亞臨界機(jī)組SCR脫硝空氣預(yù)熱器堵塞原因分析及對(duì)策研究

馬海員

摘? ?要：SCR裝置特別是在低溫低負(fù)荷運(yùn)行條件下，極易造成噴氨過量，形成氨逃逸，在空氣預(yù)熱器冷端生成硫酸氫銨，導(dǎo)致堵塞。此外，煤質(zhì)、空氣預(yù)熱器冷端壁面溫度、催化劑活性、低負(fù)荷等因素也可能導(dǎo)致堵塞的原因。對(duì)此，提出了通過改進(jìn)SCR系統(tǒng)、鍋爐低負(fù)荷時(shí)燃燒調(diào)整、空氣預(yù)熱器吹灰沖洗調(diào)整等方式來解決堵塞問題。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硝? 空氣預(yù)熱器堵塞? 硫酸氫銨? 氨逃逸

1? 引言

為改善大氣環(huán)境質(zhì)量，適應(yīng)國內(nèi)火電廠大氣污染物排放控制的發(fā)展需要，各燃煤電廠在近幾年均進(jìn)行了脫硝改造。天津華能楊柳青熱電廠四期工程為2×300MW燃煤機(jī)組，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG-1025/17.5-M897型亞臨界、自然循環(huán)鍋爐、單爐膛、一次中間再熱。采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，平衡通風(fēng)、四角切向燃燒、固態(tài)出渣、運(yùn)轉(zhuǎn)層以下封閉結(jié)構(gòu)，三分倉容克式回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

兩臺(tái)機(jī)組在2013年后逐步增加了SCR脫硝系統(tǒng)，SCR反應(yīng)器裝置采用了高灰型布置工藝，將反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器煙道接口之間，并按照三層模式布置催化劑。液氨法SCR方案，煙氣從省煤器出口水平煙道引出，豎直進(jìn)入SCR入口上升煙道，水平地進(jìn)入反應(yīng)器的頂部，在整流器的作用下，煙氣垂直向下通過催化劑和反應(yīng)器，并在空氣預(yù)熱器入口煙道膨脹節(jié)上游接入。

機(jī)組進(jìn)行脫硝改造后幾年來，空氣預(yù)熱器差壓逐漸增大，發(fā)生了堵塞現(xiàn)象。自從脫硝系統(tǒng)投運(yùn)以來，空氣預(yù)熱器的運(yùn)行工況發(fā)生了改變，堵塞、腐蝕情況極易發(fā)生，甚至對(duì)整臺(tái)機(jī)組的安全運(yùn)行構(gòu)成了不穩(wěn)定因素。針對(duì)近幾年空氣預(yù)熱器在使用過程中出現(xiàn)的一些問題，本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，就其危害及部分原因作出簡要的分析，并相應(yīng)給出一些預(yù)防建議措施，比如改進(jìn)SCR系統(tǒng)、鍋爐低負(fù)荷時(shí)燃燒調(diào)整、空氣預(yù)熱器吹灰沖洗調(diào)整等方式來解決堵塞問題。

2? 空氣預(yù)熱器堵塞的危害

長期沉積的水蒸汽及SO3、NH4HSO4嚴(yán)重腐蝕蓄熱元件，受熱面光潔度惡化，加重空氣預(yù)熱器的積灰，影響換熱效果;積灰不能及時(shí)清除，導(dǎo)致管排腐蝕嚴(yán)重，漏風(fēng)量增大，造成鍋爐燃燒所需的風(fēng)量不足，排煙溫度提高，鍋爐換熱效率降低，電能的消耗加大;空氣預(yù)熱器堵塞不均勻時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致爐膛負(fù)壓周期性波動(dòng)，波動(dòng)周期與空氣預(yù)熱器旋轉(zhuǎn)周期同步，由于該波動(dòng)的存在，對(duì)引風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制產(chǎn)生擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)失速，威脅到機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行甚至造成RB（RUNBACK，機(jī)組快速減負(fù)荷）。

3? 空氣預(yù)熱器堵塞原因分析

機(jī)組增加了SCR脫硝系統(tǒng)后，鍋爐空氣預(yù)熱器分別出現(xiàn)了不同程度的堵塞。SCR 反應(yīng)器的原理是在催化劑作用下，將氨氣直接噴入鍋爐省煤器下游300℃以上的煙道內(nèi)，把煙氣中的NOx還原成為對(duì)環(huán)境無影響的N2和H2O。

SCR的化學(xué)反應(yīng)原理非常復(fù)雜，主反應(yīng)是NH3 在一定的溫度下和催化劑的作用下，選擇性地把煙氣中的NOX 還原成為NO2，其反應(yīng)過程涉及到幾十個(gè)反應(yīng)方程。

當(dāng)煙溫低于220℃時(shí)，NH3與煙氣中SO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成NH4HSO4或（NH4）2SO4，當(dāng)SO3濃度較高時(shí)，按照SO3/NH3反應(yīng)的規(guī)律主要生成NH4HSO4;在147℃～210℃之間，NH4HSO4為高粘性液體，極易粘在空預(yù)器中低溫?fù)Q熱面，粘附煙氣中的飛灰，加劇空預(yù)器堵塞情況;低于147℃時(shí)，NH4HSO4為固體，影響較小。

