鍋爐噴氨調(diào)平結(jié)果不能長期維持的原因分析及對策①

王承亮

摘? ?要：某單位2號爐在3年內(nèi)多次出現(xiàn)空預器硫酸氫銨堵塞煙氣側(cè)差壓突升情況，先后組織了4次噴氨調(diào)平試驗，此種情況在多臺機組上出現(xiàn)，且非常普遍;為分析原因，本文重點進行了系統(tǒng)分析和現(xiàn)場摸底，基本確定了出現(xiàn)此種狀況的原因，并提出了相應對策，為脫硝系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行和有效預防空預器硫酸氫銨堵塞積累了經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：火電廠? 噴氨調(diào)平? 空預器? 堵塞? 硫酸氫銨

中圖分類號：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（b）-0015-04

Abstract： During the past two years， air preheater gas differential pressure of No. 2 boiler in a company has been suddenly increased many times for the ammonium bisulfate blockage， Four ammonia spraying leveling tests were organized successively. To analyze the reasons， this paper focuses on systematic analysis and field investigation， basically identifies the causes of this situation， and puts forward corresponding countermeasures. Experience has been accumulated in Safe and Economic Operation of Denitrification and effective prevention of ammonium bisulfate blockage in air preheater.

Key Words： Power plant; Ammonia spraying leveling; Air preheater; Blocking;Ammonium hydrogen sulfate

國家環(huán)保形勢異常嚴峻，火力發(fā)電廠作為重要排放大戶，理所當然的作為重要的治理對象，經(jīng)過近幾年的努力，火電廠逐步實施了超低排放改造，氮氧化物和二氧化硫排放濃度均低于50mg/m3運行，給國家環(huán)保工作做出了突出貢獻;但同時也給火電廠鍋爐運行帶來了一些新的問題，尤其突出的就是空預器發(fā)生硫酸氫銨堵塞問題嚴重，嚴重者因風機出力不足出現(xiàn)機組限制出力問題，應對空預器發(fā)生硫酸氫銨堵塞問題，脫硝噴氨調(diào)平試驗是有效手段之一[1]，本文以某單位1號機組為研究對象，重點研究脫硝噴氨調(diào)平試驗試驗結(jié)果維持周期問題，并針對性提出改進和保持調(diào)平效果建議。

1? 設備概況

某單位2號鍋爐燃用煙煤，煙氣脫硝采用SCR工藝，脫硝裝置按照入口NOx濃度400mg/Nm3（干基，標態(tài)，6%O2）、出口低于50mg/Nm3（干基，標態(tài)，6%O2）進行系統(tǒng)設計。SCR按“2+1”模式布置催化劑，設1臺SCR反應器。在設計煤種、鍋爐最大連續(xù)出力工況（BMCR）、處理100%煙氣量、2層催化劑條件下脫硝效率不小于75%。

2? 問題提出

某單位2號爐因A、B空預器煙氣側(cè)差壓上升較快，在7d之內(nèi)機組75%負荷時A、B空預器煙氣側(cè)差壓上升了500Pa，現(xiàn)場技術(shù)人員經(jīng)過系統(tǒng)分析，認為是噴氨均勻性出了問題[2]，故聯(lián)系專業(yè)技術(shù)服務單位進行噴氨調(diào)平試驗;通過對脫硝系統(tǒng)噴氨裝置進行優(yōu)化調(diào)整試驗，改善脫硝系統(tǒng)出口的NOx濃度偏差，減少氨逃逸和氨耗量，減輕空預器堵塞和尾部煙道腐蝕，提高機組運行的安全性、經(jīng)濟性。

3? 試驗情況

通過現(xiàn)場了解，2號爐在6個月前機組停機啟動后剛進行的噴氨調(diào)平試驗，調(diào)平效果也不錯，SCR出口NOx濃度偏差基本調(diào)平在20%以下，空預器煙氣側(cè)差壓也維持不錯，但近段時間2號爐空預器煙氣側(cè)差壓出現(xiàn)了較快的增長，為輔助分析原因，特聯(lián)系進行噴氨調(diào)平試驗。為簡化分析，本文僅以2號爐A側(cè)調(diào)平試驗情況進行分析說明。

