加裝SCR 裝置對鍋爐尾部轉機設備影響

陳紅，耿向瑾，李明亮，邱亞林

(云南電力試驗研究院(集團)有限公司，昆明 650217)

0 前言

NOx 是光化學煙霧和酸雨形成的主要污染物，燃煤發(fā)電機組要求安裝SCR (選擇性催化還原法)煙氣脫硝裝置以降低NOX 排放［1］，要求燃煤鍋爐的氮氧化物(以NO2 計)排放標準降低到100 mg/m3(標況)。在已投運煙氣脫硝裝置的機組中，改造過的和尚未改造的空預器均出現(xiàn)過因硫酸氫氨堵塞而造成煙側阻力增加的現(xiàn)象［2］，導致機組減出力、引風機搶風事件發(fā)生，部分空預器改造后還出現(xiàn)了排煙溫度升高，爐效降低的情況。

1 脫硝裝置對鍋爐尾部轉機影響

1.1 空預器硫酸氫氨堵塞及腐蝕

SCR 煙氣脫硝的原理是:在催化劑作用下，向煙氣中噴入氨，將NOx 催化還原成N2和H2O［3］，主要反應式為4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O。由于噴入的氨氣與煙氣不可能100%均勻混合，在反應器的某些區(qū)域，氨氣的含量會大于煙氣中的NOx 含量，這樣就造成氨氣相對過剩，從而形成氨逃逸。

氨逃逸和煙氣中的水蒸汽、SO3，在一定條件下會生成硫酸氫銨［4］，其反應式為:NH3+SO3+H2O=NH4HSO4。硫酸氫銨在液態(tài)下，其以液體形式在物體表面聚集或以液滴形式分散于煙氣中。液態(tài)下的硫酸氫銨是一種粘度很大的腐蝕性物質，會堵塞和腐蝕脫硝反應器和下游設備，因此氨逃逸會對機組安全穩(wěn)定運行產生影響。

硫酸氫銨生成的反應速率主要與溫度、煙氣中NH3、SO3及H2O 濃度有關，硫酸氫銨的形成量隨NH3濃度的增加而增加，高SO3/ NH3摩爾比將促進硫酸氫銨的形成及其在空預器上的沉積。硫酸氫銨的形成同時依賴于溫度，當煙氣溫度略低于硫酸氫銨的初始形成溫度時，硫酸氫銨即開始形成。以往認為如果氨逃逸量在2 mg/L 以下將不會形成硫酸氫銨，然而事實上在足夠高的SO3煙氣濃度下即使1 mg/L 的氨逃逸量仍可形成硫酸氫銨。隨著NH3和SO3濃度乘積的升高，硫酸氫銨的露點溫度升高。

目前我國大型燃煤發(fā)電機組多采用可再生容克式空氣預熱器。在空氣預熱器的中、低溫端，煙氣溫度低于硫酸氫銨的初始生成溫度，硫酸氫銨會在空氣預熱器的中、低溫端的傳熱元件表面上生成［5］從而使空氣預熱器的換熱金屬元件上產生結垢、腐蝕，最終導致空氣預熱器出現(xiàn)壓降上升、換熱效率降低等現(xiàn)象，威脅空氣預熱器的安全穩(wěn)定運行。

1.2 引風機搶風

脫硝劑的噴入量相對煙氣量較少，對引風機風量影響可忽略不計;但因SCR 的阻力增加約500～600 Pa，風機的工作點向左偏移，易造成引風機工作點落入不穩(wěn)的工作區(qū)域，導致風機出現(xiàn)搶風現(xiàn)象。

圖1 軸流式風機并聯(lián)工作搶現(xiàn)象

從圖1 可以看出，兩臺具有相同性能曲線Ⅰ和Ⅱ的風機，并聯(lián)工作時總性能曲線是一條具有∞形區(qū)域的曲線。若兩臺風機在管網(wǎng)系統(tǒng)1 中運行，則點1 為系統(tǒng)的工作點，每臺風機都將在點1＇穩(wěn)定運行，此時不會出現(xiàn)搶風現(xiàn)象。如果由于某種原因，管網(wǎng)系統(tǒng)阻力改變至系統(tǒng)2 時，則風機進入∞形區(qū)域內運行。此時，管網(wǎng)阻力曲線與兩臺并聯(lián)風機的總性能曲線Ⅲ的∞形區(qū)域同時相交于點2 和點3。風機在點2 的工作是暫時的，很快會移動到點3，使某臺風機在大風量的點3＇(穩(wěn)定區(qū)域)工作，另一臺風機在小風量的點3"工作，兩臺風機的工作平衡狀態(tài)被破壞。

