加裝SCR 裝置對鍋爐尾部轉機設備影響

陳紅，耿向瑾，李明亮，邱亞林

(云南電力試驗研究院(集團)有限公司，昆明 650217)

0 前言

NOx 是光化學煙霧和酸雨形成的主要污染物，燃煤發電機組要求安裝SCR (選擇性催化還原法)煙氣脫硝裝置以降低NOX 排放［1］，要求燃煤鍋爐的氮氧化物(以NO2 計)排放標準降低到100 mg/m3(標況)。在已投運煙氣脫硝裝置的機組中，改造過的和尚未改造的空預器均出現過因硫酸氫氨堵塞而造成煙側阻力增加的現象［2］，導致機組減出力、引風機搶風事件發生，部分空預器改造后還出現了排煙溫度升高，爐效降低的情況。

1 脫硝裝置對鍋爐尾部轉機影響

1.1 空預器硫酸氫氨堵塞及腐蝕

SCR 煙氣脫硝的原理是:在催化劑作用下，向煙氣中噴入氨，將NOx 催化還原成N2和H2O［3］，主要反應式為4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O。由于噴入的氨氣與煙氣不可能100%均勻混合，在反應器的某些區域，氨氣的含量會大于煙氣中的NOx 含量，這樣就造成氨氣相對過剩，從而形成氨逃逸。

氨逃逸和煙氣中的水蒸汽、SO3，在一定條件下會生成硫酸氫銨［4］，其反應式為:NH3+SO3+H2O=NH4HSO4。硫酸氫銨在液態下，其以液體形式在物體表面聚集或以液滴形式分散于煙氣中。液態下的硫酸氫銨是一種粘度很大的腐蝕性物質，會堵塞和腐蝕脫硝反應器和下游設備，因此氨逃逸會對機組安全穩定運行產生影響。

硫酸氫銨生成的反應速率主要與溫度、煙氣中NH3、SO3及H2O 濃度有關，硫酸氫銨的形成量隨NH3濃度的增加而增加，高SO3/ NH3摩爾比將促進硫酸氫銨的形成及其在空預器上的沉積。硫酸氫銨的形成同時依賴于溫度，當煙氣溫度略低于硫酸氫銨的初始形成溫度時，硫酸氫銨即開始形成。以往認為如果氨逃逸量在2 mg/L 以下將不會形成硫酸氫銨，然而事實上在足夠高的SO3煙氣濃度下即使1 mg/L 的氨逃逸量仍可形成硫酸氫銨。隨著NH3和SO3濃度乘積的升高，硫酸氫銨的露點溫度升高。

目前我國大型燃煤發電機組多采用可再生容克式空氣預熱器。在空氣預熱器的中、低溫端，煙氣溫度低于硫酸氫銨的初始生成溫度，硫酸氫銨會在空氣預熱器的中、低溫端的傳熱元件表面上生成［5］從而使空氣預熱器的換熱金屬元件上產生結垢、腐蝕，最終導致空氣預熱器出現壓降上升、換熱效率降低等現象，威脅空氣預熱器的安全穩定運行。

1.2 引風機搶風

脫硝劑的噴入量相對煙氣量較少，對引風機風量影響可忽略不計;但因SCR 的阻力增加約500～600 Pa，風機的工作點向左偏移，易造成引風機工作點落入不穩的工作區域，導致風機出現搶風現象。

圖1 軸流式風機并聯工作搶現象

從圖1 可以看出，兩臺具有相同性能曲線Ⅰ和Ⅱ的風機，并聯工作時總性能曲線是一條具有∞形區域的曲線。若兩臺風機在管網系統1 中運行，則點1 為系統的工作點，每臺風機都將在點1＇穩定運行，此時不會出現搶風現象。如果由于某種原因，管網系統阻力改變至系統2 時，則風機進入∞形區域內運行。此時，管網阻力曲線與兩臺并聯風機的總性能曲線Ⅲ的∞形區域同時相交于點2 和點3。風機在點2 的工作是暫時的，很快會移動到點3，使某臺風機在大風量的點3＇(穩定區域)工作，另一臺風機在小風量的點3"工作，兩臺風機的工作平衡狀態被破壞。

