胡秀麗，張連生，李 慶

(1.神華國(guó)華電力股份有限公司北京熱電分公司，北京 100025；2.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京 100045)

鍋爐脫硝對(duì)脫硫GGH腐蝕分析

胡秀麗1，張連生1，李 慶2

(1.神華國(guó)華電力股份有限公司北京熱電分公司，北京 100025；2.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京 100045)

介紹了某電廠鍋爐SCR脫硝裝置投入運(yùn)行后對(duì)脫硫GGH（回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器）金屬框架的腐蝕情況，并結(jié)合脫硫系統(tǒng)煙道灰樣及GGH金屬框架銹蝕物元素及物相分析結(jié)果，對(duì)脫硫GGH金屬框架腐蝕速度加快的原因進(jìn)行了分析，提出了控制腐蝕的措施及建議。

脫硫;脫硝;GGH;框架腐蝕

某電廠的兩臺(tái)200MW燃煤機(jī)組，各配套安裝了一套石灰石/石膏濕法煙氣脫硫裝置（設(shè)計(jì)安裝了GGH），并先后于2000年和2003年投入運(yùn)行，脫硫裝置運(yùn)行狀況基本穩(wěn)定，特別是2號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)中配套的進(jìn)口增壓風(fēng)機(jī)、GGH、吸收塔噴淋層及霧化噴嘴、除霧器等設(shè)備，運(yùn)行可靠性較高，運(yùn)行10年來(lái)，基本上沒(méi)有發(fā)生過(guò)故障。但在2010年機(jī)組小修期間發(fā)現(xiàn)脫硫GGH金屬框架出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕，給GGH設(shè)備及脫硫系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。分析脫硫GGH框架腐蝕的原因，認(rèn)為與鍋爐SCR脫硝投入運(yùn)行（在SNCR脫硝的基礎(chǔ)上）、爐內(nèi)尿素溶液噴入量增大、煙氣逃逸NH3濃度升高有一定的關(guān)系。本文結(jié)合脫硫系統(tǒng)煙道灰樣及GGH金屬框架銹蝕物元素及物相分析結(jié)果，對(duì)脫硫系統(tǒng)GGH框架腐蝕原因進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并提出了控制腐蝕的措施及建議，可供專業(yè)技術(shù)人員參考。

1 鍋爐脫硝改造及運(yùn)行狀況

1.1 鍋爐脫硝改造情況

為了滿足國(guó)家及地方不斷趨嚴(yán)的電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，降低鍋爐煙氣中NOx排放濃度，該廠對(duì)現(xiàn)有4臺(tái)鍋爐分別進(jìn)行了低氮燃燒器、SNCR（選擇性非催化還原）、SCR（選擇性催化還原）脫硝技術(shù)改造，改造工作分階段進(jìn)行：1）鍋爐低氮燃燒器改造。將原燃燒器改為低NOx燃燒器，改造后使鍋爐NOx排放濃度由600～650mg/Nm3降低至350mg/Nm3。2）鍋爐SNCR改造。在爐膛上部加裝4層噴氨槍，利用爐內(nèi)燃燒的熱量將還原劑尿素?zé)峤?，產(chǎn)生的氨氣與NOx反應(yīng)，降低NOx排放濃度，改造后鍋爐NOx排放降低至200mg/Nm3。3）鍋爐SCR改造。在鍋爐尾部高溫省煤器與空氣預(yù)熱器之間加裝一層脫硝催化劑，進(jìn)一步降低NOx排放濃度，改造后NOx排放濃度達(dá)到100mg/Nm3以下。鍋爐經(jīng)過(guò)3個(gè)階段的脫硝技術(shù)改造，NOx排放濃度由改造前的600～650mg/Nm3降至目前的100mg/Nm3以下，達(dá)到了國(guó)家及地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 鍋爐脫硝運(yùn)行情況

