燃煤電廠氨逃逸對(duì)電袋復(fù)合除塵器運(yùn)行影響分析及預(yù)防

陳信良

摘要：分析了燃煤電廠氨逃逸的原因以及氨逃逸的生成物硫酸氫銨對(duì)電袋復(fù)合除塵器電收塵區(qū)和袋收塵區(qū)運(yùn)行的影響。從日常運(yùn)行維護(hù)的角度出發(fā)，提出了減少氨逃逸的措施，對(duì)燃煤電廠處理同類型問題有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：氨逃逸;電袋除塵器;硫酸氫銨;積灰

0 引言

近年來，盡管我國大力開展新能源建設(shè)，但在目前以及未來相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，火力發(fā)電裝機(jī)容量將依然占據(jù)我國電力供應(yīng)的主導(dǎo)地位。燃煤電廠產(chǎn)生了大量的粉塵、SO2、NOx、汞及化合物等污染，為控制煙氣排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，煙氣治理中采用了一系列的收塵措施。以氮氧化合物（NOx）為例，根據(jù)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》（環(huán)發(fā)〔2015〕164號(hào)）文件要求，燃煤電廠煙氣污染物中NOx≤50 mg/m3（標(biāo)干態(tài)，6% O2）[1]，脫硝效率需要調(diào)高至90%以上，目前采用的選擇性催化還原法，簡稱SCR，是我國燃煤電廠應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。綜合經(jīng)濟(jì)效益的考量，SCR反應(yīng)器通常采用高灰型布置方式（流程如圖1所示），NH3是SCR脫硝技術(shù)的還原劑，通常由液氨或者尿素?zé)峤馓峁?。在催化劑的作用下，將燃煤煙氣中的NOx還原成N2和H2O;另外，煙氣中的部分SO2也會(huì)被氧化成SO3。

燃煤電廠通常采用增加催化劑層數(shù)以及加大噴氨量的方式來提高脫硝效率，因此隨著脫硝效率的提高，氨逃逸也會(huì)相應(yīng)增加，氨逃逸的副產(chǎn)品硫酸氫銨（ABS）對(duì)后續(xù)除塵設(shè)備的運(yùn)行效能會(huì)產(chǎn)生許多負(fù)面的影響。

1 硫酸氫銨的生成機(jī)理

有研究表明，硫酸氫銨的生成溫度為190～240 ℃[2]，根據(jù)硫酸氫銨的物理特性（表1），硫酸氫銨的沸點(diǎn)為350 ℃，而SCR催化劑最佳的反應(yīng)溫度在340～380 ℃，可見在副反應(yīng)發(fā)生時(shí)，生成的硫酸氫銨主要為氣相，其在溫度降低時(shí)凝結(jié)[3]。在具體的工程應(yīng)用中，若發(fā)現(xiàn)催化劑失活，短時(shí)間內(nèi)可以通過增加鍋爐負(fù)荷，提高煙溫使硫酸氫銨氣化，從而讓催化劑恢復(fù)活性。

2 氨逃逸對(duì)電袋復(fù)合除塵器的影響

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，由于脫硝無法完全反應(yīng)，氨逃逸是無法避免的，有研究表明，氨逃逸率不大于2.28 mg/m3（3 ppm）時(shí)，對(duì)脫硝后煙道設(shè)備影響較小[4]。而且由于硫酸氫銨具有強(qiáng)黏性（表1），煙氣中有少量硫酸氫銨附著在粉塵上可以降低粉塵的比電阻，使粉塵在除塵器電區(qū)中更易被荷電收集，同時(shí)硫酸氫銨還可以粘聚粉塵，改變粉塵粒徑，在布袋區(qū)使粉塵更容易被攔截過濾。

但是，過量的氨逃逸將導(dǎo)致大量的硫酸氫銨生成，煙氣流經(jīng)空預(yù)器、低溫省煤器到達(dá)除塵器后溫度降至100 ℃左右，此時(shí)硫酸氫氨已經(jīng)從氣態(tài)充分凝結(jié)，大量硫酸氫銨對(duì)電袋復(fù)合除塵器的除塵效率有較大的不利影響。

下面以包頭某煤化工熱電站鍋爐配套電袋復(fù)合除塵器實(shí)際運(yùn)行故障為例進(jìn)行說明。據(jù)反饋，該機(jī)組投運(yùn)后其電袋復(fù)合除塵器在運(yùn)行一段時(shí)間后阻力居高不下，設(shè)計(jì)運(yùn)行阻力為不大于1 200 Pa，實(shí)際運(yùn)行阻力為1 600 Pa左右，后期逐漸上升，最高達(dá)到了4 300 Pa。運(yùn)營方利用機(jī)組檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)除塵器內(nèi)部進(jìn)行檢修，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部大量積灰，且不易清理。在電場區(qū)可以看到陰極線被積灰包裹，針刺肥大（圖2）;布袋區(qū)濾袋積灰嚴(yán)重，且呈球狀（圖3）。

