某大型火電廠投入脫硝系統后軸流風機失速原因及對策

摘 要： 為了減少大氣污染，現役火電機組在增設脫硫設備的同時增設脫硝系統，以減少以一氧化氮為主的氮氧化物，降低排放量，隨著脫硝系統的投入，對相關設備的影響也隨之而來，尤其是對空預器、軸流風機的影響較大，文中通過對一次風機失速原因的分析，提出正常運行采取的措施和停爐改造辦法，通過上述方法，消除一次風機失速現象，解決空預器堵灰，保證的機組安全運行。

關鍵詞：脫硝 失速 一次風機 空預器 堵灰

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）10-0266-02

引言

在全國大型火力發電機組中，目前廣泛采用軸流式一次風機和正壓直吹式制粉系統，如果一次風機選型設計、調整或制粉系統發生故障時，極易引起風機失速，風機失速時，常常會引起風機振動加大，風機出口壓力下降，如果處理不及時，容易造成風機損壞、燃燒不穩、甚至鍋爐滅火機組停運，因此做好一次風機的選型、設計、調整工作，是保證機組安全運行的重要手段。做為大氣主要污染物之一的氮氧化物，為滿足環保要求，配置低氮燃燒器和加裝脫硝系統是火電廠降低氮氧化物排放的主要手段，隨著脫硝系統的加入，對其他設備的影響也隨之而來。

一、鍋爐及脫硝設備介紹

某廠8號600MW機組采用東方鍋爐公司制造的亞臨界、自然循環、對沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、緊身封閉、全鋼構架的Π型汽包爐。爐膛燃燒方式為正壓直吹前后墻對沖燃燒，共配有30只低氮軸向旋流式煤粉燃燒器，分三層分別布置在鍋爐前后墻水冷壁上。燃燒器的配風采用典型的MB形式，即一次風、二次風、三次風。 煙道下部布置有兩臺豪頓華公司生產的型號為32VNT1830三分倉容克式受熱面回轉空氣預熱器。 制粉系統配置6臺磨煤機，鍋爐爐膛風煙系統為平衡通風方式。選用兩臺豪頓華公司生產型號為ANN-2660/1400N的動葉可調軸流式送風機；兩臺成都電力機械廠生產的AN型入口靜葉可調軸流式引風機；兩臺豪頓華公司生產型號為ANT-1938/1250N的雙動葉調節軸流式一次風機。

該機組脫硝系統是由福建龍凈環保股份有限公司設計制造，采用液氨制備脫硝還原劑，“高含塵布置方式”的選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置。該脫硝系統采用選擇性催化還原法（SCR）全煙氣脫硝工藝。SCR反應器布置在省煤器出口與空預器入口之間的高含塵區域，其裝置在鍋爐B-MCR工況下進行全煙氣脫硝。采用單爐體雙SCR結構體布置，催化劑層數按2+1模式布置，初裝2層預留1層，在設計煤種及校核煤種、鍋爐最大連續出力工況（BMCR）、處理100%煙氣量、在布置1層催化劑條件下脫硝效率不小于50%。反應器安裝雙吹掃裝置，即蒸汽吹灰器和聲波吹灰器。反應原理如下：

SCR脫硝系統是利用催化劑，在一定溫度下，使煙氣中的NOx與氨氣供應系統注入的氨氣混合后發生還原反應，生成氮氣和水，從而降低NOx的排放量，減少煙氣對環境的污染。其中SCR反應器中發生反應如下：

（1）4NO + 4NH3 + O2 催化劑 4N2 + 6H2O

（2）NO + NO2 + 2NH3 催化劑 2N2 + 3H2O

（3）6NO2 + 8NH3 催化劑 7N2 + 12H2O

其中反應（1） 是主反應。因為煙氣中的大部分NOx 均是以NO 的形式存在的，在沒有催化劑的情況下，這些反應只能在很窄的溫度范圍內（980 ℃左右） 進行，通過選擇合適的催化劑，可以降低反應溫度，并且可以擴展到適合電廠實際工況的290 ℃～430 ℃范圍。

