摘要：尿素水解器作为烟气脱硝系统中的关键设备，其稳定运行对整个系统的性能至关重要。“虚假液位”的产生不仅影响尿素水解器的运行效率，还可能导致系统发生安全事故。因此，文章简述了尿素水解制氨工艺的原理、流程、危害，重点介绍了某超超临界百万机组尿素水解器产生“虚假液位”的过程及现象，并分析了产生“虚假液位”的原因及采取的措施，总结了尿素水解器日常运行中防止“虚假液位”发生的防范措施。
关键词：烟气脱硝,尿素,“虚假液位”,水解器
1尿素水解制氨工艺原理
1.1系统概述
由尿素溶液供应泵将尿素溶液储罐中的尿素溶液输送至反应器中，减温减压后的饱和蒸汽通过水解器内的置换热盘管对尿素溶液进行加热，产生氨气、二氧化碳、水蒸气的混合气输送至氨气计量模块，根据NH3需求信号计量调节后的氨气与热稀释风在氨空混合器内混合，稀释后的氨气浓度在5%以下，由喷氨格栅送入SCR反应器内进行脱硝反应[1]。
1.2工艺原理
尿素水解制氨技术是尿素溶液在压力0.4～0.6 MPa、温度120～160℃的条件下发生水解反应，产生氨气、二氧化碳、水蒸气的混合气，主要方程式如下：
(NH2)2CO+H2O→NH2COONH4(1)
NH2COONH4→2NH3+CO2(2)
1.3工艺流程
尿素水解制氨系统工艺流程如图1所示。
2尿素水解器产生“虚假液位”的危害
尿素水解器“虚假液位”泡沫中含有尿素、盐类、固体杂质等，若不能及时得到处理，会被产品气携带进入供氨管道，从而降低产品气质量，增加喷氨含量，影响脱硝效率，严重时可导致脱硝系统NOx排放指标超标[2]。若长时间存在此现象，产品气中携带的水分蒸发后，会析出结晶体沉淀于管道中，使管径缩小而堵塞供氨管道。另外，产品气中携带过多的水分，会导致带有湿气的烟气进入静电除尘器系统，从而降低除尘效率，增加静电除尘器的运行负担，严重时可导致除尘设备跳闸，粉尘排放指标超标。
3某百万机组尿素水解器产生“虚假液位”的案例分析
3.1尿素水解器异常发生前的正常工况
4号机组负荷490 MW，A尿素水解器向3号机组供产品气，B尿素水解器向4号机组供产品气。B水解器蒸汽管线压力调节门自动跟踪压力0.55 MPa，B水解器尿素溶液管线压力调节门自动跟踪液位1 000 mm，B水解器产品气出口管线压力调节门自动跟踪压力0.45 MPa，均正常投入；B水解器温度128℃,B水解器压力0.55 MPa，A/B产品气出口联络门关闭，各参数正常，A/B水解器系统运行稳定。
3.2尿素水解器异常发生的过程变化
2023年11月14日06:50，接调度指令，4号机组开始快速上涨负荷，从490 MW到1 000 MW，4号机组为了防止环保指标NOx不超限而加大了喷氨量，A/B侧入口NOx(标准态)分别由209/216 mg/m3涨至585/525 mg/m3，共计上涨685 mg/m3。此时，尿素水解器出口压力开始逐渐下降，低于自动调节设定压力值0.45 MPa，产品气出口管线压力调节阀开度自动从26%迅速开至100%，由于尿素水解器出口调节门快速开大，水解器本体压力也开始快速下降，低于蒸汽自动调节设定压力值0.55 MPa。此时，蒸汽管线进料流量调节阀从29%迅速开到80%，蒸汽入口管线温度从138℃快速涨至208℃,水解器温度从131℃快速涨至151℃,仍未能保持住水解器压力，B水解器压力从0.68 MPa降至0.40 MPa，尿素管线进料流量自动调节阀开度出现0%到100%来回调节波动，尿素水解器液位出现731 mm到1 325 mm的大幅度上下波动，如图2所示。同时，因尿素水解器液位波动超过高低限值，造成尿素/蒸汽管线流量调节门联锁保护关闭，热控人员强制B水解器尿素/蒸汽管线流量调节门打开，因自动调节效果差，将自动切为手动调节控制，经调整后B水解器液位、压力开始稳定，B水解器切回自动调整，恢复正常方式运行。
3.3尿素水解器产生“虚假液位”的原因分析
自2023年6月尿素水解系统投产以来，首次出现此类异常现象，经查询资料、借鉴同类型机组经验以及咨询厂家后，综合分析出以下原因：
(1)4号机组快速升负荷，4号脱硝喷氨量大增，造成水解器压力快速降低，导致产品气出口管线压力调节阀迅速全开，水解器蒸汽管线进料流量调节阀快速开大，水解器温度迅速上升。而水解器尿素溶液补充不及时，使水解器氨产气量供不应求，从而造成溶液沸腾，形成“虚假液位”现象。
(2)在3/4号机组满负荷或较高负荷的工况下，单台尿素溶液输送泵无法满足两台水解器运行的要求。在B水解器液位低时，尿素管线进料流量调节阀开大后，B水解器液位不能维持在正常液位。
(3)水解器自动控制逻辑调整效果差，水解器出现“虚假液位”时，无判断剔除假液位逻辑，导致水解器尿素溶液补充不及时。
3.4尿素水解器产生“虚假液位”的处理措施
