化學(xué)分析法在解決環(huán)保設(shè)備異常中的應(yīng)用

馮長寧，張詩琪，李海強，徐天元

(1.內(nèi)蒙古國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021025；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

針對4個電廠在運行過程中發(fā)現(xiàn)環(huán)保設(shè)備的異常情況，通過化學(xué)分析的方法逐一找出問題根源，包括除塵器效果下降、脫硫系統(tǒng)運行異常、除塵器腐蝕、布袋除塵器運行異常等問題，從運行、檢修及改造的角度提出若干建議,為火電廠同類型環(huán)保設(shè)備異常分析與處理提供參考。

1 A廠除塵器效果大幅度下降

A廠為2×600 MW供熱機(jī)組，環(huán)保設(shè)備采用SCR、雙室四電場靜電除塵器、石灰石-石膏濕法脫硫設(shè)備。在超凈排放投運一段時間后，除塵器二次電流不斷降低，除塵效果變差。在增加二次電壓后二次電流變化較小，改變運行電壓不能改變二次電流，除塵效果依然沒有改善，通過化驗除塵器不同電場灰樣中硫酸氫銨進(jìn)行分析，結(jié)果如下。

1.1 化驗結(jié)果

對A廠除塵器不同電場灰樣中的硫酸氫銨進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

由表1可知，第二電場檢驗結(jié)果明顯偏高，其他電場灰中硫酸氫銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本處于2%～3%。除第二電場外平均極線灰中硫酸氫銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.35%，極板灰中硫酸氫銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.01%。

表1 A廠除塵器灰樣中硫酸氫銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果 單位：%

1.2 結(jié)果分析

a.根據(jù)以往A廠的歷史數(shù)據(jù)分析，按照除塵器煙氣流量為2 123 000 Nm3/h、煤質(zhì)分析灰分為9.26%、燃煤量為320 t/h、灰轉(zhuǎn)化系數(shù)為0.9、氨逃逸質(zhì)量濃度為2.28 mg/m3計算，A廠灰中理論硫酸氫銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)為0.121%。除第二電場外平均極線灰中硫酸氫銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為理論值的19.6倍，極板灰中硫酸氫銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為理論值的25.1倍。

b.A廠脫硝系統(tǒng)投產(chǎn)后進(jìn)行的性能試驗并未對氨逃逸進(jìn)行檢測，根據(jù)灰中硫酸氫銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)和以往化驗經(jīng)驗進(jìn)行分析，現(xiàn)階段脫硝出口煙氣氨逃逸質(zhì)量濃度在22.78～30.36 mg/m3。

c.通過對灰中硫酸氫銨的分析，找出A廠出現(xiàn)除塵器運行異常的主要原因是脫硝系統(tǒng)氨逃逸過高，多余的硫酸氫銨在除塵器極板、極線上形成板結(jié)，從而造成電暈封閉[1]。A廠通過更換脫硝催化劑、進(jìn)行脫硝噴氨優(yōu)化等手段解決此問題。

2 B廠脫硫系統(tǒng)運行異常

B廠3號機(jī)組為1000 MW機(jī)組，環(huán)保設(shè)備采用SCR、雙室五電場靜電除塵器、石灰石-石膏濕法脫硫設(shè)備。脫硫系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)漿液起泡、脫水困難等問題，導(dǎo)致此情況發(fā)生的原因有脫硫入口含塵量過高、石灰石品質(zhì)不達(dá)標(biāo)、CaSO3氧化效果不達(dá)標(biāo)、吸收塔漿液中毒等[2]，分別對B廠粉塵、吸收塔漿液、石膏、石灰石分別取樣進(jìn)行分析。

2.1 樣品分析及結(jié)果分析

2.1.1 灰樣分析

在電廠脫硝系統(tǒng)運行中，如果SCR出口氨逃逸過高會對除塵器運行產(chǎn)生一定影響，使石膏脫水系統(tǒng)因脫硫入口粉塵量過高而脫水困難。取3號機(jī)組除塵器灰斗中的灰樣進(jìn)行分析。通過分析，灰中硫酸氫銨與灰的質(zhì)量比為230.942 mg/kg，按照經(jīng)驗判斷，脫硝系統(tǒng)并沒有出現(xiàn)出口氨逃逸過高等問題。排除除塵器因硫酸氫銨板結(jié)導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)入口粉塵量較高，從而導(dǎo)致石膏脫水困難的可能性。

2.1.2 石灰石分析

在石灰石倉取樣進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。由分析可知，石灰石品質(zhì)難以滿足脫硫系統(tǒng)設(shè)計要求。石灰石純度難以滿足設(shè)計要求(90%)。同時，石灰石中MgCO3高會導(dǎo)致脫硫塔漿液中Mg2+較高，從而帶來漿液易起泡等問題。

