一种炉膛新型尿素喷枪

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摘要：火电脱硝技术是在20世纪70年代开发的一种烟气脱硝技术。是将氨气或尿素等还原剂喷入炉膛高温区域，与烟气中的氮氧化物进行选择性反应，将氮氧化物还原为氮气和水蒸气。在SNCR技术中，还原剂的喷射位置和反应温度是影响脱硝效率的关键因素。由于其具有投资少、技术成熟、脱硝效率高等优点，得到了广泛的应用。然而，随着国家对环保要求的不断提高，对氮氧化物排放的控制更加严格，对SNCR技术的可靠性提出了更高的要求。因此，有必要对SNCR脱硝技术进行改进和升级，以提高其脱硝效率和降低对环境的影响。伴随国家民生保供的要求，为了克服SNCR技术的尿素滴液电化腐蚀炉膛水冷壁管造成的爆管非停事件，一些改进的SNCR技术被开发出来

关键词：脱硝；SNCR；尿素喷枪；310S；保护风；防护板

一、设计理念

1、提升炉内尿素喷枪金属材质

    由于尿素喷枪设置在炉膛高温区域，除需要克服自身对尿素的抗腐蚀性，还应具有良好的温度适应性。

尿素对金属的腐蚀性主要表现在高温高压条件下，尿素会产生同素异构物氰氧酸铵，在有水存在时，可离解产生具有强还原性的氰氧酸根，使钝化性金属在其中不易形成钝化膜，从而产生严重的活化腐蚀。介质的腐蚀性随尿素甲铵含量的提高而增大。

为确保炉内喷枪良好的喷射效果，使得尿素与烟气在高温环境中充分反应，达到设计的脱销效率，始终保持喷枪在高温环境中按照设计角度运行，选用的金属的耐受高温的性能必须达到炉内800-1100℃的要求。

选用一种具有良好抗腐蚀和耐高温性能的金属材料制作尿素喷枪能确保尿素喷枪的可靠性。

2、增设一套尿素喷枪收集增发尿素滴液防护板

锅炉炉膛内烟气中存在大量粉尘，随着烟气在炉内卷席，炉内喷枪承受飞灰磨损，喷枪喷嘴时有损坏和堵塞，影响尿素的雾化效果。当尿素喷枪工作时，尿素溶液会滴落在下方水冷壁上，在高温的加持下发生强烈的电化腐蚀，水冷壁管壁厚急剧减薄，到不能承受管内压力时发生内爆引发机组非计划停运，严重危及火电机组民生保电任务的完成。

增设一套尿素喷枪炉内防护装置，使其能防护自身的同时，还能增发尿素滴液，保护喷枪下方水冷壁管不被腐蚀。

3、增设一套尿素喷枪冷却风装置

    炉膛燃烧是一个复杂的过程，涉及到许多因素和化学反应，这个过程涉及到许多相互关联的物理和化学现象。锅炉炉膛中心温度通常在800°C到1100°C之间，其中前燃区温度约在900°C到1000°C之间，后燃区温度约在1000°C到1100°C之间。

金属会发生蠕变、断裂和应力松弛等变性过程。温度升高或应力增大，蠕变速度加快。在高温下，炉内枪管长期在高温区域，特别是在停运时，没有了介质的冷却，使得其使用寿命大为降低，需要增设一套冷却风对其进行冷却，控制其温度，提升其使用寿命，还保障了喷枪喷嘴的畅通，确保喷嘴雾化效果，有效保证炉膛脱硝效率。

二、设计方案

该新型尿素喷枪采取防尿素滴液防护和炉内枪管冷却技术，从源头上遏制尿素在高温环境下对喷枪和水冷壁的影响，配合提高喷枪金属材质，大幅提升炉膛尿素喷枪使用效果和寿命，消除了因尿素滴液引发的水冷壁爆管非停事件，确保炉膛脱硝效率达到设计效率。

1、尿素喷枪材质提升

尿素喷枪的材质选型需要考虑多个因素，包括工作温度、耐磨性、耐腐蚀性以及整体性能要求等。该新型尿素喷枪选用310S不锈钢材质。它具有如下性能：

工作温度：尿素喷枪的工作温度较高，通常在850℃-1100℃之间，因此需要选择耐高温的材料，310S不锈钢，也被称为0Cr25Ni20或06Cr25Ni20，是一种奥氏体铬镍不锈钢，其使用温度范围通常在800℃-1150℃之间。它在高温下具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性，同时拥有较好的蠕变强度，使其能在高温环境下持续作业。化学成分中还添加了钼、钨、铌和钛等元素，进一步提高了其在高温下的强度和蠕变强度。硬度（HB）不超过187，具有良好的加工性能。综上所述，选用310S材质的尿素喷枪具备整体性能稳定、可靠性高、寿命长等特点，能够满足工作环境和性能要求，以保证其长期稳定运行和良好的喷雾效果。

2、设置一套防尿素滴液防护装置技术

是一种利用高品质材料收集和蒸发尿素溶液防止水冷壁与尿素在高温环境下发生电化腐蚀的防护技术。水冷壁在锅炉受热面系统中处于高温，高腐蚀的复杂燃烧环境中，尿素溶液对其造成的腐蚀问题通过该套装置得到消除，解决了脱硝SNCR尿素溶液在运行中发生任何缺陷导致尿素雾化不足、乱射、滴漏等问题。如图1所示：

图1

3、增设一套尿素喷枪冷却装置

以常温压缩空气为保护风，当尿素喷枪不用时投入，让炉内喷枪温度远低于炉膛温度，防止枪管在高温作用下发生蠕变、断裂，保障尿素喷枪的正常使用。

该保护风气源采用常温压缩空气，管接头使用快装式安装，实现快速检查喷枪和定期工作。

最终成型如图2所示：

图2

4、实施效果

本方案自2023年7月在纳雍电厂一厂1-4号炉实施以来，经过近半年的使用，取得了4台机组连续运行超100天炉膛水冷壁管未发生爆管成绩，定期检查尿素喷枪未出现喷嘴堵塞引起的雾化不良等现象。

三、巩固措施和下一阶段计划

因该项设计在现场第一次应用，需要跟踪检查各部件磨损情况，制定定期维护计划，并制作好成型备品，快速对其进行更换，确保SNCR系统正常运行和确保炉膛水冷壁的绝对安全。

鉴于310S不锈钢在高温下具有优良的耐氧化性能和耐腐蚀性能，其使用温度范围通常在800℃-1150℃之间。可广泛应用于高温区域的屏式过热器、高温过热器、炉内燃烧器等设备的防磨工作上，需要注意的是，具体的耐温性能受到不锈钢材料的成分、热处理工艺、应力等因素的影响，在使用310S不锈钢制造高温设备时，需要考虑到其在高温下的热膨胀和变形情况，进行合理的结构设计和选材，以确保设备的可靠性。

四、结语

通过技术革新，在原有设备上的改良消除了存在的问题，设备治理上要紧跟材料发展，通过文献资源的查阅，以开放的思维迎接设备治理工作能够取得更好的效果。

参考文献

[1] 王志刚, 李丽. 电厂锅炉四管防磨材料的选择与应用[J]. 能源技术与设备，2019，(5)：59-63。

[2]大型锅炉爆破原因分析.人民出版社,1985

[3]300MW火力发电机组丛书第一分册 燃煤锅炉机组.中国电力出版社,1998

作者简介：明辉发（1980.06-），男，汉，贵州遵义，本科，学士，中级工程师，主要研究方向：锅炉本体检修。

王倩（1978.07-），女，布依族，贵州望谟，本科，学士，主要研究方向：图书文献资源建设。