鍋爐SCR脫硝空氣預(yù)熱器堵塞原因分析及解決措施

吳永

摘要：近年來，為了降低煙氣中氮氧化物的濃度，大多燃煤鍋爐都配備了脫硝系統(tǒng)，為了確保達(dá)標(biāo)排放，氨投放量較多，導(dǎo)致氨的逃逸率高，副產(chǎn)物硫酸氫銨嚴(yán)重堵塞空預(yù)器，從而影響鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性?；诖?，本文詳細(xì)探討了鍋爐SCR脫硝空氣預(yù)熱器堵塞原因及其措施。

關(guān)鍵詞：SCR脫硝;空氣預(yù)熱器;堵塞

一、SCR原理

脫硝系統(tǒng)由SCR裝置系統(tǒng)與氨站系統(tǒng)組成。SCR系統(tǒng)包括煙道、反應(yīng)器、氨氣噴入系統(tǒng)、稀釋風(fēng)機(jī)、氨/空氣混合器、催化劑、吹灰器、輸灰裝置等。氨站系統(tǒng)為全廠脫硝系統(tǒng)共用，主要負(fù)責(zé)液氨的儲(chǔ)存和供應(yīng)，包括液氨儲(chǔ)罐，蒸發(fā)器、緩沖罐、吸收罐等。SCR裝置布置在鍋爐尾部煙道省煤器后、空預(yù)器前。

SCR脫硝技術(shù)原理是將稀釋的氨氣NH3注入鍋爐尾部煙道，并與煙氣充分混合，混合氣體自上而下流經(jīng)催化劑，在適當(dāng)反應(yīng)溫度及催化劑作用下，NH3與NO、NO2等氮氧化物反應(yīng)生成對空氣無害的氮?dú)猓∟2）及水蒸汽（H2O），主要反應(yīng)是：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O

二、硫酸氫銨生成機(jī)理

1、形成。鍋爐煤粉燃燒產(chǎn)生的煙氣中含有SO2等氣體，其中約0.5%～1.0%的SO2被氧化為SO3。在SCR反應(yīng)中，催化劑中的活性組分將SO2催化氧化為SO3，其反應(yīng)式為：

2SO2+O2→2SO3

在脫硝過程中，由于NH3與NOx的反應(yīng)不完全，氨的逸出不可避免，氨逸出率主要取決于以下因素：過量的氨注入和不及時(shí)的調(diào)節(jié);噴氨格柵調(diào)節(jié)分配不均，氨流量不均;設(shè)定的NH3/NOx比不合適;反應(yīng)溫度不在最佳范圍內(nèi);催化劑使用壽命過長，活性降低;催化劑積灰堵塞。

煙氣中逃逸的NH3與SO3反應(yīng)形成兩種副產(chǎn)物，即硫酸氫銨和硫酸銨，其反應(yīng)為：

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4

2、性質(zhì)和危害。當(dāng)鍋爐煙氣中NH3含量遠(yuǎn)大于SO3時(shí)，反應(yīng)主要生成干粉形式的硫酸氨，不會(huì)對空預(yù)器造成粘附積灰。當(dāng)SCR后煙氣中SO3濃度高于NH3濃度時(shí)，反應(yīng)主要生成硫酸氫銨（ABS）。ABS的露點(diǎn)一般在147℃左右，在此溫度下，ABS以液體形式存在，液體硫酸氫銨是一種粘性很強(qiáng)的鼻涕狀態(tài)物質(zhì)，空預(yù)器正常運(yùn)行冷端溫度為110℃～150℃，因此，ABS的物理特性使其容易在空預(yù)器冷端冷凝沉積，并且不能通過常規(guī)的蒸汽吹灰進(jìn)行吹掃。硫酸氫銨粘附在煙氣中的飛灰顆粒上，加劇了空預(yù)器換熱元件的堵塞及腐蝕，一方面降低了空預(yù)器的換熱效率，提高了排煙溫度，降低了鍋爐的經(jīng)濟(jì)性;另一方面，煙氣道阻力增大，風(fēng)機(jī)出力加大，廠用電率增大，而且軸流式送風(fēng)機(jī)存在失速風(fēng)險(xiǎn)，從而影響其經(jīng)濟(jì)性與安全性。然而，硫酸氫銨的沉積過程是可逆的，隨著溫度的升高，其粘性逐漸降低，易被吹灰蒸汽吹落，被煙氣帶走。

