大唐魯北發(fā)電廠空預(yù)器堵塞原因分析及對策

周月旭

【摘 要】大唐魯北發(fā)電廠2臺330MW機組采用SCR脫硝裝置、三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。在運行過程中，空預(yù)器出現(xiàn)較嚴重的堵塞現(xiàn)象，引起風(fēng)煙系統(tǒng)多種缺陷，嚴重時影響機組出力。本文分析了空預(yù)器堵塞的原因，并結(jié)合原因分析給出了解決方案。由于SCR脫硝系統(tǒng)在國內(nèi)廣泛應(yīng)用，本文對同類型的問題有一定參考價值。

【關(guān)鍵詞】燃煤機組；空預(yù)器；SCR脫硝；堵塞

Cause Analysis and Countermeasures of Air Preheater Blockage in Datang Lubei Power Plant

ZHOU Yue-xu

（Datang Shandong Power Maintenance Operation Co.， Ltd.， Qingdao 266500， Shandong Province， China）

【Abstract】Datang Lubei Power Generation Co. Ltd has2×330MW units with SCR denitration device， three sectional regenerative air-preheater. During the operating process， the air pre-heater appeas serious plugging phenomena， which causing various defects of flue gas system and seriously affecting the units output. This paper analyzes the reasons of air preheater clogging， and gives the solution based on the analysis of the reason. Because the SCR denitrification system is widely used in China， this paper has a certain reference value to the same type of problems.

【Key words】Coal fired unit；Air-preheater；SCR denitration；Plugging phenomena

1 問題簡述

大唐魯北發(fā)電廠配備兩臺330MW燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機組。兩臺機組后期配套SCR煙氣脫硝裝置，采用液氨作為還原劑，SCR反應(yīng)器內(nèi)按2+1方案預(yù)留一層催化劑空間，脫硝效率按照80%設(shè)計，NOx排放濃度不大于80mg/m3?？疹A(yù)器采用三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，結(jié)構(gòu)如下圖：

自2015年年初開始，魯北發(fā)電廠2臺機組4臺空預(yù)器開始出現(xiàn)不同程度的堵塞現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為：空預(yù)器壓差變大；空預(yù)器電機電流變大；引風(fēng)機電機電流變大；嚴重時影響機組出力。

下圖2是2016年某月份魯北電廠1號機組引風(fēng)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，可以看到2臺空預(yù)器的壓差在2KPa左右，電流在12A左右，引風(fēng)機電流在200A左右，這些參數(shù)均遠遠超過設(shè)備正常運行值。

2016年3月，利用2號機組臨停檢修機會，檢修人員打開2A、2B空預(yù)器人孔門檢查，發(fā)現(xiàn)空預(yù)器內(nèi)部積灰嚴重。清灰時，除了大量干灰外，還有部分質(zhì)地堅硬的物體附著在空預(yù)器冷端蓄熱元件上，這種物體非常難清理。后經(jīng)化學(xué)分析，該物質(zhì)為硫酸氫氨。

2 原因分析

2.1 硫酸氫氨的形成過程

按照國家《火電廠大氣污染物排放標準》的相關(guān)規(guī)定，氮氧化合物（NOx）的排放上限為100㎎/m3。魯北發(fā)電廠同全國大部分電廠一樣，選用SCR脫硝法對煙氣進行脫硝處理。SCR脫硝法即選擇性脫硝法，是利用還原劑（NH3）在金屬催化劑（載體為TiO2，主要有效成分為V2O5）作用下， 選擇性地與煙氣中的NOx反應(yīng)生成氮氣（N2）和水（H2O）。其主要的化學(xué)反應(yīng)方程式[1]為：

4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O（1）

4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O（2）

燃煤電廠以含硫的煤作為燃燒物，鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣中含有SO2和SO3，另外，SCR脫硝法中的催化劑有效成分V2O5在一定條件下跟SO2反應(yīng)，生成SO3，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

V2O5+SO2=V2O4+SO3（3）

SCR脫硝過程中，還原劑NH3不可能完全與NOx反應(yīng)，不可避免會有一部分逃逸掉，即發(fā)生“氨逃逸”現(xiàn)象。逃逸的NH3與方程式（3）中的SO3、煙氣中的H2O反應(yīng)，生成NH4HSO4及（NH4）2SO4。