（1）SCR出口A側(cè)NOx濃度分布摸底。

從試驗數(shù)據(jù)分析（詳見表1）：調(diào)整前SCR出口NOx濃度分布存在較大偏差，相對標準偏差值為42%，相比標準值15%偏差較大。

（2）SCR出口A側(cè)NOx濃度調(diào)平。

經(jīng)反復測量和多次調(diào)整后，SCR出口NOx濃度分布均勻性指標改進較為明顯，相對標準偏差值由42%提高到20%。調(diào)平后的SCR反應器出口A、B側(cè)兩側(cè)NOx 濃度分布數(shù)據(jù)見表2。

4? 原因分析

2號爐在6個月前機組停機啟動后剛進行的噴氨調(diào)平試驗，SCR出口NOx濃度偏差基本調(diào)平在20%以下，但為什么短短的6個月時間又出現(xiàn)了脫硝出口NOx濃度偏差超過40%的情況，為了分析原因，進行了跟蹤綜合分析，并且利用機組停運備用時機對脫硝系統(tǒng)進行了檢查。綜合分析出現(xiàn)脫硝出口NOx濃度場不穩(wěn)定的原因如下。

（1）脫硝噴氨噴頭結(jié)垢。

利用2號爐停機機會檢查發(fā)現(xiàn)，2號爐脫硝系統(tǒng)氨噴嘴積灰、阻塞嚴重，噴口流道截面減小噴口氣流噴射擴散方向改變，噴氨與煙氣混合不均勻，使脫硝系統(tǒng)噴氨量增大，氨逃逸率升高（見圖1）。分析形成原因為：由于噴頭較大，噴口孔徑較小，氨氣在流出噴頭時在噴嘴處形成渦流，煙灰與氨氣形成的粘性物質(zhì)粘在噴嘴周圍，逐步發(fā)展形成大的積灰硬殼。噴氨噴頭結(jié)垢的發(fā)展性是導致脫硝出口NOx濃度場不穩(wěn)定的主要原因之一。

（2）脫硝入口煙道導流板磨損。

利用2號爐停機機會檢查發(fā)現(xiàn)，2號爐脫硝入口導流板磨損嚴重（見圖2），導流作用降低，且部分內(nèi)部支撐、膨脹節(jié)等磨損穿孔。脫硝系統(tǒng)是超低排放改造后新增加設備，因脫硝系統(tǒng)安裝空間有限，使得脫硝入口煙氣流場極不均勻[3]，為了均勻煙氣流場，設計安裝了煙氣導流板;所以煙氣導流板對于噴氨均勻性起著至關(guān)重要的作用。所以，由于2號爐脫硝入口煙氣導流板出現(xiàn)嚴重的磨損，已基本失去了煙氣導流作用，導致脫硝入口流量及NOx濃度場分布均勻性降低，間接影響脫硝出口NOx濃度場分布均勻性降低，使得局部氨逃逸率增加。脫硝入口煙氣導流板磨損的發(fā)展性是導致脫硝出口NOx濃度場不穩(wěn)定的主要原因之一。

（3）制粉系統(tǒng)工作性能的變化。

因為制粉系統(tǒng)是為鍋爐燃燒提供合格煤粉的設備，制粉系統(tǒng)提供每層煤粉的風粉濃度、風速、煤粉細度及風粉溫度等指標均隨著制粉系統(tǒng)性能而變化，而這些指標直接影響鍋爐燃燒的排放特性，也就是如果某臺制粉系統(tǒng)性能出現(xiàn)異常，將會導致爐膛燃燒熱態(tài)動力場發(fā)生變化，爐膛出口NOx濃度場也就會發(fā)生明顯變化，也就會間接影響噴氨調(diào)平均勻性。制粉系統(tǒng)工作性能的變化也是導致脫硝出口NOx濃度場不穩(wěn)定的輔助原因之一。

（4）入爐煤煤質(zhì)發(fā)生變化。

燃燒過程NOx的生成變化規(guī)律：在煤粉燃燒方式下，其NOx生成及變化規(guī)律如圖3所示，不同的燃煤，其NOx生成變化規(guī)律不同。

由圖3可知，NOx生成在其燃燒初期1s時段內(nèi)達到最大，在隨后的燃燒過程中，NOx含量反而逐步降低，這表明，燃料型NOx生成量主要產(chǎn)生在燃燒初期的1S 時段內(nèi)，即揮發(fā)分燃燒階段;所以高揮發(fā)分煤種因揮發(fā)分高在燃燒初期耗氧量高而易形成還原性氣氛，抑制了NOx的生成，故燃煤揮發(fā)分的變化必然會導致鍋爐燃燒排放特性發(fā)生變化，爐膛出口NOx出口濃度場也會發(fā)生變化，間接影響了噴氨均勻性。入爐煤煤質(zhì)變化是導致脫硝出口NOx濃度場不穩(wěn)定的輔助原因之一。