由于并聯運行靜調軸流式風機性能曲線的∞形區域是在小流量范圍內，所以避免風機“搶風”的根本措施是防止工作點落在∞形區域內。一旦發生，應采取措施使風機工作點離開∞形區域，如減小管網系統阻力、使管網阻力曲線右移等，使風機回到穩定工作區。冷態引風機搶風原因有幾方面的原因:

1)機組進行脫硝工程改造時，增加了SCR反應器，管網阻力增加。

2)空氣預熱器受熱面局部堵塞，流通面積減少，增加了管網阻力。

3)氨過剩使飛灰化學性質發生改變，飛灰質量變差，易積灰，導致空氣預熱器出口煙道嚴重積灰，造成管網阻力增加。引風機工作管網阻力增加是導致引風機搶風的根本原因。

2 預防措施

2.1 空氣預熱器

2.1.1 改造措施

1)合并傳統的冷段和中溫段，將換熱元件改為2 段，冷段高度加大到約800～1 200 mm，涵蓋機組不同負荷下硫酸氫氨的生成溫度范圍，保證全部硫酸氫氨在冷段完成凝結和沉積。

2)冷端換熱元件采用搪瓷涂層元件，可以隔斷腐蝕物(硫酸氫銨和由SO3吸收水分產生的H2SO4)和金屬接觸，且表面光潔，易于清洗干凈。

3)加裝SCR 系統后，空預器冷段換熱元件通常采用局部封閉、高吹灰大通透性的波形(如DNF)替代傾斜的雙層皺紋形(DU)［6］，使元件表面沉積的飛灰易于被吹灰器清掃。

4)增加高壓水吹灰裝置(雙介質吹灰器)，當煙氣阻力上升50%左右時，隔離空氣預熱器后，可對空氣預熱器進行不停機清洗。

5)換熱元件的改造，需要增加換熱面積，以維持或不增加排煙溫度。

2.1.2 控制措施

1)定期進行氨噴射流量平衡調整提高噴氨均勻性，并嚴格控制噴氨量，防止局部或整體過量噴氨，減少硫酸氫氨的生成。

2)有條件下，燃用低硫煤，減少SO3生產量，從而抑制硫酸氫銨的產生。

2.2 引風機

加裝液氨SCR 脫硝裝置后，機組尾部煙道管網阻力增加近500－600 Pa，引風機運行工作點必然左移。機組低負荷運行時段，引風機更容易運行在不穩定工作段(并列異常)，一旦受到擾動還可能發生搶風事件。應加強尾部煙道、空氣預熱器清灰工作，降低阻力，減少引風機搶風的幾率。

在鍋爐豎直煙道出口水平段煙道加裝灰斗及輸灰設備，及時輸灰，防止積灰，減少煙道阻力，防止引風機搶分風。

3 結束語

1)采用SCR 脫硝裝置，對空預器的沾污、堵塞和腐蝕可通過限制氨逃逸量及催化劑的SO2/SO3氧化率加以控制;對空預器進行相應的改造，并且考慮合理的吹灰器的運行方式。空預器改造時，需要增加換熱面積，以維持或不增加排煙溫度。為有效降低硫酸氫銨在空預器換熱元件上的形成速率，可選用搪瓷鍍層換熱元件。

2)采用SCR 脫硝裝置，對引風機的影響(即風機搶風風險的增加)可通過:在鍋爐豎直煙道出口水平段煙道加裝灰斗及輸灰設備，及時輸灰，防止煙道積灰;加強尾部煙道、空氣預熱器清灰工作等加以控制。

［1］GB 13223—2011，火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［2］鐘禮金，宋玉寶.鍋爐SCR 煙氣脫硝空氣預熱器堵塞原因及其解決措施［J］.熱力發電，2012，41 (8):45－50.

［3］吳碧君，王述剛，等.煙氣脫硝工藝及其化學反應原理分析［J］.熱力發電，2006 (11):59－ 60.

［4］馬雙忱，金鑫，孫云雪，崔基偉.SCR 煙氣脫硝過程硫酸氫銨的生成機理與控制［J］.熱力發電，2010，38 (9):12－17.

［5］董建勛，閆冰，趙宗林，王松嶺，馮兆興.火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運行影響的分析［J］.熱力發電，2007，(3):17－18.

［6］曹志勇，陳聰，湯棟.浙江省燃煤發電機組SCR 煙氣脫硝系統的運行狀況評估［J］.zhejian 浙江電力［J］，2013，(11):40－43.