鍋爐脫硝改造后空預(yù)器堵塞問(wèn)題及處理研究

陳震山

（國(guó)能（泉州）熱電有限公司，泉州 362800）

1 SCR 脫硝改造的必要性

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)鍋爐作為重要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，其廢氣排放問(wèn)題日益凸顯。特別是氮氧化物（NOx）的排放，不僅對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，還對(duì)人們的健康構(gòu)成了威脅。因此，環(huán)保法規(guī)對(duì)鍋爐NOx排放的限制越來(lái)越嚴(yán)格，促使對(duì)鍋爐進(jìn)行脫硝改造已經(jīng)成為刻不容緩的任務(wù)。在此背景下，選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脫硝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

SCR 脫硝技術(shù)以其高效、成熟的特點(diǎn)成為當(dāng)前控制NOx排放的最佳選擇。首先，該技術(shù)能夠有效降低鍋爐排放的NOx，減少大氣污染，改善空氣質(zhì)量，對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有積極作用。其次，SCR 脫硝技術(shù)能夠提高鍋爐的能源效率，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用和能源的高效轉(zhuǎn)換，降低企業(yè)的運(yùn)行成本。最后，SCR 脫硝技術(shù)的成熟可靠為其在鍋爐改造中的應(yīng)用提供了有力保障。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和應(yīng)用，SCR 脫硝技術(shù)已經(jīng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地減少NOx排放，降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。企業(yè)通過(guò)實(shí)施SCR 脫硝改造可以使生產(chǎn)過(guò)程更好地滿足環(huán)保法規(guī)的要求，并彰顯環(huán)境保護(hù)的責(zé)任感和可持續(xù)發(fā)展理念，從而提升企業(yè)形象和品牌價(jià)值。因此，無(wú)論從環(huán)保法規(guī)的要求、大氣污染的減少、能源效率的提高還是技術(shù)成熟可靠性來(lái)看，對(duì)鍋爐進(jìn)行SCR脫硝改造都是十分必要的。

2 鍋爐空預(yù)器堵塞常見(jiàn)原因

2.1 低溫硫吸附與腐蝕導(dǎo)致堵灰

在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的背景下，許多電廠都調(diào)整了發(fā)電用煤，并采用了一些煤種的摻燒技術(shù)。但是，實(shí)踐中鍋爐出口的SO2含量往往難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，這主要是因?yàn)槊旱母吡蚍趾透咚痔匦詫?dǎo)致煙氣露點(diǎn)溫度升高。煙氣露點(diǎn)溫度的上升會(huì)加劇煙氣的腐蝕性，對(duì)鍋爐設(shè)備造成損害。同時(shí)，煤的高灰分特性增加了SO3的吸附和腐蝕堵灰的風(fēng)險(xiǎn)。例如，SO3會(huì)與水蒸氣結(jié)合形成硫酸，對(duì)鍋爐的金屬材料造成腐蝕，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞和運(yùn)行效率下降。以上問(wèn)題長(zhǎng)期存在，堵灰問(wèn)題加劇，就會(huì)造成空氣預(yù)熱器（以下簡(jiǎn)稱空預(yù)器）的堵塞現(xiàn)象[1]。

2.2 吹灰不符合規(guī)定

空預(yù)器在運(yùn)行過(guò)程中通常采用蒸汽吹灰的方法來(lái)清除積灰，以保持正常運(yùn)行。然而，吹灰過(guò)程中往往會(huì)因?yàn)楦鞣N因素出現(xiàn)吹灰壓力不足、疏水不當(dāng)或吹灰槍內(nèi)漏等問(wèn)題，從而導(dǎo)致空預(yù)器積灰板結(jié)，嚴(yán)重影響鍋爐的運(yùn)行效率。運(yùn)行人員在吹灰時(shí)如果未按照科學(xué)的順序進(jìn)行，而是先吹空預(yù)器、爐膛或管束吹落的積灰，則可能會(huì)使積灰重新積聚在空預(yù)器中造成堵灰[2]。另外，如果沒(méi)有按規(guī)定進(jìn)行連續(xù)吹灰，也會(huì)導(dǎo)致油滴和煤粉附著于換熱片，從而增加煙道的阻力，影響鍋爐的燃燒效率。