該廠鍋爐脫硝改造完成后，形成了低氮燃燒器+SNCR+SCR組合脫硝系統(tǒng)，其運(yùn)行方式為在低氮燃燒的基礎(chǔ)上，通過(guò)向爐內(nèi)噴入的尿素溶液熱解產(chǎn)生的氨氣與煙氣中的NOx反應(yīng)完成SNCR脫硝過(guò)程，同時(shí)利用SNCR噴氨系統(tǒng)逃逸的氨作為還原劑并在SCR催化劑的作用下進(jìn)一步降低鍋爐NOx排放濃度。鍋爐低氮燃燒器+SNCR+SCR組合脫硝系統(tǒng)改造前后運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 脫硝系統(tǒng)改造前后運(yùn)行參數(shù)

2 脫硫GGH金屬框架腐蝕及煙道積灰情況

2010年4月，在2號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)隨機(jī)組年度小修期間，檢查發(fā)現(xiàn)脫硫GGH轉(zhuǎn)子冷端（GGH原煙氣出口及GGH凈煙氣入口側(cè)）金屬框架腐蝕比較嚴(yán)重（見(jiàn)圖1、圖2），特別是換熱元件包的金屬框及換熱片壓板，在一個(gè)小修周期內(nèi)（1年）的腐蝕量達(dá)到了2～3mm；轉(zhuǎn)子外緣角鋼也有明顯的腐蝕，個(gè)別部位因腐蝕嚴(yán)重已經(jīng)出現(xiàn)了窟窿。2010年5月，1號(hào)機(jī)組停備期間，檢查脫硫GGH也發(fā)現(xiàn)了同樣的問(wèn)題。同時(shí)，檢查還發(fā)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)吸收塔入口煙道及導(dǎo)流板、凈煙道內(nèi)壁粘灰較嚴(yán)重，粘灰厚度達(dá)到了5～10mm，特別是凈煙道個(gè)別部位粘灰厚度達(dá)到30～50mm。而這些現(xiàn)象，在此之前的9年間從未發(fā)生過(guò)。另外，通過(guò)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，吸收塔入口導(dǎo)流板上粘灰的灰質(zhì)疏松，容易清理；但凈煙道壁面粘灰硬度較大，清理較困難，特別是凈煙氣擋板處，由于煙道壁面粘灰硬度較大，已造成擋板關(guān)閉困難等問(wèn)題。

圖1 2009年2號(hào)機(jī)組脫硫GGH框架

圖2 2010年2號(hào)機(jī)組脫硫GGH框架腐蝕情況

3 煙道灰樣、GGH金屬框架銹蝕物及煤的元素分析

為了查找GGH金屬框架腐蝕的原因，在2號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)檢修期間和1號(hào)機(jī)組停備期間，選取煙道系統(tǒng)具有代表性的位置采取了灰樣、水樣及GGH金屬框架銹蝕物樣品，并送華北電科院和國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心進(jìn)行了元素及物相分析及檢測(cè)。

3.1 2號(hào)機(jī)組不同脫硫煙道灰樣元素分析

為了全面了解2號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)不同煙道內(nèi)的積灰成分情況，沿?zé)煔饬鞒淘谠瓱煔鈧?cè)GGH入口和出口、凈煙氣側(cè)GGH出口及凈煙道排水溝處采取灰樣，并對(duì)各灰樣進(jìn)行了元素分析（見(jiàn)表2）。

表2 2號(hào)機(jī)組脫硫煙道不同部位灰樣元素分析

表2中不同煙道處的灰樣元素分析結(jié)果顯示：

（1）煙道各處灰樣中Cl含量均比較高，特別是GGH入口和出口人孔門(mén)上，氯的含量分別達(dá)到了43萬(wàn)μg/g和46萬(wàn)μg/g，另外兩處吸收塔入口導(dǎo)流板及凈煙道GGH排水溝處灰樣中氯的含量也分別達(dá)到了9.8萬(wàn)μg/g和19萬(wàn)μg/g。表明煙氣中氯與某種堿性物質(zhì)反應(yīng)生成了氯化物鹽類并沉積在灰樣中。

