脫銷工藝對鍋爐效率及鍋爐設(shè)備的影響

劉洋

摘要：脫硝工藝已經(jīng)成為一種新型的、成熟的工藝。隨著脫硝工藝的大量應(yīng)用，對鍋爐產(chǎn)生的影響也越來越得到電廠的重視，本文將針對脫硝工藝對鍋爐效率及對鍋爐設(shè)備產(chǎn)生的影響進行介紹。

關(guān)鍵詞：脫硝；鍋爐效率；鍋爐設(shè)備

0前言

脫硝工藝通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)，將還原劑噴入爐膛或煙氣溫度適合的煙道內(nèi)，在高溫下還原劑與煙氣中的NOx在沒有催化劑參與的情況下發(fā)生還原反應(yīng)，實現(xiàn)脫氮。脫硝反應(yīng)過程中氨逃逸和噴入的水容易會對爐膛受熱面和鍋爐效率產(chǎn)生影響。

1、氨的逃逸率對鍋爐設(shè)備的影響

無論SNCR、SCR、還是SNCR/SCR都是采用氨基作為脫硝還原劑，即最終參與脫硝反應(yīng)的都是氨氣。在實際工程應(yīng)用中，由于氨與NOx混合與分布不勻、NH3過量、溫度窗的限制等，使得氨與NOx的不能完全反應(yīng)，這樣就會有少量的氨與煙氣一道逃逸出反應(yīng)器。這種情況稱之為氨逃逸。

氨的逃逸是不希望看到的。主要原因是逃逸的氨本身是一種二次污染，另外一個很重要的原因就逃逸的氨將會引起鍋爐后部設(shè)備包括空預(yù)器、電除塵等造成沾污與腐蝕。脫硝反應(yīng)中氨逃逸主要可導(dǎo)致：

——生成硫酸銨沉積和腐蝕空氣預(yù)熱器等下游設(shè)備。

——造成FGD廢水及空氣預(yù)熱器清洗水中含NH3

——增加飛灰中的NH3化合物

鍋爐的燃燒過程中，燃煤中的元素硫絕大多數(shù)燃燒生產(chǎn)SO2，但是不可避免有少量的SO3生成，雖然燃燒的過程中SO3的生成量非常有限，但是其所產(chǎn)生的影響不可低估。

SCR比SNCR脫硝工藝的氨逃逸要求嚴格的原因，就是因為SCR由于采用了脫硝催化劑，使得SO2/SO3轉(zhuǎn)化率增加。當(dāng)煙氣中的SO3與未參與脫硝反應(yīng)的逃逸產(chǎn)生反應(yīng)，將會生成銨化合物NH4HSO4以及（NH4）2SO4。NH4HS04在180～240qC溫度之間呈液態(tài)，當(dāng)溫度低于180℃時呈固態(tài)。硫酸銨具有腐蝕性和粘性，可導(dǎo)致鍋爐尾部煙道設(shè)備包括空預(yù)器、電除塵等的腐蝕與損壞。

另，這種冷凝物部分會沉積在飛灰上，部分粘附在空氣預(yù)熱器表面，因此80%以上逃逸氨被傳遞給飛灰進入電除塵器。研究發(fā)現(xiàn)，氣態(tài)NH3在電除塵器中會被吸附在飛灰上。經(jīng)過除塵器后有少量的氨會被帶入其下游的FGD。

因此無論SCR還是SNCR對氨的逃逸都有嚴格的限定，SNCR工藝由于相對的SO3較少，一般限定其氨逃逸控制在10ppm以下，SCR要嚴格控制氨逃逸在3ppm以下。

2、爐膛噴尿素溶液對鍋爐效率的影響

尿素水溶液噴入鍋爐爐膛出口的煙氣中，對鍋爐內(nèi)煙氣的輻射特性和熱物理性質(zhì)有影響，并增加煙氣的流量，吸收煙氣的熱量。

以灞橋項目為例，脫硝前煙氣含水量為64t/h，煙氣中水份體積濃度為8%；尿素水溶液蒸發(fā)后在煙氣中的濃度大約為1%，由于濃度很低，不會明顯影響煙氣的輻射傳熱，亦不會明顯改變煙氣的熱物理性質(zhì)和增加煙氣的流量，從而不會明顯影響對流傳熱。

尿素水溶液的蒸發(fā)會吸收一些煙氣熱量，相當(dāng)于煤的水分增加，使水蒸發(fā)吸收的汽化潛熱總量增加。由于鍋爐排煙溫度高于水的蒸發(fā)溫度，所以這部分熱量無法被鍋爐受熱面回收，從而增加鍋爐排煙熱損失，使鍋爐熱效率降低。這部分熱損失的計算如下：

△Q=Mr·r+M1·Q1-M1·Q2

式中：Mr和r分別為尿素水溶液的質(zhì)量流量和汽化潛熱，M1為尿素用量（525kg/h），Q1為尿素分解吸收熱（100kj/mol），Q2為脫硝反應(yīng)釋放熱（406kJ/m01）。由此造成的鍋爐熱效率降低值如下：