2.1.3 石膏分析

分別對2、3號機(jī)組石膏取樣進(jìn)行化學(xué)分析，分析結(jié)果見表3(2號機(jī)組石膏脫水系統(tǒng)運行正常)。

表2 對B廠石灰石成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果

表3 2、3號機(jī)組石膏成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果

由分析可知，石膏中CaSO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，并不存在因為氧化不充分導(dǎo)致脫水困難的問題。3號機(jī)組石膏含水率較大，超過石膏可利用的經(jīng)驗數(shù)值(14%)。同時，3號機(jī)組石膏中Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，不能達(dá)到石膏品控標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.4 漿液分析

對3號機(jī)組脫硫系統(tǒng)漿液進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見表4。

表4 3號機(jī)組脫硫系統(tǒng)漿液分析結(jié)果

觀察分析結(jié)果，由表4可知，3號塔漿液存在Mg2+、Cl-質(zhì)量濃度超標(biāo)問題。漿液中Mg2+質(zhì)量濃度較高時會導(dǎo)致漿液出現(xiàn)起泡現(xiàn)象(按照經(jīng)驗吸收塔漿液中Mg2+質(zhì)量濃度一般維持在4000 mg/L以下)，同時在對石灰石進(jìn)行分析過程中發(fā)現(xiàn)，石灰石中MgCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高[3]。綜上推斷，石灰石品質(zhì)不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致漿液中Mg2+質(zhì)量濃度超標(biāo)，從而導(dǎo)致漿液出現(xiàn)起泡現(xiàn)象。

漿液中Cl-質(zhì)量濃度過高時，漿液的沉降性能將減弱影響石膏的結(jié)晶，導(dǎo)致結(jié)晶缺陷造成生成的石膏不穩(wěn)定，使大的石膏晶體在不飽和條件下溶解加快而生成大量的細(xì)小晶體，從而導(dǎo)致脫水困難，并導(dǎo)致石膏中Cl-質(zhì)量濃度超標(biāo)[4]。

2.2 原因與解決辦法

通過對脫硫系統(tǒng)各項指標(biāo)進(jìn)行化學(xué)分析，找出B廠出現(xiàn)脫硫運行異常的主要原因是石灰石中MgCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，同時漿液中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高。B廠后續(xù)通過更換石灰石、增加脫硫系統(tǒng)廢水排放等手段解決此問題。

3 C廠除塵器發(fā)生腐蝕

C廠為2×330 MW機(jī)組，環(huán)保設(shè)備采用SCR、低溫省煤器、雙室四電場靜電除塵器、石灰石-石膏濕法脫硫設(shè)備。在停爐檢修期間發(fā)現(xiàn)，2號機(jī)組除塵器陽極板出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

3.1 樣品分析及結(jié)果分析

3.1.1 酸露點分析結(jié)果

對C廠實燒煤質(zhì)進(jìn)行分析，并以此為依據(jù)，計算除塵器處酸露點，經(jīng)計算除塵器處酸露點為86 ℃，低于除塵器常規(guī)運行溫度，排除運行溫度低于酸露點導(dǎo)致結(jié)露腐蝕的可能。

3.1.2 陽極板灰樣分析結(jié)果

對C廠2號機(jī)組除塵器陽極板殘存灰樣進(jìn)行取樣分析。經(jīng)分析陽極板垢樣中硫酸氫銨與灰的質(zhì)量比為15 714.2 mg/kg、15 648.8 mg/kg(平行樣品)，此結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)驗上灰中硫酸氫銨與灰的質(zhì)量比(<200 mg/kg)。硫酸氫銨是強酸性物質(zhì)，會對除塵器極板造成較大的腐蝕作用。

3.2 原因與解決辦法

通過對灰中硫酸氫銨進(jìn)行化學(xué)分析，找出C廠出現(xiàn)除塵器異常的主要原因是灰中硫酸氫銨過高，硫酸氫銨主要源自SCR反應(yīng)器：當(dāng)SCR反應(yīng)器氨逃逸過高時，逃逸的NH3會跟催化劑氧化產(chǎn)生的SO3反應(yīng)生成硫酸氫銨[5]。后續(xù)C廠通過定期對催化劑進(jìn)行活性檢驗及再生處理、氨分布調(diào)整、氨逃逸設(shè)備校對等手段解決此問題。

4 D廠布袋除塵器運行異常

D廠為240 t/h燃煤鍋爐，采用SNCR+SCR脫硝、半干法脫硫技術(shù)，半干法脫硫后接1臺布袋除塵器?，F(xiàn)階段鍋爐SO2、NOx排放限制按200 mg/Nm3控制。近期電廠在運行過程中發(fā)現(xiàn)布袋除塵器壓差出現(xiàn)異常(>2000 Pa)，當(dāng)停運半干法脫硫設(shè)備后，除塵器壓差下降明顯(下降至500 Pa以內(nèi))。

4.1 樣品分析及結(jié)果分析

4.1.1 糊袋可能性分析

經(jīng)了解，脫硫投運期間除塵器入口煙氣溫度在100 ℃左右；半干法脫硫采用的水源為風(fēng)機(jī)冷卻水，水溫30 ℃以上。經(jīng)以上2點基本排除由于運行溫度較低產(chǎn)生糊袋現(xiàn)象導(dǎo)致的除塵器壓差異?，F(xiàn)象。

