燃煤鍋爐脫硝工藝存在問題及優(yōu)化

吉森輝

（嘉峪關(guān)宏晟電熱有限責(zé)任公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

引言

國內(nèi)電廠鍋爐煙氣脫硝處理大多采用SCR 工藝。甘肅某電廠2×125 MW機(jī)組在執(zhí)行國家《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)要求時(shí)，對(duì)兩臺(tái)鍋爐實(shí)施了脫硝改造，采用低氮燃燒器+SNCR+SCR 聯(lián)合脫硝工藝。項(xiàng)目改造驗(yàn)收后機(jī)組運(yùn)行的一個(gè)檢修周期內(nèi)，脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)了一系列問題，造成鍋爐出口屏式過熱器及高溫段再熱器管排結(jié)焦嚴(yán)重、低溫段空氣預(yù)熱器積灰嚴(yán)重、排煙溫度異常升高，對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅。

1 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的異常問題

該電廠2×125 MW 機(jī)組鍋爐脫硫脫硝及除塵改造項(xiàng)目工程全面結(jié)束，機(jī)組運(yùn)行后，在對(duì)脫硝調(diào)試過程中，為保證環(huán)保參數(shù)達(dá)標(biāo)排放，運(yùn)行采取了低氧燃燒的控制手段來控制NOx 的生成，同時(shí)將噴入爐膛的尿素溶液量控制在500～800 L/h。導(dǎo)致2臺(tái)鍋爐排煙溫度逐漸由機(jī)組剛啟動(dòng)時(shí)的160 ℃左右上升至190 ℃左右，在運(yùn)行過程中打開屏式過熱器區(qū)域人孔及低溫段空氣預(yù)熱器人孔進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)屏式過熱器區(qū)域及高溫段再熱器管排結(jié)焦嚴(yán)重，空預(yù)器上表面積灰較多，導(dǎo)致排煙溫度超出規(guī)程允許范圍較多。兩臺(tái)機(jī)組分別進(jìn)行非計(jì)劃申請(qǐng)停爐清焦、清灰。停爐期間對(duì)兩臺(tái)爐受熱面、過熱器、再熱器結(jié)焦、SCR反應(yīng)器堵灰、空預(yù)器堵灰和空預(yù)器漏風(fēng)情況進(jìn)行了全面檢查，主要現(xiàn)象如下：

（1）屏式過熱器下部區(qū)域掛焦嚴(yán)重，見圖1（a）。

(2)高溫再熱器管排間積焦嚴(yán)重，影響煙氣流通，見圖1（b）。

(3)SCR 反應(yīng)器靠爐前側(cè)上部區(qū)域積灰嚴(yán)重，見圖1（c）。

(4)下級(jí)空預(yù)器堵管嚴(yán)重，平均堵管率在50%左右，靠爐前區(qū)域堵管率在70%～80% 之間，見圖1（d）。

2 問題原因分析

2.1 屏過和高再掛焦的原因

(1)根據(jù)項(xiàng)目調(diào)試單位出具的配風(fēng)卡進(jìn)行一、二次風(fēng)調(diào)整配比后，出現(xiàn)了主汽壓力調(diào)整滯后，火焰中心高度提升、爐膛出口溫度升高至900～1 000 ℃，超過了飛灰的熔化溫度，造成屏過與高再區(qū)域的煤灰處于軟化狀態(tài)，粘結(jié)在屏過和高再上形成掛焦，因屏式過熱器區(qū)域無吹灰器而逐漸擴(kuò)大、積聚。

(2)鍋爐進(jìn)行低氮燃燒器改造后，對(duì)燃燒器的調(diào)整特性掌握不足，缺乏經(jīng)驗(yàn)。為降低NOx 的生成量，減少了燃燒區(qū)域送風(fēng)量，使燃燒中心上移過多、燃燒不充分，煙氣中CO 含量高（0.1%以上），導(dǎo)致爐內(nèi)呈還原性氣氛增加，使灰熔點(diǎn)降低，造成屏式過熱器附近大面積結(jié)焦。