由于并聯(lián)運行靜調軸流式風機性能曲線的∞形區(qū)域是在小流量范圍內，所以避免風機“搶風”的根本措施是防止工作點落在∞形區(qū)域內。一旦發(fā)生，應采取措施使風機工作點離開∞形區(qū)域，如減小管網(wǎng)系統(tǒng)阻力、使管網(wǎng)阻力曲線右移等，使風機回到穩(wěn)定工作區(qū)。冷態(tài)引風機搶風原因有幾方面的原因:

1)機組進行脫硝工程改造時，增加了SCR反應器，管網(wǎng)阻力增加。

2)空氣預熱器受熱面局部堵塞，流通面積減少，增加了管網(wǎng)阻力。

3)氨過剩使飛灰化學性質發(fā)生改變，飛灰質量變差，易積灰，導致空氣預熱器出口煙道嚴重積灰，造成管網(wǎng)阻力增加。引風機工作管網(wǎng)阻力增加是導致引風機搶風的根本原因。

2 預防措施

2.1 空氣預熱器

2.1.1 改造措施

1)合并傳統(tǒng)的冷段和中溫段，將換熱元件改為2 段，冷段高度加大到約800～1 200 mm，涵蓋機組不同負荷下硫酸氫氨的生成溫度范圍，保證全部硫酸氫氨在冷段完成凝結和沉積。

2)冷端換熱元件采用搪瓷涂層元件，可以隔斷腐蝕物(硫酸氫銨和由SO3吸收水分產生的H2SO4)和金屬接觸，且表面光潔，易于清洗干凈。

3)加裝SCR 系統(tǒng)后，空預器冷段換熱元件通常采用局部封閉、高吹灰大通透性的波形(如DNF)替代傾斜的雙層皺紋形(DU)［6］，使元件表面沉積的飛灰易于被吹灰器清掃。

4)增加高壓水吹灰裝置(雙介質吹灰器)，當煙氣阻力上升50%左右時，隔離空氣預熱器后，可對空氣預熱器進行不停機清洗。

5)換熱元件的改造，需要增加換熱面積，以維持或不增加排煙溫度。

2.1.2 控制措施

1)定期進行氨噴射流量平衡調整提高噴氨均勻性，并嚴格控制噴氨量，防止局部或整體過量噴氨，減少硫酸氫氨的生成。

2)有條件下，燃用低硫煤，減少SO3生產量，從而抑制硫酸氫銨的產生。

2.2 引風機

加裝液氨SCR 脫硝裝置后，機組尾部煙道管網(wǎng)阻力增加近500－600 Pa，引風機運行工作點必然左移。機組低負荷運行時段，引風機更容易運行在不穩(wěn)定工作段(并列異常)，一旦受到擾動還可能發(fā)生搶風事件。應加強尾部煙道、空氣預熱器清灰工作，降低阻力，減少引風機搶風的幾率。

在鍋爐豎直煙道出口水平段煙道加裝灰斗及輸灰設備，及時輸灰，防止積灰，減少煙道阻力，防止引風機搶分風。

3 結束語

1)采用SCR 脫硝裝置，對空預器的沾污、堵塞和腐蝕可通過限制氨逃逸量及催化劑的SO2/SO3氧化率加以控制;對空預器進行相應的改造，并且考慮合理的吹灰器的運行方式?？疹A器改造時，需要增加換熱面積，以維持或不增加排煙溫度。為有效降低硫酸氫銨在空預器換熱元件上的形成速率，可選用搪瓷鍍層換熱元件。

2)采用SCR 脫硝裝置，對引風機的影響(即風機搶風風險的增加)可通過:在鍋爐豎直煙道出口水平段煙道加裝灰斗及輸灰設備，及時輸灰，防止煙道積灰;加強尾部煙道、空氣預熱器清灰工作等加以控制。

［1］GB 13223—2011，火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［2］鐘禮金，宋玉寶.鍋爐SCR 煙氣脫硝空氣預熱器堵塞原因及其解決措施［J］.熱力發(fā)電，2012，41 (8):45－50.

［3］吳碧君，王述剛，等.煙氣脫硝工藝及其化學反應原理分析［J］.熱力發(fā)電，2006 (11):59－ 60.

［4］馬雙忱，金鑫，孫云雪，崔基偉.SCR 煙氣脫硝過程硫酸氫銨的生成機理與控制［J］.熱力發(fā)電，2010，38 (9):12－17.

［5］董建勛，閆冰，趙宗林，王松嶺，馮兆興.火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運行影響的分析［J］.熱力發(fā)電，2007，(3):17－18.

［6］曹志勇，陳聰，湯棟.浙江省燃煤發(fā)電機組SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的運行狀況評估［J］.zhejian 浙江電力［J］，2013，(11):40－43.