2.3 NH4HSO4 堵塞

燃燒高硫分煤種的鍋爐在超低排放改造后，普遍面臨NH4HSO4堵塞空預(yù)器的問(wèn)題。研究表明，空預(yù)器煙氣環(huán)境中的SO3和NH3會(huì)反應(yīng)生成（NH4）2SO4和NH4HSO4。這些化合物的生成比例受SO3和NH3濃度影響，且SO3濃度越高，越容易生成NH4HSO4。（NH4）2SO4通常以結(jié)晶或顆粒狀存在，熔點(diǎn)達(dá)513 ℃，但在空預(yù)器換熱段溫度范圍內(nèi)（140～400 ℃）不易與飛灰結(jié)合，因此較少造成腐蝕或堵灰。相比之下，NH4HSO4的熔點(diǎn)為147 ℃，在空預(yù)器中下部換熱面上呈液態(tài)，容易與飛灰結(jié)合造成堵塞。由于燃煤機(jī)組煙氣中飛灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，NH4HSO4在146～207 ℃時(shí)為液態(tài)，使得它更易與飛灰混合，并在空預(yù)器中下部換熱面形成沉積，導(dǎo)致堵塞問(wèn)題。這一現(xiàn)象對(duì)鍋爐的運(yùn)行效率和安全性產(chǎn)生了負(fù)面影響，因此需要采取相應(yīng)的防護(hù)措施，如優(yōu)化噴氨控制、提高催化劑活性等，以減輕NH4HSO4堵塞問(wèn)題[3]。

3 鍋爐脫硝改造后空預(yù)器堵塞案例分析

3.1 鍋爐設(shè)備及脫硝改造情況

某廠生產(chǎn)的HG-1025/17.4-YM28 型亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐，代表著國(guó)內(nèi)鍋爐制造業(yè)的先進(jìn)水平。該鍋爐采納高效的四角切圓燃燒技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的低氮燃燒器，顯著降低了NOx的排放。為進(jìn)一步提升其環(huán)保性能，電廠對(duì)其進(jìn)行SCR 脫硝系統(tǒng)改造。該系統(tǒng)采用3 層脫硝層的設(shè)計(jì)，每一層都使用國(guó)產(chǎn)高品質(zhì)蜂窩式催化劑，確保脫硝過(guò)程的高效性和穩(wěn)定性。催化劑布置在高溫高塵區(qū)域，以適應(yīng)鍋爐內(nèi)部嚴(yán)峻的工作環(huán)境。SCR 脫硝系統(tǒng)的前后部位，分別安裝了用于測(cè)量NOx濃度、氧濃度的取樣探頭以及監(jiān)控氨逃逸率的測(cè)點(diǎn)，使得整個(gè)脫硝過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)精確控制，確保NOx的有效去除和氨的適量使用。此外，系統(tǒng)裝備了36 臺(tái)聲波吹灰器，用以清除催化劑表面的灰塵和沉積物，保證脫硝效率不受影響。在還原劑的選擇上，該系統(tǒng)采納液氨法作為氨的制備方案，確保了還原劑的純凈度和反應(yīng)效率，而且便于后續(xù)的脫硝反應(yīng)。液氨法的使用使得整個(gè)脫硝過(guò)程更為綠色環(huán)保，同時(shí)保證脫硝效率不低于87.5%，有效控制NH3逃逸率在0.000 25%以下，進(jìn)一步減少了污染物對(duì)環(huán)境的影響[4]。

