SCR脫硝系統(tǒng)對鍋爐設(shè)備的影響及對策

朱 琳

(大唐淮南洛河發(fā)電廠，安徽 淮南 232008)

煤炭為我國的主要能源，在一次能源中約占75 %。其中84 %以上的煤炭通過燃燒方法利用，而煤燃燒釋放出的NOX化合物是造成大氣污染的主要污染源。在國家能源環(huán)保政策的鼓勵(lì)下，煙氣脫硝裝置繼脫硫裝置后，成為電廠建設(shè)不可或缺的組成部分。

1 SCR脫硝裝置

某電廠2臺(tái)630 MW超臨界機(jī)組采用上海鍋爐廠生產(chǎn)的630 MW超臨界壓力直流鍋爐，為單爐膛四角切圓燃燒，一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)∏型燃煤鍋爐，于2007年底投入生產(chǎn)。鍋爐燃用淮南當(dāng)?shù)孛海O(shè)計(jì)煤種為淮南潘一礦煤，校核煤種為淮南新集礦煤，少部分燃用外來煤。

SCR煙氣脫硝裝置布置在鍋爐省煤器與空預(yù)器之間，脫硝反應(yīng)器位于送風(fēng)機(jī)與一次風(fēng)機(jī)的上方。SCR脫硝裝置采用蜂窩式催化劑，按照“2+1”模式布置，反應(yīng)器安裝吹掃裝置，采用聲波吹灰器。

SCR煙氣脫硝裝置主要由尿素供應(yīng)系統(tǒng)、尿素溶解系統(tǒng)、熱解爐、催化劑、反應(yīng)器等組成。尿素顆粒經(jīng)斗式提升機(jī)輸送到尿素顆粒倉，再經(jīng)過中間儲(chǔ)倉送到溶解罐里。除鹽水將干尿素溶解成55 %質(zhì)量濃度的尿素溶液，再通過尿素溶液混合泵送到尿素溶液罐里。尿素溶液通過循環(huán)泵在計(jì)量分配模塊和尿素罐之間不斷循環(huán)。

尿素溶液在熱解爐內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，熱解爐出口的空氣/氨氣混合物經(jīng)母管送入各分支管，分支管內(nèi)的混合氣體經(jīng)氨注射柵格噴入煙道內(nèi)與煙氣充分混合后，流入催化反應(yīng)器。當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到一定后，與氨氣充分混合的煙氣氣流流經(jīng)SCR反應(yīng)器的催化層，氨氣與NOX發(fā)生催化還原反應(yīng)，將NOX還原為無害的N2和H2O。

2 SCR脫硝法原理

SCR脫硝法采用選擇性催化還原技術(shù)。氨蒸氣通過反應(yīng)器入口煙道噴入，與煙氣充分混合后進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，在催化劑的作用下發(fā)生還原反應(yīng)，脫去NOX。煙氣中的NOX通常由95 %的NO和5 %的NO2組成。

在SCR脫硝過程中還會(huì)發(fā)生以下副反應(yīng)：

(1)由于煙氣中含有SO2等氣體，SCR催化劑會(huì)促進(jìn)SO2氧化成SO3。

(2)NH3在脫硝過程中會(huì)有一部分逃逸出來，這部分NH3與煙氣中的SO3和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成 (NH4)2SO4和 NH4HSO4。(NH4)2SO4在 450 ℃以下時(shí)為固體粉末，其生成量較小并混合在飛灰中，對鍋爐的空預(yù)器等設(shè)備沒有影響。NH4HSO4在200 ℃左右時(shí)呈液態(tài)，具有腐蝕性和黏結(jié)性，可腐蝕下游設(shè)備和導(dǎo)致催化劑粘結(jié)。

3 SCR脫硝法對鍋爐設(shè)備的影響

3.1 對鍋爐效率的影響

3.1.1 熱量損失

(1)鍋爐安裝SCR脫硝裝置后，使煙道長度、散熱表面積增加，導(dǎo)致熱量損失。

(2)煙氣通過SCR脫硝裝置后，溫度降低5～8 ℃，對鍋爐效率產(chǎn)生一定影響。

3.1.2 效率降低

NH3與SO3反應(yīng)可生成 NH4HSO4，NH4HSO4和煙氣中的飛灰黏附在空氣預(yù)熱器換熱面上，會(huì)使換熱面臟污，使空氣預(yù)熱器的換熱效率降低，使鍋爐排煙溫度升高，最終使鍋爐效率降低。

3.1.3 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率增大

煙氣通過SCR脫硝系統(tǒng)后，壓降增加約1 kPa。為使?fàn)t膛內(nèi)負(fù)壓平衡，必須增加引風(fēng)機(jī)的出力，從而使空預(yù)器內(nèi)部煙氣壓力降低，空氣預(yù)熱器風(fēng)側(cè)與煙側(cè)的壓差增大，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率增加，鍋爐效率降低。

3.2 對煙道阻力的影響

由于煙道長度增加，且SCR脫硝裝置采用蜂窩式催化劑，使煙氣阻力增加近1 kPa，易造成積灰堵塞，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)的電耗增加。

