300MW機組鍋爐煙氣脫硝改造對鍋爐安全經濟運行的影響分析

沈國平　陳海燕

摘 要：通過浙能長興發電公司#3機組鍋爐煙氣脫硝改造168試運行以來鍋爐運行的情況，分析和探討了采用煙氣脫硝裝置后對鍋爐安全經濟運行方面帶來的影響，為同類型鍋爐進行煙氣脫硝改造后保證鍋爐安全經濟運行提供技術及運行管理參考，采取相應防范措施。

關鍵詞：300MW；鍋爐；煙氣脫硝；影響；防范

引言

長興發電公司#3機組鍋爐煙氣脫硝采用SCR方法，布置方式是高含塵煙氣段布置，所使用的還原劑采用液氨蒸發所得的氨氣。從鍋爐省煤器后煙道過來的煙氣，在SCR反應器入口前煙道中流經噴氨格柵時，與稀釋后從噴氨格柵噴入的氨氣充分混合后，進入SCR反應器在催化層中進行脫硝反應，再流入空氣預熱器進口煙道。為防止煙氣中的灰塵堵塞催化劑表面，從而導致脫硝效率下降，確保催化劑表面潔凈，在每個SCR反應器的每層催化劑上方均布置3臺聲波吹灰器。鍋爐一旦啟動，聲波吹灰器必須投入運行，并定時循環吹灰。

SCR脫硝裝置脫硝效率可達90%以上，極大降低煙氣NOx排放量，能滿足嚴格的國家環保排放標準。但SCR脫硝裝置對鍋爐安全經濟運行將產生較大的影響。

1 SCR法脫硝對鍋爐運行的影響

1.1 對鍋爐效率的影響

1.1.1 熱量損失。鍋爐SCR脫硝改造后，使得鍋爐尾部煙道加長，鍋爐的熱量損失主要是煙氣通過脫硝系統后煙溫會降低，通過空預器換熱影響鍋爐一、二次風溫，對鍋爐效率將會產生一定的影響。

1.1.2 空預器換熱元件堵塞，使排煙溫度升高。氨氣作為還原劑，參與還原反應時不可能100%利用，勢必存在一定的逃逸率，而氨氣和三氧化硫反應生成的硫酸氫氨在溫度180～200℃的環境中呈黏狀物，因此在空預器高溫段和低溫段處煙氣中的灰塵在該處容易和硫酸氫氨一塊極易粘附于空預器換熱面上，使空預器換熱元件臟污換熱效果降低，排煙溫度升高，鍋爐效率降低。

1.1.3 空預器漏風率增大。煙氣通過SCR脫硝系統以后的壓降將增加500Pa左右，為了使爐膛內部壓力平衡，引風機的出力將有所增加，從而導致空預器內部煙氣壓力降低，使空預器風/煙壓差增大，導致空預器漏風率增加，鍋爐效率降低。

1.2 對煙道阻力的影響

SCR脫硝裝置使煙氣阻力增加，蜂窩式催化劑隨著運行時間的增長，催化劑積灰堵塞程度也越嚴重，將導致引風機的電耗增加。

1.3 對空預器的影響

相比較來說，SCR脫硝裝置對空預器的影響更為突出。主要原因是硫酸氫氨的腐蝕性和黏結性。硫酸氫氨于灰塵一起粘附在空預器的換熱元件上，不僅降低換熱效果，還將會在空預器的低溫段產生低溫腐蝕。SCR脫硝裝置氨逃逸率一般設計為≯3ppm，逃逸率超過設計值時將會造成大量的硫酸氫氨生成，致使空預器嚴重堵塞，這將造成引風機電流增加，一次風機母管壓力波動大等情況。2012年12月浙能樂清發電公司#1鍋爐由于SCR脫硝改造后，氨氣逃逸率偏大，致使空預器出現嚴重堵塞情況，造成一臺一次風機跳閘引發鍋爐MFT。今年1月份，由于SCR裝置逃逸率表計不能正常投入，氨氣流量表失準，氨氣逃逸量大，我公司#3機組鍋爐空預器嚴重堵塞，單側引風機電流增加50A左右，機組出力受限。被迫進行鍋爐風煙系統半邊輪流隔離，對空預器在線進行高壓水沖洗，沖洗效果明顯（見表一）。