NH3+SO3+H2O=NH4HSO4（4）

2NH3+SO3+H2O=（NH4）2SO4（5）

2.2 硫酸氫銨的物理性質(zhì)

硫酸氫氨固態(tài)時為白色結(jié)晶，通常狀況下其熔點為147℃，沸點為350℃，在液態(tài)時有較強的吸濕性，易使煙灰附著，且溫度越低吸附能力越強[2]。而（5）式中的硫酸氨正常狀態(tài)下為干灰，且不具有吸附性。

結(jié)合魯北發(fā)電廠實際情況，在脫硝裝置中硫酸氫氨逐漸形成，由于機組運行時脫硝裝置煙氣溫度較高，硫酸氫氨此處為氣態(tài)。隨后煙氣進入空預(yù)器，空預(yù)器冷端溫度在150-230℃之間，煙氣中在脫硝及空預(yù)器中形成的硫酸氫銨在該溫度下由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，吸附在冷端元件上。由于其在該溫度時，硫酸氫氨為液態(tài)或由液態(tài)像固態(tài)轉(zhuǎn)化，有較強的吸附能力，會吸附大量干灰。最終，凝結(jié)為固態(tài)的硫酸氫氨以及吸附的干灰導(dǎo)致空預(yù)器冷端積灰嚴重。

2.3 影響硫酸氫銨形成量的因素分析

2.3.1 NH3、H2O與SO3的濃度。通過方程式及影響化學(xué)反應(yīng)的因素分析可知，一定條件下NH3、H2O與SO3的濃度越高，生成的硫酸氫銨量越多。而NH3與SO3的濃度影響因素如下[3]：endprint

a設(shè)定的NH3/NOx 摩爾比。根據(jù)式（1）、（2）可以得到NH3/NOx摩爾比的理想數(shù)值，然而實際生產(chǎn)中為了嚴格控制氮氧化合物的排放量，往往多投放還原劑，使得NH3/NOx摩爾比超過正常值。該數(shù)值往往在實際生產(chǎn)中先行被設(shè)定，運行過程中不易更改。

bNH3的投放效率，也就是SCR脫硝反應(yīng)器中NH3與NOx混合的程度，混合程度越高，反應(yīng)越充分。反之，則需要提高NH3的濃度來保證還原反應(yīng)進行。

C催化劑的因素。催化劑的投放方式、是否及時更新等會影響選擇性還原進行的程度，從而影響NH3的含量。

d根據(jù)方程式（3），SCR脫硝中金屬催化劑的因素對SO3的濃度有一定影響。此外，電廠選擇的煤種中硫的含量以及鍋爐燃燒時情況（配風(fēng)情況）均能影響SO3的形成。鍋爐燃燒過程中應(yīng)合理配風(fēng)。

2.3.2 NH3與SO3濃度的乘積。影響情況如下圖[4]：

由表中可以得出結(jié)論：同等溫度下，NH3與SO3的濃度乘積越高，硫酸氫氨越易形成，且越易成為固態(tài)。

2.3.3 煙氣溫度。當(dāng)溫度低于硫酸氫銨的凝結(jié)點時，硫酸氫銨由氣態(tài)變?yōu)橐后w，黏附在設(shè)備上吸附干灰。溫度進一步降低，硫酸氫銨由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，吸附在設(shè)備上造成堵塞，且極難清除。

2.3.4 NH3與SO3摩爾比。NH3與SO3摩爾比與硫酸氫銨形成的關(guān)系如下：當(dāng)NH3/SO3摩爾比大于2時，主要形成硫酸氨；當(dāng)NH3/SO3摩爾比小于1時，主要形成硫酸氫銨。根據(jù)前面的分析及方程式（4）可知，應(yīng)控制NH3/SO3摩爾比不小于1，否則會生產(chǎn)對空預(yù)器影響較大的硫酸氫銨。