4.1.2 SNCR噴氨過量

a.化學(xué)分析結(jié)果

電廠現(xiàn)階段采用SNCR爐內(nèi)噴尿素法+SCR進(jìn)行脫硝，在檢修期間取出布袋除塵器中的布袋，布袋表面產(chǎn)生一層黏性物質(zhì)，懷疑此黏性物質(zhì)是氨逃逸過量產(chǎn)生的硫酸氫銨。因此，對灰中硫酸氫銨進(jìn)行測試，同時對該鍋爐理論尿素耗量進(jìn)行計算，計算結(jié)果如下。

灰中硫酸氫銨與灰的質(zhì)量比分別為12 347 mg/kg、12 948 mg/kg，此結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)驗上灰中硫酸氫銨與灰的質(zhì)量比(<200 mg/kg)。

SNCR處理煙氣流量為450 000 Nm3/h(標(biāo)干，6%O2)，NOx原始質(zhì)量濃度為400 mg/Nm3，NOx控制限值為200 mg/Nm3，氨氮摩爾比按1.25計算，鍋爐理論尿素耗量為0.146 t/h。氨氮摩爾比按1.5計算，鍋爐理論尿素耗量為0.176 t/h。遠(yuǎn)小于現(xiàn)階段實際尿素耗量(0.45 t/h)。

b.結(jié)果分析

SNCR作用原理是向鍋爐特定溫度區(qū)間(850～1100 ℃)噴入一定量尿素，尿素在爐內(nèi)分解生成NH3，NH3與NOx反應(yīng)從而實現(xiàn)脫硝的目的。當(dāng)尿素過量噴入后，爐內(nèi)會產(chǎn)生較多未反應(yīng)的NH3氣體，NH3會與鍋爐燃燒產(chǎn)生的少量SO3氣體發(fā)生反應(yīng)生成硫酸氫銨[6]。硫酸氫銨熔點147 ℃，是一種黏性較強的物質(zhì)。硫酸氫銨會在布袋上進(jìn)行富集，減弱布袋的透氣性。因此當(dāng)半干法脫硫投運后布袋除塵器在處理含塵高的煙氣時壓差增大。

由于D廠采用的是SNCR技術(shù)，煙氣中雖然含有大量NH3氣體，但SO3氣體很少，因此產(chǎn)生的硫酸氫銨量相對較少，因此現(xiàn)階段在停運半干法脫硫的情況下并未對布袋產(chǎn)生較大影響，但隨著硫酸氫銨不斷富集，布袋透氣性會不斷下降，不采取一定手段進(jìn)行控制有可能后期在停運脫硫的情況下仍難以保證布袋除塵器壓差。

4.2 原因與解決措施

對灰中硫酸氫銨進(jìn)行化學(xué)分析，找出D廠出現(xiàn)除塵器異常的主要原因是灰中硫酸氫銨過高，硫酸氫銨主要源自SNCR+SCR反應(yīng)器：當(dāng)SCR反應(yīng)器氨逃逸過高時，逃逸的NH3會跟催化劑氧化產(chǎn)生的SO3反應(yīng)生成硫酸氫銨，解決措施如下。

a.調(diào)整尿素溶液

現(xiàn)階段使用的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%以上的尿素溶液，SNCR技術(shù)一般設(shè)計噴入爐內(nèi)使用的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的尿素溶液。當(dāng)尿素溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%時，噴入爐內(nèi)尿素霧化效果較差，反而影響了脫硝效果[7]，建議適當(dāng)稀釋噴入的尿素溶液，同時需要對供應(yīng)泵流量進(jìn)行核算，計算降低稀釋比后，該泵能否滿足尿素供應(yīng)量。

b.氨逃逸測試

建議D廠定期對煙氣中氨逃逸質(zhì)量濃度進(jìn)行測試，對在線監(jiān)測設(shè)備定期維護(hù)校對，有助于運行人員進(jìn)一步監(jiān)測脫硝運行狀態(tài)，有異常情況提早發(fā)現(xiàn)并盡快處理。

5 結(jié)語

通過以上分析可知，在環(huán)保設(shè)備出現(xiàn)運行異常時，化學(xué)分析法可以簡單有效地找出問題產(chǎn)生根源并進(jìn)行調(diào)整，可以有效解決設(shè)備異常問題。同時在設(shè)備正常投運期間加大投運期間化學(xué)分析力度，可以有效了解設(shè)備運行情況，對可能產(chǎn)生的異常情況防患于未然。本文通過對4個電廠實例分析，列舉化學(xué)分析法對不同環(huán)保設(shè)備異常情況的應(yīng)用，從運行、檢修及改造的角度提出若干建議，為其他電廠同類型環(huán)保設(shè)備的異常問題解決提供參考。