SCR鍋爐空預(yù)器堵塞的原因及處理

丁 波，羅 琳

(華能重慶珞璜發(fā)電有限責(zé)任公司，重慶 402283)

為滿足國家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，大部分火電廠均進(jìn)行了超低排放改造，其中選擇性催化還原技術(shù)(SCR)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。隨著SCR裝置的投入運(yùn)行，空預(yù)器堵塞現(xiàn)象呈加快加重的趨勢(shì)，甚至出現(xiàn)不得不申請(qǐng)停機(jī)沖洗的狀況，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。本文從理論層面對(duì)空預(yù)器堵塞的原因進(jìn)行分析，結(jié)合運(yùn)行實(shí)踐提出相應(yīng)的預(yù)防措施和處理方法，為其他電廠SCR鍋爐的空預(yù)器堵塞防控和處理提供運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

1 空預(yù)器堵塞的原因

1.1 低溫硫腐蝕堵灰

珞璜電廠SCR鍋爐主要燃燒的煤種為重慶能投松藻無煙煤，其含硫量平均為4%左右，是典型的高硫分高灰分煤種。雖然近年來電廠等采用了煙煤摻燒等技術(shù)手段來提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性，但入爐煤的平均硫分仍在2%左右，鍋爐出口SO2含量均超過3 000 mg/Nm3。燃燒煤種的含硫量和水分過高，會(huì)引起煙氣露點(diǎn)溫度的急劇升高，此外高灰分對(duì)SO3的吸附能力又進(jìn)一步增加了腐蝕堵灰發(fā)生的概率。在進(jìn)行SCR改造前，該情況是造成空預(yù)器堵塞的主要因素，但經(jīng)過多年的運(yùn)行摸索可知，若在低溫段采用低碳鋼加鍍搪瓷的材料，運(yùn)行中嚴(yán)格控制鍋爐風(fēng)煙均溫，再加上定期吹灰、煤場(chǎng)建設(shè)干煤棚等各項(xiàng)措施的輔助，空預(yù)器堵塞的情況則偶有發(fā)生。

1.2 空預(yù)器未正常吹灰

空預(yù)器一般采用蒸汽吹灰，吹灰壓力不足、疏水不充分或吹灰槍有內(nèi)漏都會(huì)導(dǎo)致積灰板結(jié)。每班運(yùn)行人員進(jìn)行鍋爐吹灰也要采用科學(xué)的順序進(jìn)行，在保證吹灰頻次的情況下，盡量順著煙氣流向從前往后吹灰，最后才進(jìn)行空預(yù)器吹灰。假設(shè)當(dāng)班人員接班后先進(jìn)行了空預(yù)器吹灰，然后才進(jìn)行爐膛或過、再熱器管束的吹灰，那么從爐膛或蒸汽管束上吹掉的積灰會(huì)重新集聚在空預(yù)器處，造成堵灰。此外，鍋爐啟動(dòng)時(shí)，未按照規(guī)定進(jìn)行輔助蒸汽連續(xù)吹灰，也會(huì)因未燃盡的油滴和煤粉附著在換熱片上導(dǎo)致煙道阻力上升。

1.3 硫酸氫銨(NH4HSO4)堵塞

噴氨過量或不均都會(huì)導(dǎo)致SCR系統(tǒng)氨逃逸過大，造成嚴(yán)重的硫酸氫銨堵塞，這在燃燒高硫分煤種的鍋爐上尤為嚴(yán)重。近年來國內(nèi)火電廠陸續(xù)進(jìn)行超低排放改造后，硫酸氫銨堵塞空預(yù)器是一個(gè)普遍存在的共同問題。理論研究表明，在空預(yù)器煙氣環(huán)境中，SO3和NH3會(huì)發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng)生成硫酸銨和硫酸氫銨：

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

NH3+ SO3+ H2O→NH4HSO4

其中，煙氣中SO3的含量不僅與過量空氣系數(shù)、爐膛燃燒工況、燃煤含硫量有關(guān)，而且SCR裝置催化劑中的活性物質(zhì)釩氧化物(V2O5)也會(huì)將部分SO2催化生成SO3。而煙氣中游離的NH3的含量升高主要與噴氨過量、噴氨不均或催化劑活性降低有關(guān)。