（2）灰樣中其它元素凈煙氣側(cè)（GGH出口人孔門(mén)、凈煙道灰樣）均較原煙氣側(cè)（GGH入口人孔門(mén)、吸收塔入口導(dǎo)流板灰樣）減少，表明煙氣在進(jìn)入吸收塔后，有部分物質(zhì)溶入到漿液中。

3.2 2號(hào)機(jī)組脫硫吸收塔出口凝結(jié)水分析

為全面了解吸收塔出口凈煙氣中所攜帶水氣的特性，在吸收塔出口煙道非金屬膨脹節(jié)處采取了凈煙氣凝結(jié)水，并進(jìn)行了化學(xué)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 2號(hào)機(jī)組脫硫吸收塔出口凝結(jié)水分析

從2號(hào)機(jī)組脫硫吸收塔出口凝結(jié)水分析結(jié)果看，凝結(jié)水的pH值為2.85，表明該凝結(jié)液的酸性比較強(qiáng)。SO4

2-、CI-濃度分別為1500mg/L和198.6mg/L，凝結(jié)水的電導(dǎo)率較高，達(dá)到了4.61ms/cm，說(shuō)明該凝結(jié)液中可溶性的離子濃度較高。

3.3 1、2號(hào)機(jī)組脫硫煙道灰樣物相分析

為了進(jìn)一步了解脫硫系統(tǒng)不同煙道灰樣及GGH銹蝕物的成分組成，分別采取了1、2號(hào)機(jī)組脫硫煙道系統(tǒng)的灰樣，并進(jìn)行了物相分析，分析結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4脫硫灰樣物相分析結(jié)果看：

（1）各灰樣中NH4Cl含量占絕大部分，均在80%以上，其中2號(hào)機(jī)組脫硫GGH原煙氣入口人孔門(mén)、吸收塔入口導(dǎo)流板及2號(hào)GGH凈煙氣出口人孔門(mén)上的灰樣中NH4Cl含量分別達(dá)到了100%、97%和92%。

（2）2號(hào)機(jī)組脫硫GGH冷端金屬框架腐蝕物中，鐵氧化物含量合計(jì)為70%，NH4Cl含量22%，Mg(OH)F占8%。

3.4 煤的元素分析

該廠鍋爐燃煤采用神華和準(zhǔn)格爾混煤，混合比例為神華煤70%、準(zhǔn)格爾煤30%，為了了解燃煤中Cl元素的含量，從鍋爐煤粉倉(cāng)采取了混合煤粉樣并進(jìn)行了元素分析，分析結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5入爐煤元素分析結(jié)果看，煤中氯含量為128.6μg/g（設(shè)計(jì)350μg/g），低于設(shè)計(jì)值，煤中Sad含量為0.4%，屬低硫煤。

表4 1、2號(hào)機(jī)組脫硫煙道灰樣物相分析

表5 入爐煤的元素分析

4 脫硫GGH金屬框架腐蝕原因分析

從脫硫煙道灰樣元素及物相分析結(jié)果看，初步分析認(rèn)為鍋爐煙氣中NH4Cl的大量存在是造成脫硫GGH金屬框架腐蝕加速的主要原因。

（1）NH4Cl的來(lái)源

煤中含有的氟、氯、汞、砷、鉛、鎘、鉻等微量元素中，氟、氯均為易揮發(fā)的元素，當(dāng)煤燃燒時(shí)80%～90%的氟化物和氯化物在高溫下分解成氣態(tài)HF、HCl和少量的SiF4，并隨煙氣進(jìn)入FGD裝置。HF、HCI均為酸性氣體，幾乎全部被堿性吸收劑吸收進(jìn)入工藝液中。