空氣預(yù)熱器對(duì)NH4HSO4結(jié)垢異常敏感，脫硝氨逃逸造成的NH4HSO4黏附在空氣預(yù)熱器冷端壁面是堵塞的主要原因。氨逃逸控制不佳的因素有很多，包括：煙氣監(jiān)測(cè)CEMS系統(tǒng)測(cè)量比較局限，造成煙氣NOx總量不準(zhǔn)，導(dǎo)致噴氨量過大;目前市面上的氨逃逸分析儀表測(cè)量精度及準(zhǔn)確性較差，只能反映出實(shí)際趨勢(shì);SCR脫硝系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間增加后，催化劑活性下降直接影響反應(yīng)效果;負(fù)荷較低時(shí)，SCR反應(yīng)器入口煙溫下降，催化劑活性降低，脫硝效率下降;由于煙氣流場(chǎng)分布、NOx濃度分布不均、噴氨量等原因?qū)е耂CR出口氨逃逸不好控制。此外由于冬季環(huán)境溫度較低，空氣預(yù)熱器換熱面的壁溫進(jìn)一步下降，也易造成NH4HSO4的加速形成。

4? 預(yù)控措施及改進(jìn)方向

（1）SCR脫硝系統(tǒng)控制策略的調(diào)整。在負(fù)荷調(diào)整期間、異常工況下，可適當(dāng)加大人工干預(yù)力度，對(duì)脫硝效率上下限值加以控制。為避免在低負(fù)荷時(shí)噴氨過量，可以優(yōu)化低負(fù)荷時(shí)低氮燃燒的二次風(fēng)配風(fēng)方式，合理控制入口NOX含量。進(jìn)行低氮燃燒改造也可以有效控制入口NOX含量。

（2）空氣預(yù)熱器運(yùn)行方式的調(diào)整，包括吹掃行程調(diào)整及吹灰步進(jìn)時(shí)間，提高吹掃覆蓋面。四期鍋爐空預(yù)器型號(hào)為2-29VI（T）-1880 SMRC，為三分倉回轉(zhuǎn)式，空預(yù)器換熱元件分為高溫、中溫與低溫三段。為應(yīng)對(duì)硫酸氫氨的粘附堵塞，需采取相應(yīng)有效措施對(duì)空預(yù)器換熱元件的高度、材質(zhì)、板型以及除灰器等進(jìn)行改造，亦可相應(yīng)減少結(jié)垢和腐蝕率。

（3） 供氨調(diào)門、供氨流量計(jì)、噴氨格柵加強(qiáng)優(yōu)化調(diào)整，保證噴氨及煙氣的流場(chǎng)均勻分布。煙氣在線監(jiān)測(cè)CEMS系統(tǒng)加強(qiáng)校驗(yàn)和比對(duì)，增加多點(diǎn)取樣，提高測(cè)量代表性。通過日常校準(zhǔn)、定期維護(hù)等方式提高SCR系統(tǒng)測(cè)量的可靠性和準(zhǔn)確性。新建機(jī)組調(diào)試過程，一定要做好噴氨格柵的細(xì)調(diào)工作和相應(yīng)的流場(chǎng)分布試驗(yàn)等。

（4） 通過四期的兩臺(tái)機(jī)組最近幾次對(duì)空氣預(yù)熱器的在線沖洗效果來看，在沖洗初期，空氣預(yù)熱器的煙氣側(cè)差壓確實(shí)得到了降低和有效控制，但是堵塞嚴(yán)重時(shí)效果一般。機(jī)組停運(yùn)后采用高壓水沖洗的效果較好，但需要機(jī)組停運(yùn)，并會(huì)造成受熱元件表面破壞，加速NH4HSO4的沉積速度?？諝忸A(yù)熱器堵塞嚴(yán)重時(shí)，還可利用機(jī)組檢修周期進(jìn)行化學(xué)清洗，使蓄熱元件的表面更加光潔，減緩NH4HSO4的沉積以及堵灰過程，但會(huì)使用大量化學(xué)制劑，造成二次污染。所以今后要嚴(yán)格控制氨逃逸率，并在條件允許的情況下，對(duì)現(xiàn)有的固定式?jīng)_洗設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。

（5） 從脫硝的反應(yīng)原理來看，保證煙囪入口NOx排放合格的條件下，必須選擇合適的配風(fēng)方式才能降低脫硝反應(yīng)器入口NOx含量，才能減少噴氨量。機(jī)組運(yùn)行中還需要盡可能低的控制氧量。通過NOx的生成機(jī)理可知，氧量對(duì)NOx的生成量起著決定性的作用。因此，為了控制NOx含量，應(yīng)在保證燃燒充分的前提下盡可能低的控制氧量。但低氧量情況下，爐內(nèi)結(jié)焦極易發(fā)生，所以，在低氧運(yùn)行中，應(yīng)經(jīng)常對(duì)爐膛結(jié)焦情況進(jìn)行檢查，以便將氧量控制在合理范圍內(nèi)。

5? 結(jié)語

通過對(duì)典型300MW 亞臨界機(jī)組SCR脫硝空氣預(yù)熱器堵塞原因的分析及對(duì)策研究，從造成堵塞物質(zhì)的形成原理和形成工況等幾個(gè)方面進(jìn)行分析，在燃燒調(diào)整、配風(fēng)方式、加強(qiáng)在線沖洗、做好脫硝系統(tǒng)的維護(hù)等方面總結(jié)出了一些行之有效的針對(duì)措施、改進(jìn)方向，盡可能的減少空氣預(yù)熱器堵塞事件的發(fā)生，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

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