2 建議采取的相應防范措施

2.1 減少SCR脫硝催化劑積灰情況

為防止煙氣中的灰塵堵塞催化劑表面，從而導致脫硝率下降，確保催化劑表面潔凈，長興發電公司#3爐每個SCR反應器中每層催化劑上方布置聲波吹灰器，鍋爐一旦啟動，聲波吹灰器即投入運行，并定時循環吹掃。煙氣中灰塵的含量與煤種的灰份、燃燒調整有很大關系，但影響脫硝催化劑積灰的因素主要在于脫硝裝置所安裝的吹灰器有關。由于SCR裝置布置在省煤器后，當省煤器尾部自落式疏灰系統及倉泵不能正常工作，將會使大量的灰塵帶入脫硝上層催化劑，即便加強脫硝系統吹灰仍不能避免蜂窩狀催化劑的堵塞。

2.2 空預器傳熱元件及吹灰、沖洗改造

長興發電公司#3爐空預器正常運行時采用蒸汽定期吹灰，吹灰蒸汽是鍋爐屏過出口高壓蒸汽經過減壓過來，一般壓力設定2MPA左右，脫硝改造前吹灰效果比較好，脫硝改造后，由于硫酸氫氨的腐蝕性和黏結性所致，空預器臟污且吹灰效果差，使傳熱效果降低，空預器進、出口差壓增大，建議提高空預器吹灰壓力。今年1月份對#3爐空預器在線進行高壓水沖洗時，通過和空預器廠家溝通后采用近30MPA的高壓水進行沖洗，效果明顯，因此提高空預器正常吹灰蒸汽壓力是可行的。當發現空預器進、出口差壓增大嚴重，應在負荷低谷時段進行半邊隔離水沖洗。有資料表明，空預器低溫段傳熱元件采用搪瓷表面傳熱元件，利用搪瓷層穩定性好，耐磨損，使用壽命長的特點，同時搪瓷表面可以隔離腐蝕物與金屬接觸，其表面光潔，易于清洗；效果比較好，因此可以利用機組大小修期間對空預器傳熱元件低溫段進行更換。

2.3 控制氨逃逸率

減少氨逃逸率，控制硫酸氫氨的生成量，是減少脫硝裝置運行時對空預器的影響最為重要。生成硫酸氫氨的反應速率主要與溫度、煙氣中氨氣、SO3及水含量有關。①嚴格控制氨的噴入量，防止氨氣過量而造成氨逃逸，調整噴氨系統控制策略，采用快收慢噴的方式，不斷完善改進運算模塊，以適應各負荷階段及變化需要。②保持催化劑的活性。SCR脫硝催化劑的壽命一般在5～6年，因此SCR脫硝裝置運行一段時間后，催化劑活性會逐漸衰減，脫硝效率將會降低，氨逃逸率將會增加。當脫硝效率達不到設計值或不能滿足國家環保排放要求時，為確保鍋爐的安全運行，就必須對催化劑進行清洗或安裝備用層催化劑。③在保障鍋爐效率的情況下，通過開大低氮燃燒器燃燼風風門開度控制SCR脫硝裝置入口NOx在320mg/Nm3左右，煙囪出口NOx濃度控制在100mg/Nm3。脫硝效率盡量控制在65%-70%，符合國家環保要求。④通過對SCR脫硝裝置后煙氣分析試驗確定脫硝入口不同NOx指標所對應的噴氨調整門開度。⑤加強脫硝裝置CEMS的維護工作，確保脫硝進、出口NOx數據的準確性，為運行人員提供可靠的調整依據。⑥對每日的耗氨量進行比對，避免有過量噴氨情況。

3 結束語

采用SCR脫硝裝置，對鍋爐尾部受熱面尤其空預器的沾污、堵塞和腐蝕是不可避免的，但可通過各種措施限制氨逃逸量及催化劑的SO2/SO3氧化率加以控制；加強對空預器差壓的監視和及時沖洗以減少對鍋爐熱效率的影響，對于運行鍋爐的改造，根據現有設備空間和場地條件優化SCR設計，比較同類型鍋爐，不斷改善和優化運行方式，極大程度上減少對鍋爐安全、經濟的影響。

參考文獻

[1]《浙江浙能長興發電有限公司#3機組煙氣脫硝工程整套啟動調試方案》杭州意能

[2]趙華.浙能長興發電有限公司SCR運行規程.

[3]姚強.NOx的產生機理及排放控制技術.清華大學.

作者簡介：沈國平（1973，12-），男，漢族，浙江湖州人，大學本科，工程師，主要從事火電機組集控運行的研究工作。

陳海燕（1977，8-），女，漢族，浙江湖州人，大學本科，助理工程師，主要從事火電機組集控運行的研究工作。