火電廠脫硝改造對鍋爐系統(tǒng)和設(shè)備的影響分析及解決方案

趙紅平++郭安全++劉宇坤++金小蘭

摘 要：隨著近期國家對環(huán)保的要求越來越高，特別是對燃煤火電，外排污染物含量已直接和發(fā)電量掛鉤，脫硫、脫硝電量很大程度上促進(jìn)了脫硝改造的實施，脫硝改造后對爐后系統(tǒng)影響巨大，特別是對爐內(nèi)燃燒、空預(yù)器、引風(fēng)機等系統(tǒng)影響巨大，本文將就脫硝改造對鍋爐各系統(tǒng)、設(shè)備的影響進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：脫硝；鍋爐系統(tǒng)；影響分析

中圖分類號：X773；TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）24-0149-02

自2004年，國家新的環(huán)保法實施以來，大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，特別是在30萬及以上裝機容量機組，脫硫、脫硝裝置是從建廠初期就考慮施工、建設(shè)并投運的。CEMS系統(tǒng)采用雙電源供電，且其中的一路取自UPS，保證在運機組脫硝參數(shù)實時在線監(jiān)視，并嚴(yán)格控制脫硝指標(biāo)。煙氣脫硝主要分一次燃燒控制和二次燃燒控制，一次燃燒控制在爐型設(shè)計時通過各風(fēng)門的結(jié)構(gòu)布置已考慮消除NOx，如一次燃燒控制效果不佳則考慮加入二次燃燒控制，一般采用在鍋爐尾部即空預(yù)器前加入脫硝裝置，目前應(yīng)用最廣泛的是催化劑還原法（SCR），該脫硝方法相較非催化劑還原法脫硝效率高（可達(dá)90%左右），各項技術(shù)經(jīng)過20多年的應(yīng)用已相對成熟，在火力發(fā)電行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，但是進(jìn)入脫硝后對鍋爐的影響不容忽視。

1 脫硝工作原理

NOX的生成過程大致分為三種方式：即燃料中N含量偏多，導(dǎo)致燃燒過程中NOX含量增大；因為熱力反應(yīng)生成的NOX；因為瞬間燃燒調(diào)整生成的NOX。NOX中分為NO，NO2，其中以NO占比居多。

目前最常用的脫硝原理是利用NOX與空氣的混合時機，結(jié)合當(dāng)時的爐內(nèi)環(huán)境溫度（一般為1000℃左右）；（1）采用低氮燃燒技術(shù)，如在配風(fēng)方式、燃燒器上做文章，低氮燃燒。（2）合理使用催化劑一般為NH3，注意氨氣的使用溫度。經(jīng)過SCR反應(yīng)將NOX轉(zhuǎn)換為N2和水，就是脫硝的主要流程，詳細(xì)方式如下：

4NO+4NH3+O2-->4N2+6H2O

6NO2+8NH3+O2-->7N2+12H2O

2 SCR運行淺析

脫硝系統(tǒng)（SCR）主要分為兩大部分，即SCR反應(yīng)器和還原劑儲存和供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備。SCR反應(yīng)器布置在鍋爐爐后與除塵器入口之間的煙道上方。還原劑儲存及制備區(qū)成為公用系統(tǒng)，分別向兩臺爐的硝區(qū)供應(yīng)。

2.1 煙氣系統(tǒng)的流程

為省煤器出口→催化反應(yīng)器進(jìn)口煙道→氨氣噴射格柵→煙氣/氨氣混合器→均流板→催化反應(yīng)器→催化反應(yīng)器出口煙道→空預(yù)器。

2.2 脫硝系統(tǒng)正常運行參數(shù)

（1）氨含量<7%（1號爐SCR反應(yīng)器A、B混合器前加氨流量分別與1號爐SCR反應(yīng)器A、B稀釋風(fēng)出口流量之比小于7%）；（2）A、B反應(yīng)器入口煙溫≥320℃且≤420℃（3取2）；（3）A、B反應(yīng)器出口煙溫≥320℃（3取2）；（4）A、B反應(yīng)器進(jìn)出口差壓>0.5kPa且≤0.8kPa；（5）A、B氨氣混合器入口壓力≥0.15MPa且<0.4MPa；（6）氨泄漏≤25ppm；（7）氨逃逸≤3ppm。

2.3 噴氨系統(tǒng)跳閘參數(shù)

（1）氨含量≥7%；（2）A、B反應(yīng)器入口煙溫>420℃（低于320℃，僅限于連續(xù)運行12h，低于310℃僅能連續(xù)運行5h，低于290℃僅能連續(xù)運行2h）；（3）A、B反應(yīng)器出口煙溫<320℃；（4）A、B反應(yīng)器進(jìn)出口差壓≥0.8kPa；（5）A、B氨氣混合器入口壓力<0.15MPa或≥0.4MPa；（6）氨泄漏≥50ppm；（7）氨逃逸≥5ppm；（8）任一臺空預(yù)器跳閘；（9）任一臺引風(fēng)機跳閘；（10）任一臺空預(yù)器入口擋板關(guān)閉。

2.4 運行注意事項

（1）當(dāng)鍋爐省煤器出口煙溫≤320℃時，要及時聯(lián)系脫硝人員。（2）當(dāng)鍋爐吹灰完畢后，通知脫硝人員對硝區(qū)進(jìn)行吹灰。（3）硝區(qū)吹完灰后，要立即對空預(yù)器進(jìn)行吹灰。（4）集控運行人員發(fā)現(xiàn)氨逃逸≥3ppm時，要立即通知脫硝人員減少噴氨量。

