淺析火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運行的影響

黃梅

（貴州粵黔電力有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553505）

淺析火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運行的影響

黃梅

（貴州粵黔電力有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553505）

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國內(nèi)工農(nóng)業(yè)用電需求量不斷增加。但也給自然生態(tài)環(huán)境帶來了污染，火力發(fā)電廠的鍋爐所排放出來的煙氣含有許多氮氧化物，嚴(yán)重威脅到人體健康。為了確保電廠員工和附近居民的身體健康，降低對環(huán)境的破壞與污染，鍋爐在煙氣排放前必須經(jīng)過脫硝裝置進(jìn)行處理。本文主要分析了火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運行的影響，并提出了相應(yīng)的安全防護(hù)措施。

火電廠；煙氣；脫硝裝置；鍋爐；運行

在火電廠中，其使用的煙氣脫硝裝置主要是利用選擇性催化和非催化還原技術(shù)的手段對煙氣中的氮氧化合物進(jìn)行處理。選擇性催化和非催化還原技術(shù)的手段是將氨或者是其他衍生物做成還原劑，然后噴在煙氣中，讓煙氣中的氮氧化合物和還原劑結(jié)合，然后發(fā)生還原反應(yīng)，從而形成N2和H2O，以此到達(dá)脫除氮氧化合物效果的目的。對選擇性非催化還原技術(shù)來說，其脫硝還原技術(shù)的效率為90%，能夠讓火電廠所排放的煙氣達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

1 SNCR煙氣脫硝裝置對鍋爐的影響

1.1 加大煙道系統(tǒng)阻力

火電廠中煙氣脫硝裝置反應(yīng)器通常安裝在空預(yù)器入口與省煤器出口間高煙塵位置，煙氣脫硝裝置在工作過程中，就會明顯增大煙氣傳輸中沿程阻力、局部阻力及催化劑本身阻力等煙道的阻力，影響了煙氣的排放。在反應(yīng)器中催化劑的布置都是分層布置，通常設(shè)置成2+1層，而反應(yīng)器中設(shè)計煙氣最佳速度為6m/s，并對催化劑模件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行設(shè)計，每1層催化劑反應(yīng)過程煙氣的阻力在200Pa左右。

在安裝火電廠煙氣脫硝裝置后，煙氣脫硝裝置的運轉(zhuǎn)會直接增加尾部煙道長度，致使鍋爐散熱損失大于安裝之前。同時，降低了空預(yù)器入口部位煙氣的溫度，和安裝之前相比，降低了5℃。受溫度的影響，整個煙氣脫硝裝置運轉(zhuǎn)中的1次風(fēng)溫和2次風(fēng)溫也隨著降低，從而對空預(yù)器冷端煙氣溫度造成影響，加劇了空預(yù)器冷端低溫腐蝕。

1.2 造成反應(yīng)器催化劑的堵塞

催化劑堵塞是指因為化合物與催化劑表面分成不斷沉積，致使催化劑毛細(xì)孔堵塞或者是活性成分被覆蓋，從而阻礙催化劑和反應(yīng)物的接觸，讓催化劑活性不斷下降。其中，最常見的是飛灰顆粒沉積堵塞。飛灰顆粒沉積會堵塞催化劑表面的微孔。或者是因為毛細(xì)管的影響，固體顆粒形成結(jié)垢后逐漸凝結(jié)，從而堵塞催化劑表面的微孔。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生將會對整個火電廠鍋爐裝置安全運行造成嚴(yán)重威脅，因此必須重點關(guān)注?？梢赃m當(dāng)更換或者是選擇催化劑進(jìn)行處理，在選用催化劑方面，使用板式催化劑與蜂窩狀的催化劑相比，板式催化劑催化的柔性水平更強(qiáng)，飛灰顆粒堵塞煙道的可能性比較低，且不需要員工經(jīng)常對煙道清掃維護(hù)。在煙氣脫硝工藝中應(yīng)用板式催化劑只需要配置伸縮式吹灰器，配置伸縮器吹飛器的數(shù)量為16只，并根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求布置成2層結(jié)構(gòu)。整個反應(yīng)器在投入使用期間，除依靠蒸汽機(jī)械式對煙道定期進(jìn)行吹灰外，還需要在反應(yīng)器中設(shè)置導(dǎo)流板，以此疏導(dǎo)煙氣流向，降低飛灰沉積的機(jī)率。同時，為了有效處理催化劑表面灰塵大量沉積的問題，還可以在反應(yīng)室第1層催化劑上增加過濾網(wǎng)，過濾煙氣，能夠有效的控制灰塵沉積的機(jī)率。

1.3 造成空預(yù)器腐蝕與堵塞

火電廠選擇性催化還原工藝在運行過程中，由于有大量三氧化硫成分存在，影響了煙氣酸露點溫度，讓其不斷提升，導(dǎo)致下游設(shè)備腐蝕的可能性加大。同時如果催化還原反應(yīng)器出后的氮氫化合物含量控制不當(dāng)，這些氮氫化合物就會和煙氣中的三氧化硫結(jié)合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而生成硫酸氫銨和硫酸銨其反應(yīng)公式為：NH4+SO2+H2O→NH4HSO4；2NH2+SO3+H2O→（NH4）2SO4。硫酸氫銨和硫酸銨是一種硫酸鹽類物質(zhì)，其特點主要包括粘結(jié)性與腐蝕性。在安裝煙氣脫硝后，硫酸氫銨和硫酸銨就會直接粘貼在空預(yù)器換熱元件上，從而加快空預(yù)器換熱面腐蝕與堵塞的速度，給空預(yù)器換熱面的整體運行性能與安全性帶來不良影響。