硫酸銨與硫酸氫銨的生成比例受到SO3和NH3濃度的影響，SO3濃度越高越容易生成硫酸氫銨。硫酸銨通常呈結(jié)晶或顆粒狀，其物理性質(zhì)為：在封閉管中熔點(diǎn)為513±2 ℃[1]，加熱到280 ℃以上時(shí)會(huì)開始分解為酸式硫酸銨和氨氣，繼續(xù)加熱到513 ℃以上時(shí)會(huì)完全分解為氨氣、氮?dú)?、二氧化硫和水。由于電廠鍋爐空預(yù)器換熱段的溫度一般分布于140～400 ℃之間，所以硫酸銨不易與煙氣中的飛灰顆粒結(jié)合，不易造成空預(yù)器腐蝕或堵灰。而硫酸氫銨熔點(diǎn)為147 ℃[1]，因此會(huì)在空預(yù)器某一區(qū)間換熱面上呈現(xiàn)為液態(tài)。對(duì)燃煤機(jī)組而言，煙氣中飛灰含量較高，硫酸氫銨在146～207 ℃為液態(tài)[2]，硫酸氫銨與煙氣中的飛灰相結(jié)合，附著在空預(yù)器的換熱面上，造成空預(yù)器堵塞，其沉積區(qū)間一般為空預(yù)器中下部換熱面。

2 空預(yù)器堵塞的現(xiàn)象

隨著堵塞的加重，相同風(fēng)量情況下空預(yù)器進(jìn)出口壓差逐漸增大，實(shí)際中一般以煙氣壓差作為主要參考指標(biāo)。在ECR工況下，煙氣壓差大于1.5 kPa時(shí)，在確認(rèn)儀表測(cè)量無誤的情況下，即可認(rèn)為空預(yù)器有堵塞現(xiàn)象。當(dāng)堵塞為非均勻性堵塞時(shí)，壓差呈現(xiàn)典型的周期性波動(dòng)，空預(yù)器運(yùn)行電流也會(huì)出現(xiàn)周期性擺動(dòng)。此外，由于堵塞后煙道流通面積減小，沿程阻力上升，引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓增大，引風(fēng)機(jī)電耗上漲，高負(fù)荷下機(jī)組配風(fēng)供給不足，可能無法帶滿負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)非均勻性嚴(yán)重堵塞時(shí)，鍋爐燃燒參數(shù)如溫度、負(fù)壓、汽包水位等周期性波動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)的情況，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

3 空預(yù)器堵塞的預(yù)防

3.1 防止低溫腐蝕

3.1.1 嚴(yán)格控制風(fēng)煙均溫

防止空預(yù)器低溫腐蝕的最有效辦法是提高風(fēng)煙均溫，即提高排煙溫度和空預(yù)器入口空氣溫度。但提高排煙溫度雖然能使腐蝕減輕，但卻增加了排煙熱損失，使鍋爐的熱經(jīng)濟(jì)性下降，因此電站鍋爐一般都采取提高空預(yù)器入口空氣溫度的辦法來解決腐蝕問題。對(duì)于安裝了低低溫省煤器(WGGH)的機(jī)組，因空預(yù)器出口有余熱回收，除了有替代傳統(tǒng)暖風(fēng)器的功能外，還可以利用多余的余熱加熱凝結(jié)水，因此適當(dāng)提高風(fēng)煙均溫對(duì)機(jī)組整個(gè)熱效率影響不大。珞璜電廠機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)一般要求風(fēng)煙均溫控制在100～105 ℃，多次停機(jī)檢查情況表明，此方式對(duì)低溫硫腐蝕的抑制效果明顯。

3.1.2 加強(qiáng)燃煤摻配管理

對(duì)煤炭的含硫指標(biāo)應(yīng)嚴(yán)格化驗(yàn)，對(duì)入廠煤種進(jìn)行分開堆放。加強(qiáng)配煤摻燒管理，在保證入爐煤發(fā)熱量、揮發(fā)分等重要指標(biāo)的前提下，通過混煤盡量降低入爐煤硫含量。此外，若有條件，可在煤場(chǎng)建設(shè)干煤棚，陰雨天氣時(shí)用干煤棚的煤進(jìn)行摻燒，從而降低原煤水分即煙氣中水蒸氣含量，達(dá)到降低露點(diǎn)溫度的目的。

3.1.3 減少燃燒過程中SO3的生成

煙氣中SO3的比例與鍋爐過?？諝庀禂?shù)、爐膛燃燒室溫度有關(guān)。爐膛過剩空氣系數(shù)越大，火焰中心溫度越高，則產(chǎn)生的SO3比例越高。因此應(yīng)要求運(yùn)行人員及時(shí)進(jìn)行燃燒調(diào)整、合理配風(fēng)，從而減少SO3的生成。

3.2 確保吹灰系統(tǒng)工作正常

空預(yù)器在運(yùn)行中一般采取蒸汽吹灰，如果吹灰蒸汽過熱度不夠，吹灰壓力不足，吹灰器有內(nèi)漏，都會(huì)嚴(yán)重影響吹灰效果。因此必須做好空預(yù)器的定期吹灰工作，吹灰前確保疏水已排盡，還要做好定期檢查吹灰槍內(nèi)漏和吹灰壓力測(cè)量工作。值得注意的是，機(jī)組啟動(dòng)過程中存在爐膛溫度較低、燃油量較大的情況，有條件的機(jī)組應(yīng)盡量在整個(gè)啟動(dòng)過程中使用輔助汽源對(duì)空預(yù)器進(jìn)行連續(xù)吹灰，防止堵灰。