在反應條件改變時，還可能發生以下反應：

（4）4NH3 + O2 →2N2 + 6H2O

（5）2NH3 →N2 + 3H2

（6）4NH3 + 5O2 →4NO + 6H2O

NH3 的分解和NH3 氧化為NO 的反應都在350 ℃以上才能進行，450℃以上才能劇烈反應。在一般的選擇性催化還原工藝中，反應溫度常控制在300 ℃以上，這時還有部分NH3 氧化為N2的副反應發生。

但是在某些條件下，SCR 系統中還會發生如下不利反應：

（7）SO2 + 1/2 O2 →SO3

（8）NH3 + SO3 + H2O →NH4HSO4

（9）2NH3 + SO3+ H2O →（NH4）2HSO4

（10）SO3 + H2O →H2SO4

反應式（1） 、（2） 主要在催化劑表面進行，催化劑的外表面積和微孔特性很大程度上決定了催化劑的反應活性。

反應式（8）、（9）中形成的NH4HSO4 和（NH4）2SO4很容易對空氣預熱器造成粘污，在運行過程為了避免噴入太多的氨而發生副反應生成NH4HSO4 、（NH4）2SO4，我們通過監測SCR反應器出口的氨逃逸含量來控制噴氨量。一般氨逃逸要求小于3ppm，在保證脫硝率>80%的情況下，可以不必再增加供氨量。

為了避免由于硫酸氫氨聚集引起的催化劑暫時失活，連續運行時入口處溫度應高于硫酸氫氨的露點溫度。硫酸氫氨將首先冷凝在催化劑的空隙里，冷凝過程是可逆的，當運行溫度高于硫酸氫氨露點溫度以上時，硫酸氫氨可蒸發，催化劑將恢復活性。

硫酸氫氨的沉積物會產生粘性，吸附飛灰。當在露點以下運行時，應增加吹灰的頻率。運行溫度長時間低于硫酸氫氨露點溫度時將導致催化劑活性的明顯降低。在這種情況下，即使將溫度升至露點以上也不可能使催化劑恢復活性。在低于露點溫度的條件下連續運行的時間必須控制在300小時以內，同時催化劑的運行溫度必須在280℃以上。

二、投入脫硝系統后帶來的問題

投入脫硝系統以來，空預器差壓不斷增大，雖然每次停爐均對空預器進行水沖洗，但是鍋爐啟動一段時間后，各風機電流、風機出口壓力、爐膛負壓均小幅擺動，一次風機系統影響更大，風機失速現象頻繁發生，如下記錄2015年3月21日上午，該機組發生A一次風機失速異常事件經過：

異常發生前運行工況：機組負荷600MW，ABCDE磨運行，煤量320t/h，F磨煤機備用，A、B一次風機運行。

11：12 負荷指令600MW，煤量從296 t/h逐漸升至320t/h，A空預器差壓2.1Kpa，B空預器差壓1.7Kpa。

11：14：53 A一次風機出口壓力13.4kpa，風機風量從370t/h降至0，A一次風機失速；A一次風機動葉83%跳手動，電流120A；B一次風機動葉全開，電流260A，一次風壓降至7.3kPa并持續下降，各磨煤機風量最低97t/h。

11：15：30手動降低B一次風機動葉開度，防止B一次風機過流；

11：16：02解除燃料主控自動，打掉E磨煤機，關閉通風及密封風，一次風壓力最低降至6.4kPa后回升，穩定于7.2kPa左右；減小其余磨煤機煤量至50t/h，各臺磨煤機風量100t/h。

11：22：00 關小B一次風機動葉，防止風機并列后突然出力造成一次風壓過高，關小失速A一次風機動葉至60%，A、B一次風機重新并列運行，一次風壓回頭至9.5kPa；

11：28投入協調；

11：49啟動E磨煤機，壓力上漲較快，停止其運行，11：57 再次啟動E磨煤機、E給煤機運行；

12：01投AGC。

1.原因分析

造成風機失速的原因一般為

1.1風機動葉沖角（氣流方向與葉片葉弦的夾角即為沖角）很小，氣流繞過機翼型葉片而保持流線狀態，隨著動葉的不斷開大，當氣流與葉片形成正沖角即沖角大于零時，此沖角超過某一臨界值時，葉片背面的流動工況開始惡化，邊界層受到破壞，在葉片背面尾端出現渦流區，即所謂的失速現象。沖角大于臨界值越多，失速現象越嚴重，流體的流動阻力越大，使葉道阻塞，同時風機風壓也隨之迅速降低，風機進入不穩定的工況區。[1]

