關(guān)于SCR脫硝系統(tǒng)對鍋爐設(shè)備的影響分析及對策探討

吳濤

摘 要：隨著國家排放標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格，電站鍋爐安裝SCR脫硝裝置是大勢所趨。本文基于SCR脫硝系統(tǒng)本身的建設(shè)和運行要求，研究分析了SCR脫硝給電廠鍋爐帶來的影響，討論了鍋爐尾部煙道改造問題以及空預(yù)器運行安全問題。

關(guān)鍵詞：SCR脫硝系統(tǒng)；鍋爐設(shè)備；影響分析；對策探討

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.200

空氣污染是當(dāng)前嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題，電站鍋爐排放NOx降低了空氣質(zhì)量，還容易形成酸雨。SCR脫硝裝置有著脫硝效果好以及工藝水平先進(jìn)等優(yōu)點，在電站鍋爐廣泛應(yīng)用。安裝運行SCR的過程當(dāng)中，既需要重視煙氣脫硝的效率，還需要重視這一裝置給鍋爐經(jīng)濟(jì)性以及安全性帶來的不良影響。當(dāng)前情況下，我國火電廠在應(yīng)用SCR脫硝的過程中，還需不斷積累經(jīng)驗，提高裝置安全性和運行效率。

1 安裝SCR脫硝系統(tǒng)對鍋爐本體的影響及對策

SCR脫硝催化劑在反應(yīng)過程中，對進(jìn)入SCR反應(yīng)器的煙氣有特定的溫度要求。反應(yīng)溫度不僅決定反應(yīng)物的反應(yīng)速度，而且決定催化劑的反應(yīng)活性。適宜的溫度在300-400℃之間，若是煙氣溫度大于400℃，容易發(fā)生催化劑燒結(jié)問題，從而失去活性；若是煙氣的溫度不足300℃，就容易增加硫酸氫銨水平，嚴(yán)重情況下會堵塞腐蝕鍋爐。鍋爐在不同的負(fù)荷條件下，所需要燃料量和爐膛溫度都各不相同，因此，煙氣溫度就會隨之出現(xiàn)波動。為了滿足鍋爐變負(fù)荷運行時，煙氣溫度始終滿足SCR高效脫除煙氣中NOx的要求，需要改造鍋爐尾部受熱面及煙道，既要確保鍋爐熱效率不下降，又能使煙氣溫度符合SCR系統(tǒng)正常運行的要求。改造鍋爐尾部受熱面的具體方案可以分成兩種類型，一種是改造省煤器，另一種是加裝煙氣旁路。

（1）改造省煤器。根據(jù)鍋爐運行中尾部煙道各處的溫度變化，對尾部煙道進(jìn)行熱力計算，合理確定其吸熱量，重新布置省煤器的安裝位置及其管束數(shù)量。改造省煤器能夠在不改動管路規(guī)格以及材質(zhì)的的基礎(chǔ)上，來處理換熱管路。便于根據(jù)負(fù)荷變化的具體情況來確定確定省煤器吸熱量，通過這樣的途徑來控制煙氣溫度的目的。

（2）加裝煙氣旁路，在SCR反應(yīng)器進(jìn)口和省煤器上部之間加裝擋板門和旁路煙道。改造后，當(dāng)煙氣溫度太低，無法滿足催化劑運行要求，影響到脫硝反應(yīng)正常進(jìn)行時，就可以調(diào)節(jié)旁路煙道以及原煙道的擋板，將高溫?zé)煔饣烊氲蜏責(zé)煔狻Ｕ{(diào)節(jié)SCR反應(yīng)器入口處的不同溫度煙氣的比例，就可以有效調(diào)節(jié)進(jìn)入SCR的煙氣溫度。這一改造常常應(yīng)用于鍋爐啟動初期和低負(fù)荷運行時，因其會使鍋爐排煙溫度升高，降低鍋爐熱效率，故當(dāng)省煤器出口煙氣溫度達(dá)標(biāo)時，應(yīng)及時退出煙氣旁路。

2 SCR脫硝系統(tǒng)對鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的影響及對策

SCR系統(tǒng)應(yīng)用之后會影響到煙氣走向，因此需要拆除空預(yù)器與省煤器間的煙道。煙氣經(jīng)過SCR反應(yīng)器進(jìn)入到空預(yù)器。新煙道垂直向上并且連接到SCR進(jìn)口煙道，再經(jīng)過SCR出口煙道轉(zhuǎn)向鍋爐方向。