三、硫酸氫銨的控制策略

1、控制氨逃逸量。在常規(guī)的空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)中，冷段層上方及中間層下方溫度為145～235℃，在此溫度范圍內(nèi)，硫酸氫銨將從液體變?yōu)楣腆w。硫酸氫銨具有很強(qiáng)的吸附性，在整個(gè)反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生大量灰分，這些灰分將沉淀在空氣預(yù)熱器中，最終導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞，并增加總阻力，嚴(yán)重時(shí)還將導(dǎo)致鍋爐停機(jī)和空氣預(yù)熱器的全面清理。泄露的氨會(huì)在空氣預(yù)熱器中與三氧化硫生成硫酸氫銨，其物理性質(zhì)為無色結(jié)晶，易潮解，易吸附煙氣中的灰塵，從而導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞，如不及時(shí)解決，將嚴(yán)重影響脫硝裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)硫酸氫銨及硫酸銨與金屬接觸時(shí)，會(huì)引起金屬大面積腐蝕，導(dǎo)致催化劑金屬支撐架及空氣預(yù)熱器冷段腐蝕。通過運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及整體熱力學(xué)分析，反應(yīng)物的具體濃度和比例對硫酸氫銨的形成會(huì)有不同程度的影響。當(dāng)氨濃度增加時(shí)，硫酸氫銨的形成量將顯著增加，硫酸氫銨形成量的增加將導(dǎo)致空氣預(yù)熱器內(nèi)積垢的增加，從而導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞。逸出的氨和入爐煤硫份增加也會(huì)導(dǎo)致空氣預(yù)熱器中硫酸氫氨的過度沉積。

針對這一問題，有必要嚴(yán)格控制氨泄漏量，優(yōu)化設(shè)計(jì)不合理的反應(yīng)器入口管道，若長期使用不合理的反應(yīng)器入口管道，反應(yīng)器截面上的物質(zhì)流量會(huì)發(fā)生偏差，導(dǎo)致氨泄漏。定期檢查機(jī)組系統(tǒng)中催化劑含量，若已非常接近原設(shè)計(jì)的期限標(biāo)準(zhǔn)，則需定期檢查催化劑并清理灰塵。在整個(gè)過程中，需使用檢修機(jī)檢查吹灰效果是否符合標(biāo)準(zhǔn)。研究裝置催化劑整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整是否更換或加裝催化劑預(yù)留層。

2、入爐煤的硫含量控制。煤中硫的含量決定了煙氣中SO3的濃度，而SO3濃度對硫酸氫銨的形成有重要影響。燃料需采用合理配煤方式，盡量減少入爐煤的含硫量。集控運(yùn)行人員應(yīng)了解煤質(zhì)情況，及時(shí)做好應(yīng)對調(diào)節(jié)。

3、控制SCR入口的NOx含量。氨的注入量取決于SCR出入口的氮氧化物含量。因此，從源頭上嚴(yán)格控制SCR入口NOx含量。配風(fēng)調(diào)節(jié)是主要手段，采用分級(jí)配風(fēng)（調(diào)節(jié)OFA風(fēng)門開度）時(shí)，應(yīng)綜合考慮控制高溫低氧NOx、防止高溫腐蝕保障鍋爐安全性。

4、SCR反應(yīng)器嚴(yán)格執(zhí)行吹灰規(guī)定。SCR反應(yīng)器的蒸汽吹灰和聲學(xué)吹灰應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行。輸灰機(jī)處定期測溫工作執(zhí)行到位，防止積灰堵塞。盡量保持反應(yīng)器表面清潔，以保證良好的反應(yīng)效率，降低氨逸出率。