△11=AQ/（Mc·Qar）×100%

式中，Mc為額定負荷時鍋爐的燃煤量（132.1t/h），Qar為煤的收到基低位發(fā)熱量（21200kj/kg）。每小時噴入爐膛的水量為12.3t/h，鍋爐排煙溫度為126℃，水汽化吸收熱量為34670000kj/h：脫硝反應(yīng)放熱6230000kj/h。

對于即將采用SNCR.脫硝工藝的燃煤發(fā)電機組，計算的鍋爐熱效率的降低值為1.02%。

3、SCR脫硝裝置對鍋爐及輔助系統(tǒng)的影響

3.1.對鍋爐性能和安全的影響

安裝SCR脫硝裝置會使鍋爐的散熱表面積增加和煙氣阻力增大。鍋爐散熱表面積的增加使鍋爐的散熱量增加，影響鍋爐的熱效率，再加之氨氣的噴入，使進入空氣預(yù)熱器的煙氣溫度降低，一般煙氣溫度降低的幅度很小，對空氣預(yù)熱器的換熱和鍋爐排煙溫度影響很小。

SCR和煙道的阻力大約增加800～1000Pa左右，這將增加引風(fēng)機的電耗。煙道阻力增加后，對煙道設(shè)計的影響相將分成三部分：在省煤器出口至SCk入口范圍，煙道壓力與原設(shè)計相同，與爐膛承受壓力基本一致，對煙道強度計算沒有影響；在SCR出口至空氣預(yù)熱器入口范圍，煙道壓力與省煤器出口相比，將增加SCR阻力損失和部分煙道阻力損失，煙道設(shè)計壓力將提高，對煙道強度計算有影響，加強筋須加強；在空預(yù)器出口煙道，煙道設(shè)計壓力除考慮SCR和部分煙道阻力的影響外，還要考慮預(yù)熱器本身阻力增加的影響，煙道外形尺寸不變，煙道強度須重新計算并增加加強筋。

安裝SCR后，空氣預(yù)熱器段煙氣負壓增加較多，空氣預(yù)熱器風(fēng)側(cè)和煙氣側(cè)壓差值增加，壓差的增加通常會使空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率增加0.8～1.5%左右。

另外，如果把空氣預(yù)熱器的冷段材料改變?yōu)榉栏牧?，傳熱效果變差，要求增加受熱面，將在一定程度上影響鍋爐排煙溫度和效率。SCR脫硝裝置中催化劑和空氣預(yù)熱器可能的積灰和堵塞也將會影響鍋爐的安全運行。當(dāng)然，這種影響完全可以通過加強對SCR系統(tǒng)的運行檢測、吹灰與維護而消除。

3.2.對空氣預(yù)熱器的影響

3.2.1對空氣預(yù)熱器產(chǎn)生影響的原因

1）SO₂向SO₃的轉(zhuǎn)換率增加。

SO2在催化劑和一定溫度下能被空氣中的O₂所氧化，即在催化劑活性成分V2O5的作用下，SO₂向SO₃的轉(zhuǎn)換率會相將增加，SO₃與煙氣中的水份生成硫酸。

2）逃逸（逸出）氨與硫酸反應(yīng)生成硫酸氫銨或硫酸銨，硫酸氫氨在150～230℃的粘稠狀態(tài)下易造成堵灰。

3）SCR及其煙道的阻力引起空氣預(yù)熱器內(nèi)負壓值增加。

3.2.2空氣預(yù)熱器運行維護

1）嚴格控制SCR出口NH3逃逸率，盡量控制在3ppm以下，這是保證空氣預(yù)熱器不堵灰的重要前提。

2）在煙氣阻力上升30%左右時，需對空預(yù)器進行在線清洗，打開冷端吹灰器高壓水系統(tǒng)，同時投運蒸汽吹灰（保證及時吹干換熱元件表面）。

3）在用高壓水不能有效緩解空預(yù)器堵灰時，可以在停爐階段用大流量水沖洗設(shè)備徹底清洗轉(zhuǎn)子。

4）不主張用過高壓頭蒸汽對預(yù)熱器吹灰，長期吹灰壓頭超高，可能會損壞空預(yù)器冷端傳熱元件，煙氣通道因元件變形后會更易堵塞，而且很難清理。

5）空氣預(yù)熱器其它運行要求與傳統(tǒng)空預(yù)器相同。

綜上所述，采用SCR煙氣脫硝系統(tǒng)后，空氣預(yù)熱器通過合理的改造，不會危及鍋爐安全運行；但控制NH3的逃逸量，是保證空預(yù)器性能和穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

4、結(jié)束語

采用脫硝裝置，有可能影響還原劑噴射區(qū)受熱面的布置，但不會對高溫受熱面造成腐蝕；對鍋爐尾部受熱面（主要是空預(yù)器）的沾污、堵塞和腐蝕可通過限制氨逃逸量加以控制；對鍋爐熱效率的影響原則上是不可控制的。