3.3 防止硫酸氫銨堵塞

3.3.1 加強(qiáng)脫硝CEMS儀表維護(hù)

SCR系統(tǒng)測(cè)量CEMS儀表的準(zhǔn)確度直接影響運(yùn)行人員的判斷與調(diào)整，應(yīng)制定定期維護(hù)保養(yǎng)的制度，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行中儀表測(cè)量失準(zhǔn)時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，提高儀表的準(zhǔn)確度。特別是機(jī)組出口氨逃逸儀表，應(yīng)確保其測(cè)量的精確度，以方便運(yùn)行人員合理控制噴氨量。

3.3.2 提高噴氨調(diào)整自動(dòng)投入率

現(xiàn)代火電機(jī)組單臺(tái)值班員的值班人數(shù)一般為2～3人，人員數(shù)量少，但需要監(jiān)控的設(shè)備多，若噴氨調(diào)整長期依靠手動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)很可能發(fā)生調(diào)整不及時(shí)、噴氨過量的情況。因此，有必要組織人力、物力來提高噴氨調(diào)整的自動(dòng)化投入率，在設(shè)計(jì)調(diào)整參數(shù)時(shí)不能僅僅依靠鍋爐出口單變量進(jìn)行控制，還應(yīng)引入鍋爐燃料量、送風(fēng)量等前饋信號(hào)。

3.3.3 加強(qiáng)噴氨格柵的均勻性調(diào)整

每次機(jī)組檢修后，應(yīng)邀請(qǐng)?jiān)囼?yàn)單位進(jìn)行噴氨格柵調(diào)平工作，以保證脫銷催化反應(yīng)效率的最大化，以減少煙氣中NH3的含量。

3.3.4 脫硝分區(qū)改造

鍋爐煙道內(nèi)各部分煙氣流速、NOx濃度不是均勻分布的，傳統(tǒng)的進(jìn)出口單套儀表的測(cè)量調(diào)整方式是不夠精確的。珞璜電廠3#爐為了脫硝分區(qū)改造的試點(diǎn)，將每側(cè)煙道分為4個(gè)小分區(qū)(其空氣/氨氣混合聯(lián)箱也分為4個(gè)獨(dú)立的小聯(lián)箱)，通過安裝4套獨(dú)立的CEMS儀表對(duì)各個(gè)分區(qū)進(jìn)行獨(dú)立控制，取得了良好的效果。

3.3.5 做好催化劑的日常維護(hù)和壽命管理

嚴(yán)格執(zhí)行催化劑廠家投入和退出的溫度規(guī)定，防止催化劑中毒和效率下降。日常運(yùn)行中定期對(duì)催化劑進(jìn)行吹灰，防止積灰；此外做好催化劑壽命的統(tǒng)計(jì)工作，當(dāng)使用時(shí)限達(dá)到規(guī)定值時(shí)及時(shí)更換新的催化劑以保證SCR裝置脫硝效率的最大化。

4 空預(yù)器堵塞的處理

4.1 連續(xù)蒸汽吹灰

當(dāng)空預(yù)器出現(xiàn)輕微堵塞時(shí)，傳統(tǒng)的處理方法是提高空預(yù)器蒸汽吹灰壓力并進(jìn)行連續(xù)吹灰，具有一定的控制效果。隨著SCR裝置的投入，硫酸氫銨堵塞所占的比例越來越大，由于其具有與飛灰的良好結(jié)合性及吸濕性，連續(xù)蒸汽吹灰的效果也不甚理想。

4.2 在線水沖洗

珞璜電廠一、二期機(jī)組每臺(tái)鍋爐安裝有一套天津通潔生產(chǎn)的空預(yù)器在線高壓水沖洗裝置，其噴口可調(diào)壓力為6～20 MPa，在空預(yù)器堵塞后進(jìn)行在線水沖洗，具有較好的效果，但其對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行的影響較大，而且壓力調(diào)整過高時(shí)有沖壞換熱片的風(fēng)險(xiǎn)。

在線水沖洗條件：機(jī)組具有90%以上額定負(fù)荷；空預(yù)器倉泵入口加堵板、空預(yù)器疏灰走地溝。

在線水沖洗主要過程:將空預(yù)器雙介質(zhì)吹灰槍切換至水洗；啟動(dòng)空預(yù)器沖洗水泵；高壓沖洗水壓力正常后啟動(dòng)一側(cè)吹灰器。