3? 應對措施

（1）堅持“逢停必檢”的原則，加強對噴氨噴頭及煙氣導流板的檢查、維護;將煙氣導流板及其輔助支撐件更換升級為耐磨材料;另外若通過試驗發(fā)現(xiàn)煙氣導流板未達到煙氣導流、均流作用，應聯(lián)系有資質(zhì)且成熟業(yè)績單位進行煙氣導流板升級改造;也可在脫銷噴氨格柵前加裝分區(qū)域流量測量裝置，實現(xiàn)在線測量煙道截面上各區(qū)域煙氣流量和準確測量脫銷入口煙氣總流量，不僅可為脫銷噴氨控制提供超前控制依據(jù)，同時也有效監(jiān)控煙氣導流板工作情況。

（2）制粉系統(tǒng)性能發(fā)生較大變化時，應盡快恢復磨煤機性能，若短時間無法恢復，應注意脫硝噴氨系統(tǒng)控制，盡量將脫硝出口NOx控制目標值提高[3]，相對降低噴氨量，防止氨逃逸量升高，增加空預器發(fā)生硫酸氫銨堵塞的風險;若仍無法有效控制，應聯(lián)系進行噴氨調(diào)平試驗。

（3）入爐煤煤質(zhì)發(fā)生較大變化時，特別是入爐煤干燥無灰基揮發(fā)分發(fā)生較大變化時，應注意脫硝噴氨系統(tǒng)控制，盡量將脫硝出口NOx控制目標值提高，相對降低噴氨量，防止氨逃逸量升高，增加空預器發(fā)生硫酸氫銨堵塞的風險;若仍無法有效控制，應聯(lián)系進行噴氨調(diào)平試驗。

（4）加裝脫硝噴氨在線調(diào)平裝置，實現(xiàn)根據(jù)空預器煙氣側(cè)差壓變化情況，主動進行噴氨在線調(diào)平，預防因噴氨噴頭結(jié)垢、導流板磨損、制粉系統(tǒng)性能變化、入爐煤煤質(zhì)等變化導致的局部區(qū)域噴氨過量。具體實現(xiàn)方法：利用已安裝或新安裝的網(wǎng)格法取樣管路，每側(cè)加裝一套巡測式煙氣分析儀，并將噴氨調(diào)節(jié)支閥由手動門改造為電動噴氨調(diào)節(jié)閥或手動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)根據(jù)煙道截面氨逃逸率和NOx動態(tài)分布情況[4]，定期實現(xiàn)在線調(diào)平，實現(xiàn)分區(qū)域控制噴氨量，控制脫硝出口NOx濃度偏差在15%以內(nèi)，有效預防空預器發(fā)生硫酸氫氨堵塞。

（5）因脫硝噴氨是大延遲非線性調(diào)節(jié)系統(tǒng)[5]，現(xiàn)DCS控制遠不能達到控制要求，需進一步優(yōu)化脫硝噴氨控制。具體實現(xiàn)方法：將鍋爐燃燒數(shù)據(jù)、電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)、SCR入口各分區(qū)流量、SCR出口氮氧化物和氨逃逸率指標作為優(yōu)化控制平臺的輸入數(shù)據(jù)源，同時將脫銷SCR在線和離線調(diào)平結(jié)果引入系統(tǒng)，平臺進行數(shù)據(jù)分析、歷史尋優(yōu)和數(shù)據(jù)挖掘，形成優(yōu)化控制指令經(jīng)設定的合理設定范圍輸出至DCS實現(xiàn)優(yōu)化控制噴氨調(diào)閥，實現(xiàn)超前、優(yōu)化控制，降低噴氨量、氨逃逸率，同時降低SCR出口氮氧化物波動幅度。

4? 結(jié)語

本文以某單位2號爐在2年內(nèi)多次組織噴氨調(diào)平試驗為研究背景，分析具體導致2號爐頻繁進行噴氨調(diào)平、噴氨調(diào)平結(jié)果不能長期維持的原因，并針對性地提出了應對措施。為鍋爐脫硝系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行，為預防空預器發(fā)生硫酸氫銨堵塞積累了經(jīng)驗。

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