圖1 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象

2.2 空預(yù)器堵灰的原因

(1)兩臺(tái)鍋爐在改造后的調(diào)試期間為了保證煙氣NOx的排放達(dá)標(biāo)，尿素噴入量控制在500～800 L/h之間，尿素噴入量過多，導(dǎo)致爐內(nèi)尿素?zé)峤夂蠓磻?yīng)不徹底，造成氨逃逸量增大，生成的硫酸氫氨在低溫段空預(yù)器處遇冷與煙塵粘附在管式空預(yù)器的內(nèi)壁上，使低溫段預(yù)熱器管束發(fā)生嚴(yán)重堵塞。

(2)鍋爐烘爐期間投粉過早及點(diǎn)火初期送風(fēng)機(jī)入口溫度較低，空預(yù)器溫度低于80 ℃時(shí)，當(dāng)煙氣溫度達(dá)到露點(diǎn)溫度時(shí)與煙塵混合后附著在在空預(yù)器管內(nèi)壁上，隨著溫度的升高，濕灰烘干后在管內(nèi)形成灰殼，加劇了堵灰。

(3)改造期間對(duì)空預(yù)器安裝的施工質(zhì)量把控不嚴(yán)，密封件的焊接及澆注質(zhì)量不到位，造成漏風(fēng)量過大，影響空預(yù)器的換熱效率，煙氣流速降低，加劇了空預(yù)器的堵灰。

(4)在對(duì)新#1 爐空預(yù)器射流沖洗時(shí)發(fā)現(xiàn)A 側(cè)約30%防磨套管焊接偏斜，導(dǎo)致流通面積減小甚至堵塞，也是造成空預(yù)器堵塞的原因之一。

2.3 SCR反應(yīng)器前側(cè)堵灰的原因

(1)受鍋爐空間的限制，兩臺(tái)125 MW 鍋爐SCR反應(yīng)器安裝在豎井煙道內(nèi)，因其入口濾網(wǎng)隔柵僅5 mm，造成上部掉落的較大灰粒逐漸積聚而堵灰（因其它鍋爐煙氣需要再次爬坡后才進(jìn)入SCR 反應(yīng)器，不存在大顆粒灰渣的影響）。

(2)因大灰粒的質(zhì)量相對(duì)較重，隨煙氣脫離水平煙道后，在水平煙道與豎煙井的交叉區(qū)域下落，是造成SCR 反應(yīng)器上表面前側(cè)靠爐膛部位堵灰的又一原因。

3 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中防結(jié)焦、積灰的優(yōu)化及防范措施

3.1 爐膛氧量、尿素量控制優(yōu)化

(1)通過優(yōu)化尿素系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)，編制下發(fā)了125 MW 鍋爐脫硝尿素系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)定。規(guī)定正常運(yùn)行凈煙氣NOx 濃度按165～180 mg/m3之間，氨逃逸小于3×10-6，CO濃度小于0.05%控制。

(2)在進(jìn)行給粉機(jī)啟停、煤氣火嘴投停及制粉系統(tǒng)啟停等對(duì)爐內(nèi)燃燒有較大擾動(dòng)的操作前，應(yīng)提前將凈煙氣NOx 降至165 mg/m3以下后再進(jìn)行操作（調(diào)整過程要緩慢操作各風(fēng)門，保持爐膛出口氧量穩(wěn)定在2.0%～3.5%）。

(3)當(dāng)凈煙氣NOx 濃度瞬時(shí)值超過185 mg/m3，投入備用尿素噴槍運(yùn)行（控制一區(qū)單槍流量小于220 L/h、三區(qū)單槍流量小于150 L/h），同時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低送風(fēng)量運(yùn)行，但保持爐膛出口CO 含量小于0.1%。當(dāng)一區(qū)、三區(qū)尿素噴槍全部投運(yùn)且尿素溶液噴入量已達(dá)到500 L/h，凈煙氣NOx 濃度小時(shí)平均值超過190 mg/m3，值長按5 MW/次申請(qǐng)降負(fù)荷，降負(fù)荷直至環(huán)保參數(shù)達(dá)標(biāo)。

