【干货分享】垃圾焚烧炉SNCR脱硝导致水冷壁管泄漏问题分析
随着国家环保法规执行标准与处罚力度的日趋严格,垃圾焚烧炉烟气Nox执行超低排放改造已势在必行。目前垃圾焚烧炉常用的脱硝工艺主要有四种:烟气再循环燃烧技术、SNCR(非选择性催化还原)及SCR(选择性催化还原)、PNCR(高分子脱硝)。其中SNCR因工艺简单、运行成本低、占地空间小、不需催化剂、脱销效率高等因素广受青睐,得以迅速推广。但运行过程中,当以尿素作为脱硝剂时,如果对尿素喷枪控制不当,极易造成水冷壁腐蚀爆管,造成锅炉非停,引起巨大的设备损失。就根据SNCR的运行特性,针对尿素溶液对水冷壁的腐蚀机理和控制措施展开探讨,通过有效控制手段来避免垃圾焚烧炉非停事故发生。
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SNCR造成水冷壁腐蚀的原因分析 某厂垃圾焚烧炉采用SNCR工艺进行烟气脱硝,运行一年以后发现SNCR喷口附近水冷壁的腐蚀问题,引起数次锅炉水冷壁的泄漏,造成被动停炉的紧张局面,严重影响了安全生产。
尿素腐蚀区域主要发生在尿素喷枪喷射位置附近的水冷壁,尤其是喷枪正下方的水冷壁,形成以面腐蚀减薄最终爆管的恶性事故。 尿素腐蚀水冷壁机理 根据尿素行业的经验,尿素溶液在一定高温条件下具有较强的腐蚀性。SNCR喷枪周围的高温烟气、空气以及水蒸汽等与尿素作用,产生了一系列化学反应。按照腐蚀过程的机理,可以把这种腐蚀分成化学腐蚀和电化学腐蚀两类。化学腐蚀是没有电流产生的腐蚀过程;电化学腐蚀是有电流产生的腐蚀过程。从SNCR水冷壁的腐蚀情况来看,两种腐蚀都存在,但是以电化学腐蚀为主。 图一 泄漏的水冷壁内壁
化学腐蚀机理:尿素溶液分解产生NH3和烟气中的C02在高温环境下生成氰酸氨,此物质的生成对金属表面的钝化膜能产生活化腐蚀,使金属机械强度完全丧失,在应力的作用下,金属会突然产生脆性爆破。 电化学腐蚀机理:电化学腐蚀是由于水冷壁与作为导电体的尿素溶液互相作用,引起电流自金属的一部分流向另一部分,发生水冷壁的电离破坏。 锅炉水冷壁管(主要为20G材质)与喷枪滴落的尿素溶液在高温条件下相接触后(尿素溶液是一种电,解质并具有极性),在水的极性分子的吸引下,水冷壁表面的部分Fe原子开始移入溶液中而形成带正电荷的Fe+,而水冷壁上保留剩余的电子并带有负电荷。如果Fe2+不断地进人滴落的尿素溶液中,水冷壁管就会逐渐出现坑洞,并连接成面,造成水冷壁腐蚀破坏。该腐蚀一旦开始,速度进展极快,新水冷壁3~5 天即可出现爆管。
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造成腐蚀的常见情况及控制措施 在SNCR喷射系统中,喷枪设计采用的是高压泵输送尿素溶液和稀释除盐水,用压缩空气或氮气作为雾化介质。在运行过程中,结合常见故障现象制定专门的解决方案。 造成喷射雾化不良的常见情况 SNCR喷枪设计尺寸偏短或插入炉膛深度不足,容易发生尿素溶液雾化后碰到保护套管形成液滴,滴流到锅炉水冷壁; 雾化气体或液体过脏导致喷枪雾化喷头发生个别堵塞现象,喷枪不雾化时尿素溶液喷射距离变远,直接喷到水冷壁上造成化学腐蚀; 喷枪安装时倾角不对,造成液体反流,滴落在水冷壁上: 压缩空气或氮气压力不足、不稳甚至中断时,导致雾化不稳定、不完全,液体直接以水柱状溅射在水冷壁上; 溶液压力过大,导致喷射距离过远,碰到水冷壁。
控制措施根据炉墙厚度,检查喷枪插入深度,确保喷枪喷头超出炉膛内部喷枪套管5cm以上,避免雾化后的液体反溅回流到水冷壁上; 尿素液体或雾化用气体在喷枪前端增加滤网,每周检查喷枪雾化情况,对喷枪不雾化、雾化不良的及时疏通或更换; 安装喷枪时,将固定套管的倾角定位向下3~5°,防止出现尿素雾化不良或气体中断时反流至水冷壁,造成腐蚀; 增加雾化用气体压力联锁装置,设定压力联锁值,低于设定压力时,关闭对应的尿素阀,停止该喷枪的尿素供应; 尿素液体泵出口固定喷射压力,通过回流管调整液体压力,必要时设定自动控制程序,避免压力过高造成射流距离偏大; 必要时可在喷枪下端水冷壁表面增加不锈钢板或浇注料覆盖防护,与尿素回流液体隔绝,避免直接接触腐蚀; 喷枪初始投入时应先投运雾化气体再投运液体,喷枪退出时退液体一段时间后再停止雾化气体,保证溶液不漏流; - 根据氨逃逸数据合理控制尿素用量,避免尿素过量,造成受热面腐蚀及尾部烟道的堵塞。
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结论
SNCR脱硝因占地面积小、投资低、运行成本低等有利条件,被广泛应用于垃圾焚烧厂,只有充分认识SNCR尿素溶液易腐蚀等特性,早日做好防范控制措施,才能避免不必要的设备损失,更好的实现脱硝工艺的稳定运行。
来源:生活垃圾发电技术(waste_incineration)
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