（1）SCR反應(yīng)器鋼架。通常條件下，SCR需要添加反應(yīng)器到鍋爐尾部，支撐SCR反應(yīng)器的是從送風(fēng)機上部新增的鋼架。因為鍋爐尾部結(jié)構(gòu)不盡相同，支撐SCR反應(yīng)器的鋼架有可能與空預(yù)器支撐框架相連、與鍋爐鋼架相連、除塵器支撐框架相連、空預(yù)器出口煙道支撐框架相連等。對支撐反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，在特定條件下應(yīng)當(dāng)考慮對鍋爐以及其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，并且需要重新計算鋼結(jié)構(gòu)。

（2）鍋爐鋼架斜撐。有些機組缺乏應(yīng)用脫硝系統(tǒng)的條件，鍋爐尾部煙道存在斜撐，導(dǎo)致無法設(shè)置SCR煙道，所以需要重新設(shè)置原斜撐，從而改變鍋爐鋼結(jié)構(gòu)，這就需要重新進(jìn)行計算鋼結(jié)構(gòu)。

3 SCR脫硝系統(tǒng)對空預(yù)器的影響及對策

SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)置在空預(yù)器的前方，煙氣經(jīng)過SCR之后進(jìn)入到空預(yù)器的煙氣側(cè)與空氣進(jìn)行熱量交換。煙道以及脫硝反應(yīng)器都是額外添加的設(shè)備，同時脫硝系統(tǒng)在運行中處于負(fù)壓狀態(tài)，添加的SCR系統(tǒng)會增加引風(fēng)機阻力，同時也會導(dǎo)致空預(yù)器漏風(fēng)問題加大。SCR脫硝的主要目的就是使SO2到SO3的氧化率盡量減少，要控制在1%以下，但是加裝SCR脫硝系統(tǒng)后反應(yīng)器出口煙氣中的SO含量會增加，從而也增加了硫酸銨和硫酸氫銨的生成量。硫酸氫銨屬于粘性物質(zhì)，溫度在146-207℃時，硫酸氫銨會變成粘稠狀液體。空預(yù)器的溫段下部同冷段環(huán)節(jié)的溫度與此溫度較為接近。含有高灰分的鍋爐煙氣流經(jīng)空預(yù)器時，硫酸氫銨容易粘附煙塵后附著在空預(yù)器換熱元件上，輕則引起空預(yù)器換熱效率下降和煙道流通阻力增大，嚴(yán)重情況下誘發(fā)低溫腐蝕問題以及堵塞問題，甚至因未燃燼的煤粉或油霧沉積，引發(fā)空預(yù)器著火。加裝SCR脫硝系統(tǒng)后，需要改造空預(yù)器，具體措施如下：

（1）空預(yù)器換熱元件需要改成兩段布置，這一方案借助于加大冷端高度，涵蓋液態(tài)硫酸氫銨的生成溫度范圍，避免硫酸氫銨在空預(yù)器受熱面粘附，引發(fā)嚴(yán)重堵灰問題。

（2）空預(yù)器的冷段材質(zhì)使用波紋板。波紋板中的煙氣流通屬于直通，煙氣流通平滑波形，在運行過程中煙塵、爐渣還有硫酸氫銨等不容易出現(xiàn)粘附問題。一旦發(fā)生粘附，也能夠通過投用空預(yù)器吹灰器在短時間內(nèi)清除，因此不會堵塞受熱面。

（3）在鋼板鍍搪瓷。這項技術(shù)能夠強化空預(yù)器冷段元件抗粘附的效果。搪瓷元件可以最大限度防止發(fā)生低溫腐蝕問題，同時搪瓷表面比較光滑，受熱元件不容易受到沾污，也利于清除。

（4）定期對SCR脫硝裝置進(jìn)行了AIG噴氨優(yōu)化調(diào)整與性能評估試驗。以某廠300MW機組為例，滿負(fù)荷下，脫硝效率為87.8%時，出口氨逃逸濃度為2.28μL/L，出口NOx濃度為30mg/m3。經(jīng)AIG噴氨優(yōu)化調(diào)整后，A、B側(cè)反應(yīng)器出口截面NOx濃度CV值分別由調(diào)整前的62.1%、52.2%降低到調(diào)整后的24.5%、28.1%。SCR出口NOx分布均勻性顯著提高，局部氨逃逸峰值明顯下降，顯著降低硫酸氫銨生成。

綜上所述，SCR脫硝系統(tǒng)的應(yīng)用，會造成一些不良影響，例如影響到鍋爐安全運行，降低鍋爐運行的經(jīng)濟(jì)性，這就需要在設(shè)計鍋爐的過程當(dāng)中加以綜合考慮，從而使其符合安全規(guī)范，盡量減少經(jīng)濟(jì)性下降。

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