結(jié)合該機(jī)組運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)脫硝噴氨裝置多個(gè)噴嘴脫落，氨逃逸檢測裝置故障，判斷可能是氨逃逸過量導(dǎo)致的積灰。運(yùn)營方對(duì)積灰NH4 +、SO4 2-含量進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，氨含量超過1 mg/g時(shí)即除塵器已發(fā)生較嚴(yán)重堵塞，無法有效清灰，由此可見，該機(jī)組氨逃逸現(xiàn)象特別嚴(yán)重。

硫酸氫銨呈酸性，將積灰少量置于玻璃皿中，用水完全潤濕，用pH計(jì)檢測酸堿度，取樣的粉塵呈酸性，pH值為5.43。由以上信息可以進(jìn)一步證實(shí)積灰是由硫酸氫銨含量過高造成的。

電袋復(fù)合除塵器電區(qū)除塵是利用陰極針刺線尖端放電的原理對(duì)粉塵荷電，使荷電粉塵在電場區(qū)中被陽極板收集，針刺線肥大會(huì)造成導(dǎo)電體的曲率半徑增大，電荷密度下降[5]，表現(xiàn)為二次電流降低，若陰陽極積灰過多，甚至?xí)霈F(xiàn)反電暈現(xiàn)象，使電區(qū)除塵效率大幅降低。同時(shí)，因?yàn)榱蛩釟滗@呈酸性，對(duì)針刺線有腐蝕作用，過量硫酸氫銨粉塵長期包裹針刺線，會(huì)使針尖鈍化，對(duì)陰極放電產(chǎn)生不可逆的負(fù)面影響。

電區(qū)除塵效率降低，必將造成布袋區(qū)除塵負(fù)荷的增加，具有強(qiáng)黏性的粉塵大量附著在濾袋上，造成清灰困難，這是運(yùn)行阻力大幅上升的直接原因。長期清灰困難將使黏性粉塵滲入濾袋內(nèi)部，造成濾袋不可逆堵塞。濾袋堵塞，引起過濾風(fēng)速增大，超出設(shè)計(jì)允許值，可能造成破袋，使濾袋失效，排放超標(biāo)。圖4所示為對(duì)該電袋復(fù)合除塵器濾袋的電鏡分析，可見其纖維層中存在大量板結(jié)粉塵。

進(jìn)一步對(duì)濾袋進(jìn)行透氣性分析（表3），由結(jié)果可見，積灰是濾袋過濾效率下降，設(shè)備阻力上升的主要原因。

氨逃逸產(chǎn)生的過量硫酸氫銨不但對(duì)電袋復(fù)合除塵器的電區(qū)、袋區(qū)的運(yùn)行有負(fù)面影響，對(duì)排灰也會(huì)造成阻礙。粉塵中含硫酸氫銨將造成收集的粉塵流動(dòng)性變差甚至板結(jié)，導(dǎo)致輸灰不暢甚至堵塞，若達(dá)到儲(chǔ)灰安全極限，對(duì)除塵器形成結(jié)構(gòu)性安全威脅，將迫使機(jī)組停運(yùn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，這在機(jī)組運(yùn)行中屬于重大的安全隱患。因此，重視脫硝氨逃逸監(jiān)測，對(duì)保障整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。

電袋復(fù)合除塵器相比電除塵器，在除塵效率以及適用范圍等方面有顯著的優(yōu)勢，但在防范氨逃逸引起的設(shè)備異常方面，電袋復(fù)合除塵器應(yīng)用機(jī)組應(yīng)當(dāng)更加重視。硫酸氫銨積灰的一大特點(diǎn)是附著穩(wěn)固，清理困難，但利用硫酸氫銨溶于水的特性，可以采用水洗方法在停爐檢修時(shí)清理電除塵器。顯然，這一方法不適用于電袋復(fù)合除塵器，若出現(xiàn)嚴(yán)重的糊袋異常，目前只能采用更新濾袋的方式恢復(fù)設(shè)備性能，因此重視氨逃逸監(jiān)測，避免氨逃逸超標(biāo)，可以減少電袋復(fù)合除塵器運(yùn)維的成本。

3 故障預(yù)防措施

根據(jù)故障產(chǎn)生的原因，可以從運(yùn)行、檢修、技術(shù)改造以及運(yùn)行參數(shù)調(diào)整的角度預(yù)防氨逃逸對(duì)電袋復(fù)合除塵器的影響。