3.2 脫硝改造后空預(yù)器堵塞問(wèn)題分析

SCR 脫硝技術(shù)改造后發(fā)現(xiàn)，空預(yù)器差壓出現(xiàn)顯著上升，表明空預(yù)器的運(yùn)行效率有所下降。同時(shí)，脫硝催化劑出現(xiàn)積灰現(xiàn)象，導(dǎo)致其失效。這些問(wèn)題的綜合效應(yīng)是氨逃逸率從改造前的0.000 25%激增至0.001 00%，嚴(yán)重影響了SCR 反應(yīng)的效率。氨逃逸率的升高意味著脫硝反應(yīng)不完全。為了達(dá)到相同的脫硝效果，電廠不得不增加噴氨量，從而增加了運(yùn)行成本。氨的過(guò)量使用，還會(huì)產(chǎn)生其他環(huán)境問(wèn)題[5]。此外，空預(yù)器差壓的上升導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)出力必須增加，以維持足夠的氣體流量。這種情況下引風(fēng)機(jī)面臨失速的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅，甚至影響整個(gè)電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，以上問(wèn)題主要是由NH4HSO4引起的。NH4HSO4是一種液態(tài)物質(zhì)，具有很強(qiáng)的黏性。當(dāng)煙氣溫度低于NH4HSO4的露點(diǎn)溫度時(shí)，這種物質(zhì)便會(huì)凝結(jié)在空預(yù)器的表面，并吸附飛灰，從而導(dǎo)致堵塞。導(dǎo)致堵塞的具體原因是噴氨量的調(diào)整不夠精確，使得氨逃逸率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值。氨逃逸率的增加意味著脫硝反應(yīng)不完全，使得氨氣與煙氣中的SO3反應(yīng)生成更多的NH4HSO4，加劇了空預(yù)器的堵塞?？疹A(yù)器的吹灰效果不佳也是原因之一，會(huì)造成灰塵積累，形成堵塞。此外，燃煤的含硫或含氮成分過(guò)多，導(dǎo)致煙氣中的SO2或NOx生成過(guò)多，會(huì)與氨氣反應(yīng)生成更多的NH4HSO4，導(dǎo)致空預(yù)器堵塞。

3.3 空預(yù)器堵塞的處理措施

3.3.1 進(jìn)行燃燒調(diào)整

該電廠經(jīng)過(guò)摸索和經(jīng)驗(yàn)積累，總結(jié)出一系列有效的措施來(lái)降低NOx的排放。第一，通過(guò)深入分析入爐煤質(zhì)、試燒新煤種以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)NOx和SO2的濃度變化來(lái)優(yōu)化燃燒過(guò)程，選擇最適合的煤種，從而在源頭上減少NOx的生成。第二，在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)進(jìn)行煙溫和風(fēng)量的精確調(diào)節(jié)，以確保脫硝催化劑保持最佳反應(yīng)溫度，降低氨逃逸率。同時(shí)，適當(dāng)?shù)臏囟群惋L(fēng)量可以確保脫硝反應(yīng)效率，減少氨的過(guò)量使用。第三，優(yōu)化磨煤機(jī)的風(fēng)粉比，減少一次風(fēng)量比例，可提高燃燒效率，減少NOx的生成。這一措施有助于提升煤粉的燃燒完全度，降低NOx的排放。第四，保持冷端溫度高于148 ℃，設(shè)計(jì)并投入熱風(fēng)再循環(huán)或暖風(fēng)器，防止NH4HSO4的生成，避免空預(yù)器的堵塞問(wèn)題。第五，控制低氮燃燒器風(fēng)門開(kāi)度，精確控制燃燒過(guò)程中的空氣量，有效調(diào)節(jié)NOx的生成，避免NOx濃度急劇上升，以達(dá)到控制燃燒過(guò)程中NOx排放的目的。第六，控制進(jìn)口NOx濃度，通過(guò)調(diào)整鍋爐負(fù)荷和制粉系統(tǒng)從源頭上減少NOx的生成。這需要電廠運(yùn)行人員對(duì)鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)有深入的了解和精確的控制。第七，在自動(dòng)增益控制時(shí)控制負(fù)荷變化率，避免NOx和氨逃逸率波動(dòng)，以保持脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。必要時(shí)，運(yùn)行人員需要手動(dòng)干預(yù)SCR 噴氨和鍋爐氧量的調(diào)整，以應(yīng)對(duì)突發(fā)的排放波動(dòng)。