(4)定期對(duì)新#1、#2 爐脫硝尿素系統(tǒng)噴槍霧化效果及噴槍流量進(jìn)行專項(xiàng)檢查，形成檢查記錄。

3.2 對(duì)低溫段空氣預(yù)熱器漏風(fēng)點(diǎn)進(jìn)行了處理

（1）將低溫段空氣預(yù)熱器澆注料打開后對(duì)密封點(diǎn)進(jìn)行了重新焊接、澆注，使空預(yù)器漏風(fēng)降至10%以下的合格值。

（2）通過調(diào)整試驗(yàn)與燃燒工況對(duì)比，確定將脫硝反應(yīng)器處的氧量控制在3.5～4.0%

3.3 調(diào)整燃盡風(fēng)，提高火焰爐內(nèi)充滿度

（1）將燃盡風(fēng)檔板逐步全開，并將反切風(fēng)擺角增加10°，使反切風(fēng)切圓擴(kuò)大、爐膛火焰充滿度增加，燃燒工況優(yōu)化（使煙氣中CO 的濃度降至0.03%以下），降低了氮氧化物生成量；

（2）任何工況下，SOFA風(fēng)開度不低于50%，正常運(yùn)行開度保持在80%～100%。

3.4 調(diào)整二次風(fēng)配比，降低火焰中心高度

正常運(yùn)行，下層HG、AA 層二次風(fēng)擋板開度不大于50%，以降低火焰中心高度，使?fàn)t膛出口溫度下降至800 ℃以下。

3.5 其它措施

（1）鍋爐啟動(dòng)過程中，低溫段空氣預(yù)熱器入口溫度大于90 ℃時(shí)，方可投入煤粉火嘴，可減少硫酸氫氨在低溫段空預(yù)器區(qū)域的形成量。

（2）鍋爐啟動(dòng)過程中，將空預(yù)器熱風(fēng)再循環(huán)門開啟50%左右，可干燥低溫段空氣預(yù)熱器管束，防止管束積灰。

（3）正常運(yùn)行期間，NOx的控制，投、停一區(qū)噴槍進(jìn)行控制；三區(qū)尿素噴槍的投入，只作為事故情況下使用，禁止長時(shí)間投運(yùn)。

4 效果驗(yàn)證

#2 鍋爐同等負(fù)荷下，脫硝系統(tǒng)優(yōu)化前、后爐膛出口溫度對(duì)比，明顯下降，詳見表1。

表1 #2鍋爐脫硝系統(tǒng)優(yōu)化前、后爐膛出口溫度對(duì)比

#2 鍋爐脫硝系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整后，運(yùn)行一個(gè)檢修周期(6～8個(gè)月）停爐后，檢查低溫段空氣預(yù)熱器上表面及SCR 反應(yīng)器上表面積灰情況，低溫段空氣預(yù)熱器僅A 側(cè)前部區(qū)域有約30%左右的堵管，其它區(qū)域良好。

5 結(jié)束語

通過不斷對(duì)2×125 MW 機(jī)組鍋爐脫硝系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化，對(duì)機(jī)組不同工況下，脫硝系統(tǒng)一、二、三區(qū)尿素噴槍的配合投運(yùn)，及每周定期對(duì)各尿素噴槍進(jìn)行就地拔槍進(jìn)行霧化試驗(yàn)，杜絕了噴槍在爐內(nèi)霧化不均勻，造成屏式過熱器區(qū)域、過熱器區(qū)域、高溫段再熱器管區(qū)域排結(jié)焦，減少了空氣預(yù)熱器積灰現(xiàn)象，鍋爐排煙溫度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。