鍋爐SNCR脫硝投入運(yùn)行后，由于向爐內(nèi)噴入了尿素溶液，尿素?zé)峤猱a(chǎn)生的NH3大部分與鍋爐燃燒產(chǎn)生的NOx反應(yīng)，但為了使NH3與NOx反應(yīng)更加充分，尿素溶液的噴入量必須有一定的裕量，也相應(yīng)的增大了煙氣中氨的濃度。從鍋爐SNCR投入運(yùn)行后各種不同工況下的試驗(yàn)結(jié)果看，存在各取樣點(diǎn)氨的逃逸量不均現(xiàn)象，后側(cè)豎井煙道內(nèi)氨逃逸濃度為1.0～3.5ppm，而前側(cè)豎井煙道內(nèi)氨逃逸濃度為8.0～20ppm。

鍋爐SCR運(yùn)行是通過(guò)提高爐內(nèi)尿素溶液的噴入量，利用SNCR逃逸的氨與NOx反應(yīng)達(dá)到進(jìn)一步降低NOx濃度、提高脫硝效率的目的，隨著尿素溶液量的增大，煙氣中氨的逃逸將會(huì)進(jìn)一步增加且分布會(huì)更加不均勻。從鍋爐SCR投入運(yùn)行后各種不同工況下的調(diào)試情況看，SCR出口煙道內(nèi)局部測(cè)點(diǎn)處氨的逃逸量超過(guò)10ppm，并且由于噴氨量的增大，氨逃逸超標(biāo)（≥5ppm）點(diǎn)增多。

煙氣中NH3與HCl極易結(jié)合生成NH4Cl。當(dāng)煙氣中的NH3濃度較低時(shí)，生成少量的NH4Cl，但隨著煙氣中NH3濃度的升高，NH4Cl的生成量增大，煙氣中NH3起到了富集氯的作用。

（2）GGH運(yùn)行特點(diǎn)及材質(zhì)特性

脫硫GGH安裝在原、凈煙氣煙道內(nèi)，其運(yùn)行特點(diǎn)是在原煙氣側(cè)吸收熱量，轉(zhuǎn)至凈煙氣側(cè)時(shí)將熱量傳給凈煙氣以提高凈煙氣的溫度。由于其在干、濕煙氣中旋轉(zhuǎn)，所處的環(huán)境溫度較低并發(fā)生周期變化。從實(shí)際運(yùn)行情況看，不同負(fù)荷工況下其原煙氣側(cè)入口/出口溫度在135℃～155℃/90℃～101℃之間變化，凈煙氣側(cè)入口/出口溫度在49℃～50℃/95℃～108℃之間變化。為防止其部件腐蝕，傳熱元件采用碳鋼鍍搪瓷、轉(zhuǎn)子框架一般選用考登鋼（Corten）。

考登鋼（耐大氣腐蝕鋼），是介于普通碳鋼和不銹鋼之間的一種低合金高強(qiáng)度鋼，其抵抗低溫腐蝕的能力比較強(qiáng)，在腐蝕環(huán)境中其表面能形成鈍化膜保護(hù)層，起到減緩金屬腐蝕的作用。

（3）GGH金屬框架腐蝕

脫硫GGH冷熱端溫度在49℃～101℃之間，均低于煙氣的酸露點(diǎn)溫度，特別是在凈煙氣入口側(cè)其GGH入口煙氣為低溫飽和濕煙氣。從增壓風(fēng)機(jī)葉片、GGH原煙氣入口、凈煙氣出口人孔門(mén)及GGH沖洗物物相分析結(jié)果看，在不同溫度的煙氣條件下，灰樣中NH4CI含量均在80%以上，說(shuō)明煙氣中NH4Cl在進(jìn)入脫硫系統(tǒng)后便開(kāi)始在風(fēng)機(jī)、GGH設(shè)備及煙道上沉積析出。分析其腐蝕過(guò)程為煙氣中的NH4Cl在GGH原煙氣側(cè)析出，當(dāng)GGH轉(zhuǎn)至凈煙氣側(cè)時(shí)，在飽和濕煙氣中含有的大量水汽的作用下溶解并產(chǎn)生大量的NH4+和Cl－離子，在GGH金屬表面形成電解液，氯化銨水解呈酸性，且氯離子有較強(qiáng)的腐蝕性，高濃度的Cl－離子滲透破壞了金屬表面的防護(hù)膜，造成GGH金屬框架電化學(xué)腐蝕損壞。