5、控制三氧化硫的生成量。爐膛煤是產(chǎn)生三氧化硫最核心的裝置，尤其是在溫度較高和氧氣含量大時(shí)，其產(chǎn)生的量更多。在此階段，最有效的方法是在氧氣濃度不是特別高的情況下進(jìn)行有效燃燒，同時(shí)，在這種環(huán)境中，化合物的還原性質(zhì)會(huì)直接影響三氧化硫的產(chǎn)量。此外，若還想減少三氧化硫的生產(chǎn)量，可使用添加鈣鎂的方法，因三氧化硫的產(chǎn)生通常在很大程度上直接來自于二氧化硫，因此，當(dāng)使用五氧化二釩為催化劑時(shí)，釩的濃度不得過高，一般來說，若要有效降低三氧化硫的濃度，1%的濃度就已足夠。同時(shí)，減少催化劑對其增加氧化性的影響也可使二氧化硫不更容易轉(zhuǎn)換為三氧化硫。另外，若要加強(qiáng)對三氧化硫的控制效果，還可添加適量的三氧化鎢。

四、空預(yù)器改造

1、為了提高傳熱元件的材質(zhì)需求，在選擇低溫區(qū)空預(yù)器材料時(shí)，應(yīng)充分考慮裝置的耐腐蝕性、抗堵灰能力、抗冷凝能力。當(dāng)前，傳統(tǒng)方法中使用的鋼材制成的SCR脫硝裝置不能滿足NH4HSO4反應(yīng)的耐腐蝕性。搪瓷管式空預(yù)器是一項(xiàng)突破傳統(tǒng)鋼材防腐工藝的新技術(shù)，它是一種新型防腐產(chǎn)品，在普通鋼管上涂敷一層特殊的無機(jī)瓷釉，經(jīng)過特殊工藝處理后在950℃高溫下燒制而成，具有耐腐蝕、耐磨、耐溫變、表面光滑不易積灰、適合水洗等優(yōu)點(diǎn)。選用搪瓷管式空預(yù)器時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制搪瓷質(zhì)量，搪瓷層應(yīng)有一定厚度以保證使用壽命，注意搪瓷層上形成的裂紋及小孔，嚴(yán)格防止煙氣通過小孔與裂縫進(jìn)入耐腐蝕性差的低溫元件，造成搪瓷脫落和損壞。

低溫段采用搪瓷材質(zhì)元件，可增加低溫搪瓷元件的煙氣通過量，防止空預(yù)器低溫腐蝕的形成，預(yù)防氨鹽對裝置的堵塞及腐蝕，提高空預(yù)器使用壽命。通過對表面的灰塵進(jìn)行清除處理來增加儀器表面的潔凈度可以很好地降低NH4HSO4結(jié)晶的產(chǎn)生。而NH4HSO4結(jié)晶對于設(shè)備具有很強(qiáng)的吸附能力，影響設(shè)備的正常使用，

2、增加表面潔凈度。通過去除表面灰塵以增加儀器表面的潔凈度，能很好地減少NH4HSO4結(jié)晶的產(chǎn)生。而NH4HSO4結(jié)晶對設(shè)備有較強(qiáng)的吸附能力，影響設(shè)備的正常使用。因此，必須在現(xiàn)有清灰基礎(chǔ)上加強(qiáng)力度，除高壓蒸汽外，還可添加高壓水流進(jìn)行清洗，以便從氣與液兩方面對其進(jìn)行清潔。

3、增強(qiáng)密閉性。若密封性不足，高壓蒸汽的傳熱效果將不夠，導(dǎo)致NH4HSO4污垢凝結(jié)增加。鍋爐檢修時(shí)，加強(qiáng)對空預(yù)器的檢查，對泄漏的空預(yù)器管束進(jìn)行盲堵，必要時(shí)更換新的空預(yù)器。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘禮金.鍋爐SCR煙氣脫硝空氣預(yù)熱器堵塞原因及其解決措施[J].熱力發(fā)電，2016（08）.