此外，由于電廠鍋爐采用等離子點(diǎn)火，在啟動(dòng)初期大量未燃燼的煤粉沉積在催化劑上，易造成二次燃燒，影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 對空氣預(yù)熱器的影響

SCR脫硝裝置對空氣預(yù)熱器的影響較大。煙氣經(jīng)過SCR脫硝裝置后生成的NH4HSO4有腐蝕性和黏結(jié)性，若NH4HSO4與灰塵一起黏附在空氣預(yù)熱器換熱面上，會(huì)使空預(yù)器低溫段發(fā)生低溫腐蝕，同時(shí)造成空預(yù)器積灰。

當(dāng)氨的逃逸率為1 ppm時(shí)，NH4HSO4生成量很少；當(dāng)氨的逃逸率超過3 ppm時(shí)，NH4HSO4生成量會(huì)急劇增加，空預(yù)器阻力將增加約50 %，對引、送、一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行造成很大影響。

此外，鍋爐燃燒排放的煙氣中含有一定量的水分，雖然煙氣中的水汽本身露點(diǎn)溫度很低，但煙氣中的SO3會(huì)使煙氣露點(diǎn)溫度提高到140 ℃以上。因此，可能有硫酸溶液凝結(jié)在空氣預(yù)熱器的低溫段換熱元件上，造成空氣預(yù)熱器低溫腐蝕。

4 防范措施

4.1 對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行增容

為解決安裝SCR脫硝裝置后煙道加長、阻力增加的問題，電廠利用大修對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了更換，將引風(fēng)機(jī)功率由3 000 kW增至4 800 kW。

4.2 對空氣預(yù)熱器換熱面進(jìn)行改造

為防止空氣預(yù)熱器低溫段發(fā)生腐蝕，電廠在大修期間將空氣預(yù)熱器低溫段改用搪瓷表面換熱元件。雖然搪瓷表面換熱元件傳熱效果較差，需要增加受熱面，在一定程度上影響鍋爐排煙溫度和效率，但其有以下2個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)搪瓷表面可以阻隔腐蝕物與金屬接觸，其表面光潔，易于清洗；

(2)搪瓷表面穩(wěn)定性好，耐磨損，可以消除NH4HSO4對空氣預(yù)熱器運(yùn)行性能的影響。

4.3 加強(qiáng)吹灰

SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行期間，催化劑層和空氣預(yù)熱器易積灰，必須加強(qiáng)吹灰。電廠在脫硝催化劑層安裝了16支聲波吹灰器，在機(jī)組啟動(dòng)開風(fēng)機(jī)前，投入聲波吹灰器進(jìn)行循環(huán)吹掃，并縮短吹掃間隔時(shí)間，防止催化劑層積灰。空氣預(yù)熱器每班定期吹灰。發(fā)現(xiàn)煙道阻力增大時(shí)，及時(shí)對催化劑和空氣預(yù)熱器進(jìn)行吹灰，同時(shí)在停機(jī)時(shí)用高壓水進(jìn)行清洗。

4.4 嚴(yán)格控制氨逃逸率

為減小脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對鍋爐產(chǎn)生的影響，需要控制NH4HSO4的含量。生成NH4HSO4的反應(yīng)速率主要與溫度及煙氣中NH3，SO3和H2O的含量有關(guān)。對實(shí)際運(yùn)行的火電機(jī)組，煙氣中SO3及H2O的含量無法控制，因此只能嚴(yán)格控制氨的逃逸率，消除NH4HSO4對空氣預(yù)熱器運(yùn)行性能的影響。控制氨逃逸率可采取以下措施。

(1)嚴(yán)格控制氨的噴入量，防止氨過量造成其逃逸率上升，正常運(yùn)行時(shí)氨的逃逸率應(yīng)控制在3 ppm以內(nèi)。這是保證空氣預(yù)熱器不堵灰的重要前提。

(2)保持催化劑活性。在SCR脫硝裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，催化劑活性會(huì)逐漸衰減，當(dāng)其不能滿足設(shè)計(jì)值時(shí)，脫硝效率會(huì)降低，氨的逃逸量會(huì)增加，此時(shí)必須對催化劑層進(jìn)行清洗或更換。

(3)加強(qiáng)對催化劑區(qū)域的吹灰。保持催化劑表面清潔，一方面可以降低系統(tǒng)阻力，另一方面可以加大反應(yīng)面積，使氨氣充分反應(yīng)，減少氨的逃逸量。

5 結(jié)束語

電廠鍋爐在安裝SCR脫硝裝置后，存在煙道阻力增大、空預(yù)器積灰等問題，因此要采取針對性措施，降低SCR脫硝系統(tǒng)對鍋爐的影響，確保鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 蔡明坤.裝有脫硝系統(tǒng)鍋爐用回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器設(shè)計(jì)存在問題和對策[J].鍋爐技術(shù)，2005(04).

2 董建勛，閆 冰，趙宗林.火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運(yùn)行影響的分析[J].熱力發(fā)電，2007(03).

3 楊 冬，徐 鴻.SCR煙氣脫硝技術(shù)及其在燃煤電廠的應(yīng)用[J].電力環(huán)境，2007(01).