【干货分享】垃圾焚烧炉SNCR脱硝导致水冷壁管泄漏问题分析

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【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）