關于SCR脫硝系統對鍋爐設備的影響分析及對策探討

吳濤

摘 要：隨著國家排放標準和環保政策的日趨嚴格，電站鍋爐安裝SCR脫硝裝置是大勢所趨。本文基于SCR脫硝系統本身的建設和運行要求，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器運行安全問題。

關鍵詞：SCR脫硝系統；鍋爐設備；影響分析；對策探討

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

空氣污染是當前嚴峻的生態環境問題，電站鍋爐排放NOx降低了空氣質量，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等優點，在電站鍋爐廣泛應用。安裝運行SCR的過程當中，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濟性以及安全性帶來的不良影響。當前情況下，我國火電廠在應用SCR脫硝的過程中，還需不斷積累經驗，提高裝置安全性和運行效率。

1 安裝SCR脫硝系統對鍋爐本體的影響及對策

SCR脫硝催化劑在反應過程中，對進入SCR反應器的煙氣有特定的溫度要求。反應溫度不僅決定反應物的反應速度，而且決定催化劑的反應活性。適宜的溫度在300-400℃之間，若是煙氣溫度大于400℃，容易發生催化劑燒結問題，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，嚴重情況下會堵塞腐蝕鍋爐。鍋爐在不同的負荷條件下，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波動。為了滿足鍋爐變負荷運行時，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。根據鍋爐運行中尾部煙道各處的溫度變化，對尾部煙道進行熱力計算，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量。改造省煤器能夠在不改動管路規格以及材質的的基礎上，來處理換熱管路。便于根據負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反應器進口和省煤器上部之間加裝擋板門和旁路煙道。改造后，當煙氣溫度太低，無法滿足催化劑運行要求，影響到脫硝反應正常進行時，就可以調節旁路煙道以及原煙道的擋板，將高溫煙氣混入低溫煙氣。調節SCR反應器入口處的不同溫度煙氣的比例，就可以有效調節進入SCR的煙氣溫度。這一改造常常應用于鍋爐啟動初期和低負荷運行時，因其會使鍋爐排煙溫度升高，降低鍋爐熱效率，故當省煤器出口煙氣溫度達標時，應及時退出煙氣旁路。

2 SCR脫硝系統對鍋爐鋼結構的影響及對策

SCR系統應用之后會影響到煙氣走向，因此需要拆除空預器與省煤器間的煙道。煙氣經過SCR反應器進入到空預器。新煙道垂直向上并且連接到SCR進口煙道，再經過SCR出口煙道轉向鍋爐方向。

（1）SCR反應器鋼架。通常條件下，SCR需要添加反應器到鍋爐尾部，支撐SCR反應器的是從送風機上部新增的鋼架。因為鍋爐尾部結構不盡相同，支撐SCR反應器的鋼架有可能與空預器支撐框架相連、與鍋爐鋼架相連、除塵器支撐框架相連、空預器出口煙道支撐框架相連等。對支撐反應器結構設計方面，在特定條件下應當考慮對鍋爐以及其他結構產生的影響，并且需要重新計算鋼結構。

（2）鍋爐鋼架斜撐。有些機組缺乏應用脫硝系統的條件，鍋爐尾部煙道存在斜撐，導致無法設置SCR煙道，所以需要重新設置原斜撐，從而改變鍋爐鋼結構，這就需要重新進行計算鋼結構。

3 SCR脫硝系統對空預器的影響及對策

SCR脫硝系統設置在空預器的前方，煙氣經過SCR之后進入到空預器的煙氣側與空氣進行熱量交換。煙道以及脫硝反應器都是額外添加的設備，同時脫硝系統在運行中處于負壓狀態，添加的SCR系統會增加引風機阻力，同時也會導致空預器漏風問題加大。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脫硝系統后反應器出口煙氣中的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，溫度在146-207℃時，硫酸氫銨會變成粘稠狀液體。空預器的溫段下部同冷段環節的溫度與此溫度較為接近。含有高灰分的鍋爐煙氣流經空預器時，硫酸氫銨容易粘附煙塵后附著在空預器換熱元件上，輕則引起空預器換熱效率下降和煙道流通阻力增大，嚴重情況下誘發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，引發空預器著火。加裝SCR脫硝系統后，需要改造空預器，具體措施如下：

（1）空預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，涵蓋液態硫酸氫銨的生成溫度范圍，避免硫酸氫銨在空預器受熱面粘附，引發嚴重堵灰問題。

（2）空預器的冷段材質使用波紋板。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粘附問題。一旦發生粘附，也能夠通過投用空預器吹灰器在短時間內清除，因此不會堵塞受熱面。

（3）在鋼板鍍搪瓷。這項技術能夠強化空預器冷段元件抗粘附的效果。搪瓷元件可以最大限度防止發生低溫腐蝕問題，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脫硝裝置進行了AIG噴氨優化調整與性能評估試驗。以某廠300MW機組為例，滿負荷下，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AIG噴氨優化調整后，A、B側反應器出口截面NOx濃度CV值分別由調整前的62.1%、52.2%降低到調整后的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脫硝系統的應用，會造成一些不良影響，例如影響到鍋爐安全運行，降低鍋爐運行的經濟性，這就需要在設計鍋爐的過程當中加以綜合考慮，從而使其符合安全規范，盡量減少經濟性下降。

參考文獻：

[1]李德波，曾庭華，廖永進，et al.600MW電站鍋爐SCR脫硝系統全負荷投運改造方案研究與工程實踐[J].廣東電力，2016，29（06）：12-

17.

[2]王可，關今羽，袁振國.鍋爐滿負荷SCR脫硝控制技術探討[J].電站系統工程，2017，11（02）：65-66.