在線水沖洗注意事項(xiàng)：每次在線水沖洗只能沖洗單側(cè)空預(yù)器，禁止兩側(cè)空預(yù)器一起在線水沖洗，以避免發(fā)生機(jī)組非停事故；整個(gè)在線水沖洗過程必須保持機(jī)組負(fù)荷在90%額定值以上，以便煙氣具有足夠的熱量和流速，來汽化并帶走進(jìn)入空預(yù)器的高壓沖洗水；值班人員必須對(duì)空預(yù)器底部排灰口負(fù)壓、空預(yù)器電流、煙道相關(guān)參數(shù)、電場(chǎng)和引風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常情況立即停止沖洗。

4.3 空預(yù)器升溫干燒法

4.3.1 操作原理

所謂空預(yù)器干燒法就是利用硫酸氫銨在200 ℃左右就會(huì)重新分解為NH3和H2SO4的化學(xué)特性，調(diào)整利用兩側(cè)煙道的熱偏差將堵塞側(cè)的空預(yù)器出口煙溫盡量提高到180 ℃左右，同時(shí)投入WGGH暖風(fēng)器輔助蒸汽加熱，盡量提高送風(fēng)溫度以提高換熱面的壁溫，使其自然分解以消除硫酸氫銨堵塞。

4.3.2 操作步驟

以A側(cè)空預(yù)器升溫干燒法為例。首先投入WGGH輔助蒸汽加熱并全開暖風(fēng)器出口調(diào)門以提高送風(fēng)、一次風(fēng)溫度；其次手動(dòng)緩慢降低A側(cè)送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)出力，再次緩慢開大A側(cè)引風(fēng)機(jī)出力，提高A側(cè)排煙溫度至180℃左右并保持穩(wěn)定；最后投入A側(cè)空預(yù)器連續(xù)蒸汽吹灰。

4.3.3 注意事項(xiàng)

采用升溫干燒法處理空預(yù)器硫酸氫銨堵塞時(shí)，應(yīng)隨時(shí)監(jiān)視升溫側(cè)排煙溫度，排煙溫度過高有密封間隙消失、空預(yù)器卡死的風(fēng)險(xiǎn)，排煙溫度過低又達(dá)不到應(yīng)有的效果。由于現(xiàn)代鍋爐風(fēng)機(jī)多采用軸流式風(fēng)機(jī)，兩側(cè)偏差過大時(shí)有失速和喘振的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)密切注意風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況。當(dāng)空預(yù)器壓差連續(xù)小于1.5 kPa(額定負(fù)荷下)或兩側(cè)風(fēng)機(jī)出力調(diào)平時(shí)，兩側(cè)煙氣壓差平衡后應(yīng)及時(shí)停止升溫干燒，降低機(jī)組運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.3.4 效果驗(yàn)證

珞璜電廠2#機(jī)組2020年4月1日發(fā)現(xiàn)A側(cè)空預(yù)器有堵塞現(xiàn)象(295 MW負(fù)荷下壓差達(dá)到1.66 kPa)，隨即啟動(dòng)A側(cè)空預(yù)器升溫干燒措施。2020年4月20日機(jī)組負(fù)荷再次達(dá)到301 MW時(shí)，A側(cè)空預(yù)器壓差僅為1.24 kPa，說明升溫干燒是有效果的。

4.4 空預(yù)器離線水沖洗

離線水沖洗是指機(jī)組停運(yùn)較長時(shí)間后，空預(yù)器入口煙溫小于50 ℃時(shí)進(jìn)行的人工或高壓泵水沖洗，此方面各個(gè)電廠均積累了豐富的操作經(jīng)驗(yàn)。需要提出的是，沖洗時(shí)做好沖洗污水的引流和排放處理工作，既要防止排水不暢導(dǎo)致的空預(yù)器或煙道內(nèi)積水，也要防止沖洗污水未可靠收集處理而導(dǎo)致的環(huán)境污染；離線水沖洗完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行人工拍照驗(yàn)收，隨后投入暖風(fēng)器和空預(yù)器運(yùn)行做好換熱面烘干工作，防止?jié)袷軣崦嬖俅畏e灰、積塊或發(fā)生銹蝕。

5 結(jié)論

通過對(duì)SCR鍋爐空預(yù)器堵塞的原因進(jìn)行分析，有針對(duì)性地采取措施，從而有效地解決因空預(yù)器頻繁堵塞而不得不停機(jī)沖洗這一難題。實(shí)踐證明，在機(jī)組運(yùn)行中運(yùn)用空預(yù)器升溫、空預(yù)器在線水沖洗技術(shù)是可行的，若機(jī)組調(diào)停時(shí)間較長，在空預(yù)器入口煙溫小于50 ℃的情況下，應(yīng)打開空預(yù)器人孔對(duì)積灰情況進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)有堵塞情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行離線水沖洗，徹底清除堵灰以保證設(shè)備的良好備用狀態(tài)。