调查结果显示，以三聚氰酸或三聚氰酸为原料的材料与以三聚氰酸为原料的材料相同，沉淀物 采样点的样品保存时间会在一定时间内出现两座山峰，，通过质量分析，样品棒的保存时间分别比较 ，分别是三聚氰酸和气相色谱质量分析，样本为三聚氰酸、乙二醇、三聚氰酸、三聚氰酸的混合物，有三种元素在热解过程中产生。

六、热分析

通过对沉淀物和中结晶物质的热分析，我们可以知道 ，在热分解温度达到一定高度后，晶状体材料的热分析曲线中出现吸热棒，并且出现最大失重率，为温度和热分解产物，在一定的温度之间的网格试验体和热解试验体均出现吸热棒，失重也会达到一定的高值，吸热棒在一定温度以下生产元素，在超出规定温度之后，以上的三聚氰酸的分解温度要控制在一定范围之内 ，这与热分析曲线中吸热峰的热解度区间一致。尿素在高温环境下热解为NH2和氰酸（HCNO），HCNO再经过一系列的反应生成聚合体，高温分解为NH3和异氰酸酯，通过一系列反应成为三位一体，热解温度过高，可分解成三个复杂成分，降低氨气的传输速度。

七、沉积物成分分析

根据红外线光谱和质量光谱和热分析，这些元素在分解过程中可以生成三聚氰酸等三等聚合物，三聚氰胺化合物。根据测定仪的含量，我们可以得知 热分解炉的沉淀物样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，属于水不溶性物质，除了检测出的两种元素，剩下的是三聚氰胺聚合物。

八、处置措施

为了提高元素热解沉淀物的溶解性和热解性，有效地防止体系的热解流动，除此之外，元件溶液的制造和整体现象由计量协调装置保证原料热解炉温度，热解炉温度高，操作方便，长时间热风条件下，当温度下降时 ，准确测量了热分解炉的温度变化，并进行实时监测，通过延长管道等主要元器件和外保温材料的使用时间，以提高进口氨气的温度，以有效地确定了氨的保留，热解和锅炉管道热解过程中的低温结晶，避免温升发生热解，压缩空气和杂质含量高，碳钢压缩空气管采用不锈钢材质，增加单喷嘴进气量，增加部件喷嘴出口压力，测量时增加气源，喷嘴喷射压力不稳定。该脱硝热解炉尿素喷枪雾化风与脱硝声波吹灰器共用一路气源，当声波吹灰器工作时，气源压降较大，导致尿素喷枪雾化压力不稳定，且该气源含杂质较多。建议将尿素喷枪雾化风改为仪用风压缩空气，以有效保障雾化风的稳定性和清洁度。

九、结束语

在某机组SCR装置导流板优化布置的基础上，通过优化喷氨格栅设计，提高了SCR系统中烟气分布和氨浓度分布的均匀性。减小喷氨格栅喷孔直径，增加喷孔数量，有利于NH与烟气均匀混合，但会增加加工成本。综合考虑2种因素，最佳喷孔直径取30mm较为适宜，随着喷氨格栅区喷氨速度差的增大，NH浓度偏差先减小后增大。

参考文献：

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