2.5 關(guān)于SCR反應(yīng)器催化劑問題

正常運行中，因爐后燃燒物中煙氣攜帶的顆粒物中含有有毒物質(zhì)，如鈉、鉀、鈣、鎂、砷等，這些劇毒物質(zhì)將引起催化劑失效、中毒等從而失去脫硝效果，因此我們有必要對煙氣中的有毒物質(zhì)進(jìn)行防治。對于失效的催化劑一般采用局部再生利用，干凈部分清洗后利用，其余部分填埋處理。

3 SCR對鍋爐及其他相關(guān)設(shè)備的影響

3.1 對空預(yù)器的影響

機組加裝SCR反應(yīng)裝置后，對空預(yù)器的影響是最大的，主要危害可以分為兩大方面：（1）由于空氣的補入給SO3的形成創(chuàng)造了有力條件，大量的SO3形成加速了對空預(yù)器的腐蝕；（2）SCR反應(yīng)裝置位于空預(yù)器前，這樣導(dǎo)致在脫硝過程中會因SO3的存在伴生出了NH4HSO4，該物質(zhì)在溫度180℃左右會沉積在空預(yù)器受熱面處，影響空預(yù)器的換熱效率，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致空預(yù)器波紋板變形損壞。另外加裝SCR反應(yīng)器后，經(jīng)常發(fā)生空預(yù)器在機組停機后因尾部煙道冷卻過快，導(dǎo)致空預(yù)器冷卻過快變形跳閘。據(jù)可靠統(tǒng)計，加裝SCR反應(yīng)裝置后，空預(yù)器入口煙氣溫度由停機溫度降至80℃的時間提前了36h[1]。

3.2 對引風(fēng)機的影響

加裝SCR反應(yīng)裝置后，煙道阻力增大，在加上在噴氨過程中氨氣的阻力和對空預(yù)器的影響，勢必導(dǎo)致引風(fēng)機電耗增加。因此采取增加引風(fēng)機容量和對煙道結(jié)構(gòu)加固是應(yīng)對SCR反應(yīng)裝置的有效手段。目前采取引增合一是解決上述問題的有效途徑。

3.3 對爐內(nèi)整體燃燒性能的影響

加裝SCR反應(yīng)裝置對爐膛的影響主要分為兩個方面：（1）通過降低空預(yù)器的效率，進(jìn)而影響排煙溫度和一二次風(fēng)溫的變化，最終降低發(fā)電煤耗。（2）加裝SCR反應(yīng)裝置后，爐膛漏風(fēng)量增加，爐膛氧量增加，而熱二次風(fēng)量相對減少，鍋爐效率降低。

3.4 脫硝運行調(diào)整

新增脫硝裝置后，在高負(fù)荷情況下，機組AGC投運的情況下，煙氣中NOX的調(diào)整需要主機和輔機相互配合才能達(dá)到要求：脫銷值班員應(yīng)按《脫硫、脫硝值班員匯報流程》及時向當(dāng)值值長匯報并請求進(jìn)行燃燒調(diào)整，脫硝值班員在匯報出口NOx后未對數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤調(diào)整，在集控值班員配合脫硝進(jìn)行燃燒調(diào)整下，及時調(diào)整噴氨量，控制出口NOx。主機上要及時應(yīng)對鍋爐氧量嚴(yán)重過剩的情況，跟蹤不靈敏，導(dǎo)致風(fēng)煤比太大，從而引起出口NOx超標(biāo)。可見加裝脫硝裝置后，想達(dá)到脫硝參數(shù)的環(huán)保外排的要求需要主輔機協(xié)同配合才能完成。

4 采取的措施

4.1 增加引風(fēng)機裕量

一般加裝SCR反應(yīng)裝置后，因煙道阻力、噴氨等因素影響，導(dǎo)致引風(fēng)機出力不足，再加上增壓風(fēng)機的設(shè)計，為解決上述問題，一般采取“引增合一”的辦法，這樣既增加了引風(fēng)機的出力，滿足了脫硝對引風(fēng)機風(fēng)量的需要，也節(jié)省了廠用電率。

4.2 對空預(yù)器運維分析

加裝SCR反應(yīng)裝置后，因噴氨裝置的影響：（1）在投入噴氨前后必須加強空預(yù)器吹灰；（2）要加強對空預(yù)器的吹灰次數(shù)，并利用機組停機期間，加強對空預(yù)器內(nèi)部的清洗，必要時更換波紋板或更換新材質(zhì)的波紋板。

4.3 控制氨逃逸率

減少NOx對爐膛燃燒的影響，目前最主要的辦法是控制NH4HSO4的生成，NH4HSO4的產(chǎn)生極大降低了鍋爐和空預(yù)器的效率，應(yīng)采取有效措施，控制氨逃逸率。

（1）嚴(yán)格控制氨的噴人量，防止氨氣過量太多而造成氨的逃逸。在正常運行中的氨逃逸率應(yīng)控制在不大于3×10-6。（2）保持催化劑活性。SCR脫硝裝置運行一段時間后，催化劑活性會逐漸衰減，當(dāng)不能滿足設(shè)計值時，脫硝效率將會降低，氨的逃逸量將增加，此時必須清洗或更換催化劑。（3）加強對脫硝區(qū)域的吹灰。此舉不僅可以避免催化劑表面積灰太多而導(dǎo)致煙道阻力增加，而且還可以保持催化劑表面清潔，使氨氣充分反應(yīng)，從而減少氨逃逸量。

參考文獻(xiàn)

[1]岑可法，周昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優(yōu)化運行技術(shù)[M].中國電力出版社，2003.endprint