(1)由于补充不及时导致尿素水解器内尿素溶液快速减少，而水解器温度又瞬时提高，从而造成尿素溶液沸腾。因此，启动备用尿素溶液输送泵，保持两台泵运行，保证水解器内尿素溶液充足。在尿素溶液补充的过程中，应时刻关注液位变化情况，防止供应过量。但此时液位存在不真实现象，可借鉴往期正常运行时偏高一些的供应量供给。
(2)由于尿素水解器产品气出口调节门瞬时开大的突变情况，导致原本工况下水解器内水解出来的产品气不能满足突变后的供应量，此时产品气会携带大量水蒸气供往SCR区，会降低氨气浓度。因此，应关小产品气出口调节门开度，适当降低尿素水解产品气的供应量。
(3)降低尿素水解产品气的供应量是为了尿素水解器逐渐提高温度进行缓冲，此时可适当分时段开大蒸汽管线进料流量调节阀，来逐步提升水解器温度、提升水解器压力，从而水解出足够量且浓度合格的产品气。水解器在升温过程中需防止一次性开门导致的局部过热和沸腾现象产生。
(4)随着尿素水解器温度提升，水解器压力随之上升，此时应根据机组NOx含量逐渐开大尿素水解器产品气出口调节门开度，在此过程中应注意水解器温度不能超温。之前为了快速提升水解器温度，蒸汽管线进料流量调节阀开度会高于日常阀门开度，但随着供应量趋于稳定，应提前干预关小，防止水解器超温超压。
(5)随着尿素水解器尿素溶液的补充、水解器温度和压力趋于稳定，水解器“虚假液位”会逐渐消失，待各项参数运行稳定后，可将尿素水解系统由手动控制方式切换至自动控制方式运行。
(6)若因杂质引起溶液起泡且严重到不可控时，使用备用尿素水解器，以将受污染的尿素水解器内的溶液排空，重新加入除盐水加热浸泡煮洗水解器后，再配置新的尿素溶液。
4预防尿素水解器产生“虚假液位”的措施
4.1优化控制系统
优化逻辑控制。首先，将增加机组负荷(需氨量)作为前馈进行控制，这样可以提前进行预调节，避免出现调节后压力下降过快的问题；其次，增加“虚假液位”判断逻辑，避免因“虚假液位”造成尿素/蒸汽管线流量调节门联锁保护而关闭，当出现水解反应器液位突增、突降波动时，维持原有尿素/蒸汽管线流量调节门开度，防止水解反应器沸腾。
4.2控制温度和压力变化
在正常工况下，水解器蒸汽温度、压力应明显低于减温减压站出口蒸汽温度、压力。当出现水解器蒸汽温度接近或超过减温减压站出口蒸汽温度时，说明蒸汽疏水器疏水效果差，存在疏水不畅、堵塞现象，会影响水解器尿素溶液正常反应，此时应及时手动开启蒸汽疏水器旁路阀。
4.3运行管理和维护检查
第一，对操作人员进行培训，提高其对尿素水解器操作的熟练度和对异常情况的识别能力；第二，现场巡检时，应对各设备表的数据进行观察，并与上位机进行比对，对数据有偏差的应做好记录并跟踪变化情况，直到找出原因并处理；第三，在运行过程中需要检查管线伴热系统，保证电伴热系统正常运行，如果因气温低而发生结晶现象，需要使用蒸汽进行吹扫[3]；第四，水解器的运行液位、温度及压力应严格按照要求运行维护，严禁过低或过高液位运行；第五，为保证水解器的正常运行，每次检修、大修时，检修安全阀及爆破片，并务必清洗爆破片及安全阀入口接管。
4.4定期排污和清洗
由于尿素中含有一定量的杂质、溶解用除盐水中含有杂质，在尿素装卸、运输过程中混入的杂质在运行一段时间后，会被浓缩和沉淀，当杂质积累到一定程度，将会影响水解器的换热效率，因此需要对系统进行定期排污，使污染物保持在较小值。另外，排污时间控制在30 s，排污频率为每4周进行一次，将反应器底部杂质进行排放[4]。
4.5安全保护措施
当尿素水解器本体温度、压力超过正常工况时，将会引起装置的保护动作。若水解器压力达到设定的压力值时，蒸汽管线流量调节门会自动关闭断开气源，降低水解器本体压力；若压力仍持续上涨，会通过气相泄压阀、液相回流阀、爆破片爆破、安全阀开启进行泄压，以防止装置超压[5]。
5结语
本文针对某百万机组电厂首次发生尿素水解器产生“虚假液位”的现象、过程及主要原因进行了分析整理，在异常发生后采取了有效的处理措施得以控制，并提出了多项防范水解器产生“虚假液位”的措施，对解决大型燃煤发电厂应用尿素水解制氨工艺时产生“虚假液位”的问题具有借鉴意义。
参考文献：
[1]李秀忠,霍雷霆.火电厂脱硝系统液氨改尿素实施及性能对比[J].东北电力技术,2020,41(9):16-18,21.
[2]丁得龙.尿素水解反应器内溶液起泡原因分析及对策[J].能源与节能,2022(3):137-140.
[3]汤栋,谭城军.脱硝尿素催化水解运行中的问题分析及改进措施[J].山东工业技术,2022(5):92-95.
[4]高磊.脱硝尿素催化水解技术研究[J].化工设计通讯,2021,47(11):1-2.
[5]徐龙飞.大型火力发电厂SCR脱硝剂液氨改尿素的工程应用研究[D].南京:东南大学,2021.
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