5 預(yù)防措施及建議

該廠脫硫GGH框架腐蝕加速問(wèn)題主要發(fā)生在鍋爐SCR脫硝投入運(yùn)行以后（先期SNCR投入運(yùn)行后，未發(fā)現(xiàn)脫硫GGH框架有明顯的腐蝕問(wèn)題），脫硝過(guò)程中爐內(nèi)噴入尿素溶液量的增大、煙氣中NH3逃逸增加是導(dǎo)致脫硫GGH金屬框架腐蝕的主要原因。因此，為控制GGH金屬框架腐蝕速度，確保GGH及脫硫系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，采取了以下控制措施：

（1）針對(duì)目前尿素噴入量以出口NOx濃度指標(biāo)為準(zhǔn)，調(diào)整手段比較簡(jiǎn)單的實(shí)際情況，進(jìn)一步優(yōu)化鍋爐SNCR+SCR噴氨運(yùn)行方式，制定不同運(yùn)行工況下的噴氨調(diào)整方案。確保在滿足環(huán)保指標(biāo)的前提下，控制尿素的噴入量，降低NH3的逃逸量。

（2）加強(qiáng)尿素、氨表的定期檢查與維護(hù)，確保表計(jì)指示的準(zhǔn)確性，以保證運(yùn)行人員調(diào)整的精確度，減少由于表計(jì)顯示不準(zhǔn)確造成的尿素溶液噴入過(guò)多造成煙氣中NH3的逃逸量增大。

（3）完善尿素配料的管理制度，防止配料過(guò)程中雜物進(jìn)入尿素系統(tǒng)造成噴氨槍噴嘴堵塞，尿素溶液噴入量不均導(dǎo)致的煙氣中NH3的逃逸量增大。

6 結(jié)語(yǔ)

該廠鍋爐SNCR+SCR脫硝改造在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用尚屬首次，從改造后的實(shí)際運(yùn)行情況看，取得了較好的效果，NOx排放達(dá)到了國(guó)家及地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，為國(guó)內(nèi)運(yùn)行鍋爐的脫硝改造積累了經(jīng)驗(yàn)。但由于該型號(hào)鍋爐本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)行中存在甲乙側(cè)煙氣分布不均勻等問(wèn)題，給脫硝運(yùn)行調(diào)整帶來(lái)一定的困難。為此，建議采用SNCR+SCR脫硝的電廠，應(yīng)加強(qiáng)脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)整，控制好尿素的噴入量，以減少氨的逃逸量超標(biāo)對(duì)鍋爐后續(xù)設(shè)備及脫硫系統(tǒng)設(shè)備的影響，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

（略）廢水回用技術(shù)的推廣，從而帶動(dòng)地方同行業(yè)節(jié)水減排。

（4）有利于提升企業(yè)的社會(huì)聲譽(yù)。該工程的建設(shè)，使該公司不僅獲得“節(jié)能減排優(yōu)秀企業(yè)”、“清潔生產(chǎn)企業(yè)”等榮譽(yù)稱號(hào)，還在本地區(qū)、本行業(yè)中樹(shù)立了良好的社會(huì)形象。

3 結(jié)論

（1）“SMF+HAPRO”雙膜技術(shù)用于印染廢水回用工程，回用水達(dá)到《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923-2005）中關(guān)于工藝與產(chǎn)品用水的標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良，滿足印染企業(yè)的生產(chǎn)用水要求。

（2）“SMF+HAPRO”雙膜組合的工藝技術(shù)，在盛虹集團(tuán)印染廢水回用工程中得到很好運(yùn)用，兩年多來(lái)，整套系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)性能指標(biāo)均能達(dá)到工藝要求。

（3）“SMF+HAPRO”雙膜技術(shù)用于印染廢水回用工程，給應(yīng)用企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。

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