1.2風機或制粉系統發生故障，如擋板突然關閉，磨煤機跳閘，磨煤機風門聯關，由于風量瞬間減少，系統阻力增大，造成風機壓力上升，風量下降，風機動葉調整較慢，使風機進入不穩定工作區域，從而發生失速。

1.3兩臺風機特性曲線不同，使兩臺并列的風機發生搶風或自動控制失靈，使其中一臺風機進入失速區。

分析本次異常中由于漲負荷過程，煤量上漲過快，但風機動葉開度并不大，A側空預器差壓較高，B側一次風機出力增速大于A側一次風機，導致A一次風機出口壓力升高，一次風流量減小，A一次風機進入不穩定工作區。失速時A一次風機風量370t/h，壓力13.4Kpa，查一次風機性能曲線，此工況正好落在風機不穩定工作臨界區域內。

2.為防止風機失速，正常運行時采取的措施

2.1根據磨煤熱風門開度控制一次風母管壓力，維持一次風機在大風量低壓頭工況運行，高負荷一次風機出口壓力超過13KPa或一次風機擋板開度大于80%時調整一次風壓力負偏置，降低一次風機出力；

2.2漲負荷時注意監視一次風機電流變化，當兩臺風機出力不平衡時，及時調平，保持兩臺風機出力相同，并注意監視一次風機控制油壓力變化，壓力升高說明動葉有卡澀問題，立即限制機組負荷，降低風機出力；

2.3加強空預器吹灰，正常運行時控制A側風機出力略大于B側。

3.針對空預器堵灰采取的措施

由于引起風機失速的主要原因在空預器，因此，對投入脫硝系統后的空預器堵灰適當采取措施，以防止因脫硝系統投入造成其他設備損壞：

3.1通過提高空預器進口冷風溫度，來提高空預器冷端綜合溫度

開大一二次風暖風器供汽門，提高供汽壓力，使進入空預器的一、二次冷風溫度升高。針對北方地區氣溫情況，進入冬季后，鍋爐暖風器提早投入，推遲推出，提高空預器冷端綜合溫度。

3.2控制機組噴氨量

由于鍋爐風道大，可能造成氮氧化物分布及噴氨不均勻，從而導致煙氣中氨氣量過剩。優化機組脫硝系統各測點位置，確保測量的準確性和有效性，控制出口氮氧化物滿足要求的同時，氨逃逸不大于3ppm，減少副反應的發生，降低硫酸氫銨的生成量，降低空預器堵灰的同時節省液氨的消耗量。

3.3加裝空預器高壓水沖洗裝置

利用硫酸氫銨易溶于水的特性，在空預器上裝設在線高壓水沖洗裝置，用高壓水（30MPa左右）通過噴頭均勻的噴灑在空預器受熱面上，以消除受熱面上的堵灰，降低空預器進出口差壓，實現不停爐解決空預器堵灰。

3.4加裝干粉吸附劑注射系統，減少煙氣中的三氧化硫

把堿性物質（氫氧化鈣）注射到煙氣中，與煙氣中的三氧化硫反應，減少進入脫硝反應區的三氧化硫，從而減少副反應的發生，降低硫酸氫銨的生產，解決因投入脫硝系統造成的空預器堵灰的問題。

通過熱工優化各項表計，在滿足環保要求的前提下減少機組噴氨量，降低硫酸氫銨的生成，全開鍋爐一二次風暖風器供汽，提高空預器冷端綜合溫度，利用停爐機會對空預器進行徹底沖洗和加裝在線水沖洗設備后，空預器堵灰現象基本消失，風機電流也隨之下降，在保證設備正常運行的同時也節約了廠用電。

參考文獻

[1]高西，李勤剛，某大型火電廠一次風機失速原因分析與預防措施，[J]，華電技術，2014（6）55-60。

作者簡介：邵寶坤，男，（1986-），大學本科，助理工程師，從事火電廠集控運行方面工作。