3 解決方案

魯北電廠采用在線水沖洗的方案解決空預(yù)器堵塞問題。但效果并不明顯。由于硫酸氫銨固態(tài)時為結(jié)晶體，質(zhì)地堅硬且牢牢的吸附在元件上，水沖洗并不能從根本上解決問題，且投資較高。只能沖掉表面的積灰。由圖中也可以看出，空預(yù)器壓差、引風(fēng)機電流等參數(shù)均較高。

實際生產(chǎn)中也可采用停機處理空預(yù)器堵塞的方法。在用一般方法清除掉表面的機會后，采用化學(xué)試劑浸泡的方法，清理掉硫酸氫銨結(jié)晶物。但停機往往需按調(diào)度計劃，且需要較大的人力物力。

根據(jù)硫酸氫銨形成的原因分析，可以采用以下方案降低硫酸氫銨的形成。

（1）加強對脫硝裝置的管控，降低氨逃逸量。在脫硝裝置入口、出口加裝檢測裝置，加強對氨逃逸的監(jiān)控，以便及時采取措施。優(yōu)化脫硝流場運行，使煙氣、還原劑、催化劑能高效接觸，提高反應(yīng)的效率，降低NH3損失。優(yōu)化催化劑排列方式、擺放形狀，及時更換催化劑，提高反應(yīng)效率?？刂颇柋龋O(shè)置定值時根據(jù)脫硝裝置運行情況合理確定，完成脫硝指標的同時使摩爾比盡量等于1。

（2）優(yōu)化運行，控制煙氣溫度。鍋爐在低效率運行時，煙氣溫度降低，這樣會擴大硫酸氫氨的沉積面積。另一方面，脫硝裝置在運行時，還原反應(yīng)及催化劑的作用均對溫度有一定要求，一般情況下，脫硝裝置的合理運行溫度按照鍋爐高效率運行時的煙氣溫度設(shè)定。因此合理的控制鍋爐穩(wěn)定運行，避免鍋爐在高低效率區(qū)間來回擺動，在低效率區(qū)間過長時間停留，對降低氨逃逸量，優(yōu)化催化劑的使用，消除硫酸氫氨的生成具有積極意義。

（3）控制SO3的生成量。選用含硫低的煤種，鍋爐運行中合理配風(fēng)，合理使用催化劑V2O5。

（4）此外，根據(jù)硫酸氫氨的物力性質(zhì)，可通過提升積灰較嚴重處的溫度的方法，使硫酸氫氨由固、液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)，隨煙氣排出。國內(nèi)已有電廠通過此方法治理空預(yù)器堵塞情況，效果較為理想。具體的方法有：加裝旁路煙道、省煤器改造、回?zé)岢槠a充給水加熱、通過運行操作對空預(yù)器升溫等。其中，對空預(yù)器升溫方法，主要通過穩(wěn)定負荷下對送風(fēng)機、引風(fēng)機的操作來達到使空預(yù)器溫度升高的目的，進而使硫酸氫氨氣化排出，減少煙氣堵塞。該方法投資低，見效快，在制定好相關(guān)措施的情況下值得一試。

4 結(jié)論

大唐魯北電廠空預(yù)器堵塞問題已持續(xù)較長時間，對機組安全經(jīng)濟運行造成影響。通過本文的分析可知，堵塞的主要原因硫酸氫氨的形成幾乎是不可避免的，可以通過控制氨逃逸、優(yōu)化脫硝及鍋爐運行管控、提升空預(yù)器溫度等方法控制空預(yù)器堵塞問題。

【參考文獻】

[1]王杭州.SCR對脫硝效率及SO2轉(zhuǎn)化影響分析[J].電力科學(xué)與工程，2008，24（5）：17-19.

[2]張強.SCR控制NOx排放技術(shù)在我國應(yīng)用前景[A].全國NOx治理研討會論文集[C].中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會，2004.

[3]陳海林，宋新南，等.SCR脫硝性能影響因素及維護[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報，2008，23（2）：145-147.

[4]Fossil Energy Research Corporation.In Situ Device for Real-Time Catalyst Deactivation Measurements[R].Final Technical Report：DOE Project 422FC2G05NT4229898，Laguna Hills， California， May 2007.endprint