3.3.2 進(jìn)行NOx控制

為更有效地控制進(jìn)入SCR 反應(yīng)器的NOx，并減少氨逃逸率，電廠決定采取以下措施來(lái)提高脫硝效率。首先，運(yùn)行人員通過(guò)手動(dòng)調(diào)整SCR 入口噴氨支管的噴氨量進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)出口NOx和NH3分布的均勻性，促進(jìn)更完全的反應(yīng)，從而降低氨逃逸的質(zhì)量濃度，同時(shí)避免過(guò)量噴氨，提高SCR 裝置的運(yùn)行效率。其次，嚴(yán)格控制脫硝出口的氨逃逸率不超過(guò)0.000 3%，并在必要時(shí)切換噴氨調(diào)閥，改為手動(dòng)模式，逐漸減少噴氨量，直到脫硝出口NOx出現(xiàn)上升趨勢(shì)，此時(shí)停止操作，以防止因噴氨過(guò)量造成的死區(qū)問(wèn)題。此外，控制脫硝出口NOx排放濃度在43～50 mg·Nm-3，確保小時(shí)均值不超標(biāo)，進(jìn)而減少噴氨量。再次，開(kāi)展氨耗量調(diào)整指標(biāo)競(jìng)賽活動(dòng)，鼓勵(lì)運(yùn)行人員早調(diào)整和精細(xì)調(diào)整，以降低噴氨量。當(dāng)發(fā)現(xiàn)脫硝效率下降時(shí)，應(yīng)先排查原因，而不是立即增加氨氣注入量，防止氨逃逸率上升。如果NOx分析儀的測(cè)量不準(zhǔn)確，應(yīng)聯(lián)系廠家進(jìn)行重新調(diào)試和標(biāo)定。最后，針對(duì)不同煤種或不同工況，對(duì)SCR 裝置入口噴氨支管的噴氨量進(jìn)行多次優(yōu)化調(diào)整測(cè)試，逐步確定每個(gè)SCR 噴氨支管手動(dòng)調(diào)閥的最佳開(kāi)度，以改善SCR 出口NOx分布的均勻性，并降低氨逃逸率。

3.3.3 做好設(shè)備治理

為確保鍋爐脫硝設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)周期的穩(wěn)定運(yùn)行，該電廠從運(yùn)行管理、停機(jī)檢修和維護(hù)保養(yǎng)3 個(gè)方面進(jìn)行全面治理和強(qiáng)化。在運(yùn)行管理方面，首要任務(wù)是確?？疹A(yù)器吹灰器的正常運(yùn)行。定期檢查和維護(hù)吹灰器，及時(shí)處理故障問(wèn)題，合理控制吹灰參數(shù)，并根據(jù)差壓變化情況適時(shí)投入連續(xù)吹灰模式，以保持空預(yù)器的清潔和效率。進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)脫硝聲波吹灰器和省煤器輸灰系統(tǒng)的檢查，確保這些關(guān)鍵設(shè)備正常工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除任何異常情況。

在停機(jī)檢修方面，該電廠堅(jiān)持“逢停必檢”的原則，對(duì)脫硝催化劑進(jìn)行定期檢查和更換，清理積灰，并嚴(yán)格控制空預(yù)器的漏風(fēng)率，以提高設(shè)備的熱效率和脫硝效果。此外，定期進(jìn)行噴氨閥門的活動(dòng)試驗(yàn)，確保閥門的靈活性和可靠性，及時(shí)排除任何故障。如果空預(yù)器出現(xiàn)堵塞問(wèn)題，可以利用低谷時(shí)段降低負(fù)荷并進(jìn)行在線沖洗，以恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行。電廠還需積極學(xué)習(xí)和引入新的脫硝分區(qū)優(yōu)化技術(shù)，以降低氨逃逸率，提高脫硝系統(tǒng)的整體性能。

在維護(hù)保養(yǎng)方面，為確?？疹A(yù)器進(jìn)出口差壓檢測(cè)儀表的正常運(yùn)行，該電廠定期進(jìn)行標(biāo)定，確保SCR出口煙氣成分分析的準(zhǔn)確性。在日常點(diǎn)檢中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)，如差壓、溫度、氨逃逸率等，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除潛在隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

鍋爐進(jìn)行SCR 脫硝改造是響應(yīng)環(huán)保法規(guī)、減少大氣污染、提高能源效率的必然選擇。實(shí)踐中合理應(yīng)用優(yōu)化噴氨控制、提高催化劑活性、控制SO3和NH3濃度等措施，可以有效降低氨逃逸率，提高脫硝效率，減少對(duì)環(huán)境的影響。加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行管理和維護(hù)保養(yǎng)，確?？疹A(yù)器等關(guān)鍵設(shè)備的正常工作，也是保障脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。各電廠在生產(chǎn)實(shí)踐中必須結(jié)合自身實(shí)際情況探索有效的空預(yù)器堵塞預(yù)防與處理措施，以確保鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。