為了避免火電廠鍋爐運行設(shè)備在安裝煙氣脫硝裝置后可能出現(xiàn)質(zhì)量或者是安全問題，預(yù)防硫酸氫銨和硫酸銨粘貼在與空預(yù)器上進(jìn)行沉積，確保鍋爐安全穩(wěn)定運行，主要采取以下措施進(jìn)行處理：①從更換材質(zhì)屬性方面著手，利用搪瓷抗腐蝕性的材料替換火電廠中已有的空預(yù)器冷端換熱元件材質(zhì)，從而實現(xiàn)耐腐蝕的目標(biāo)；②對空預(yù)器冷端吹灰器的行程進(jìn)行改變，例如，從原來的1.3m形成提高到2m行程，利用延伸空預(yù)器冷端恢復(fù)行程的手段，滿足提高吹灰壓力蒸汽的需求，進(jìn)而有效避免空預(yù)器冷端因為積灰、低溫、堵塞及腐蝕影響鍋爐運行狀態(tài)。如圖1。

圖1 鍋爐煙氣脫硝凈化器

2 SCR脫硝裝置對鍋爐運行影響

2.1 鍋爐尾部受熱面

SCR脫硝技術(shù)主要是氨與煙氣中的三氧化硫與二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成硫酸氫銨從而影響空預(yù)器的運行。由于SCR脫硝裝置使用的催化劑，其氧化作用會將煙氣中的二氧化硫氧化成三氧化硫，進(jìn)而添加硫酸氫銨的生成量，和SNCR相比較，SCR會加大空預(yù)器腐蝕與堵塞的風(fēng)險。防治措施為對氨和催化劑中二氧化碳轉(zhuǎn)換成三氧化碳的轉(zhuǎn)換率進(jìn)行嚴(yán)格控制。據(jù)國外相關(guān)調(diào)查可知，SCR脫硝裝置中的氨逃逸量應(yīng)控制在3～5uL/L，催化劑二氧化碳轉(zhuǎn)換成三氧化碳的轉(zhuǎn)換率控制在1～1.5%（摩爾比率）之間，比SNCR的控制值要低。如表1。

表1 比較SCR與SNCR脫硝裝置的特點

2.2 鍋爐熱效率

SCR脫硝裝置與SNCR脫硝裝置一樣會降低鍋爐的熱效率，但影響卻不一樣。SCR脫硝裝置會增加鍋爐散熱損失的機(jī)率，SCR脫硝裝置需要設(shè)置反應(yīng)器并連接煙道，加大鍋爐散熱的面積。而鍋爐因為受設(shè)備空間與場地條件的影響，無法在鍋爐周圍安裝反應(yīng)器，需要安裝在鍋爐廠房外面，這樣就加長了煙道，從而增加了散熱的損失。例如，某電廠的1臺100MW機(jī)組燃煤鍋爐，在鍋爐放外面安裝脫硝反應(yīng)器，煙道長為71m。經(jīng)過詳細(xì)計算，如果使用100mm厚度的硅酸鋁保溫材料來保溫時，煙氣通過反應(yīng)器與煙道的溫度就會降低到8℃，鍋爐熱效率降低了0.3%。

2.3 引風(fēng)機(jī)

SCR脫硝裝置反應(yīng)器會增加煙道中煙氣側(cè)的阻力，進(jìn)而加大引風(fēng)機(jī)的電耗與功率。SCR脫硝裝置產(chǎn)生的煙氣阻力主要有煙道中沿程阻力、催化劑本身的阻力與局部阻力等。在反應(yīng)器中催化劑一般使用分層布置，設(shè)置成2～3層，設(shè)計反應(yīng)器中煙氣流速為6m/s，并對催化劑模件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行設(shè)計，每1層催化劑反應(yīng)過程對煙氣的阻力在200Pa左右。

3 結(jié)束語

綜上，受煙氣脫硝裝置的影響，鍋爐存在諸多問題，包括煙道系統(tǒng)阻力增大、反應(yīng)器催化劑阻塞和空預(yù)器堵塞腐蝕等，從而給鍋爐運行效率帶來不良影響。因此，在設(shè)計火電廠煙氣脫硝裝置過程中，設(shè)計人員需考慮煙氣脫硝裝置可能給鍋爐運行帶來的影響。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對所制定的措施進(jìn)行評估，選擇最為合理的裝置和運行工藝，從而為鍋爐運行的安全性與經(jīng)濟(jì)性提供保障。

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TK227

A

1004-7344（2016）18-0260-02

2016-6-1

黃 梅（1975-），女，漢族，貴州修文人，助理工程師，大專，主要從事工作和研究方向為火電廠安全管理方面。