陳紅，耿向瑾，李明亮，邱亞林

(云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司，昆明 650217)

0 前言

NOx 是光化學(xué)煙霧和酸雨形成的主要污染物，燃煤發(fā)電機(jī)組要求安裝SCR (選擇性催化還原法)煙氣脫硝裝置以降低NOX 排放［1］，要求燃煤鍋爐的氮氧化物(以NO2 計(jì))排放標(biāo)準(zhǔn)降低到100 mg/m3(標(biāo)況)。在已投運(yùn)煙氣脫硝裝置的機(jī)組中，改造過(guò)的和尚未改造的空預(yù)器均出現(xiàn)過(guò)因硫酸氫氨堵塞而造成煙側(cè)阻力增加的現(xiàn)象［2］，導(dǎo)致機(jī)組減出力、引風(fēng)機(jī)搶風(fēng)事件發(fā)生，部分空預(yù)器改造后還出現(xiàn)了排煙溫度升高，爐效降低的情況。

1 脫硝裝置對(duì)鍋爐尾部轉(zhuǎn)機(jī)影響

1.1 空預(yù)器硫酸氫氨堵塞及腐蝕

SCR 煙氣脫硝的原理是:在催化劑作用下，向煙氣中噴入氨，將NOx 催化還原成N2和H2O［3］，主要反應(yīng)式為4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O。由于噴入的氨氣與煙氣不可能100%均勻混合，在反應(yīng)器的某些區(qū)域，氨氣的含量會(huì)大于煙氣中的NOx 含量，這樣就造成氨氣相對(duì)過(guò)剩，從而形成氨逃逸。

氨逃逸和煙氣中的水蒸汽、SO3，在一定條件下會(huì)生成硫酸氫銨［4］，其反應(yīng)式為:NH3+SO3+H2O=NH4HSO4。硫酸氫銨在液態(tài)下，其以液體形式在物體表面聚集或以液滴形式分散于煙氣中。液態(tài)下的硫酸氫銨是一種粘度很大的腐蝕性物質(zhì)，會(huì)堵塞和腐蝕脫硝反應(yīng)器和下游設(shè)備，因此氨逃逸會(huì)對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。

硫酸氫銨生成的反應(yīng)速率主要與溫度、煙氣中NH3、SO3及H2O 濃度有關(guān)，硫酸氫銨的形成量隨NH3濃度的增加而增加，高SO3/ NH3摩爾比將促進(jìn)硫酸氫銨的形成及其在空預(yù)器上的沉積。硫酸氫銨的形成同時(shí)依賴于溫度，當(dāng)煙氣溫度略低于硫酸氫銨的初始形成溫度時(shí)，硫酸氫銨即開(kāi)始形成。以往認(rèn)為如果氨逃逸量在2 mg/L 以下將不會(huì)形成硫酸氫銨，然而事實(shí)上在足夠高的SO3煙氣濃度下即使1 mg/L 的氨逃逸量仍可形成硫酸氫銨。隨著NH3和SO3濃度乘積的升高，硫酸氫銨的露點(diǎn)溫度升高。

目前我國(guó)大型燃煤發(fā)電機(jī)組多采用可再生容克式空氣預(yù)熱器。在空氣預(yù)熱器的中、低溫端，煙氣溫度低于硫酸氫銨的初始生成溫度，硫酸氫銨會(huì)在空氣預(yù)熱器的中、低溫端的傳熱元件表面上生成［5］從而使空氣預(yù)熱器的換熱金屬元件上產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕，最終導(dǎo)致空氣預(yù)熱器出現(xiàn)壓降上升、換熱效率降低等現(xiàn)象，威脅空氣預(yù)熱器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 引風(fēng)機(jī)搶風(fēng)

脫硝劑的噴入量相對(duì)煙氣量較少，對(duì)引風(fēng)機(jī)風(fēng)量影響可忽略不計(jì);但因SCR 的阻力增加約500～600 Pa，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)向左偏移，易造成引風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)落入不穩(wěn)的工作區(qū)域，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象。

圖1 軸流式風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作搶現(xiàn)象

從圖1 可以看出，兩臺(tái)具有相同性能曲線Ⅰ和Ⅱ的風(fēng)機(jī)，并聯(lián)工作時(shí)總性能曲線是一條具有∞形區(qū)域的曲線。若兩臺(tái)風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)系統(tǒng)1 中運(yùn)行，則點(diǎn)1 為系統(tǒng)的工作點(diǎn)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)都將在點(diǎn)1＇穩(wěn)定運(yùn)行，此時(shí)不會(huì)出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象。如果由于某種原因，管網(wǎng)系統(tǒng)阻力改變至系統(tǒng)2 時(shí)，則風(fēng)機(jī)進(jìn)入∞形區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。此時(shí)，管網(wǎng)阻力曲線與兩臺(tái)并聯(lián)風(fēng)機(jī)的總性能曲線Ⅲ的∞形區(qū)域同時(shí)相交于點(diǎn)2 和點(diǎn)3。風(fēng)機(jī)在點(diǎn)2 的工作是暫時(shí)的，很快會(huì)移動(dòng)到點(diǎn)3，使某臺(tái)風(fēng)機(jī)在大風(fēng)量的點(diǎn)3＇(穩(wěn)定區(qū)域)工作，另一臺(tái)風(fēng)機(jī)在小風(fēng)量的點(diǎn)3"工作，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的工作平衡狀態(tài)被破壞。

由于并聯(lián)運(yùn)行靜調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)性能曲線的∞形區(qū)域是在小流量范圍內(nèi)，所以避免風(fēng)機(jī)“搶風(fēng)”的根本措施是防止工作點(diǎn)落在∞形區(qū)域內(nèi)。一旦發(fā)生，應(yīng)采取措施使風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)離開(kāi)∞形區(qū)域，如減小管網(wǎng)系統(tǒng)阻力、使管網(wǎng)阻力曲線右移等，使風(fēng)機(jī)回到穩(wěn)定工作區(qū)。冷態(tài)引風(fēng)機(jī)搶風(fēng)原因有幾方面的原因:

1)機(jī)組進(jìn)行脫硝工程改造時(shí)，增加了SCR反應(yīng)器，管網(wǎng)阻力增加。

2)空氣預(yù)熱器受熱面局部堵塞，流通面積減少，增加了管網(wǎng)阻力。

3)氨過(guò)剩使飛灰化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，飛灰質(zhì)量變差，易積灰，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器出口煙道嚴(yán)重積灰，造成管網(wǎng)阻力增加。引風(fēng)機(jī)工作管網(wǎng)阻力增加是導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)搶風(fēng)的根本原因。

2 預(yù)防措施

2.1 空氣預(yù)熱器

2.1.1 改造措施

1)合并傳統(tǒng)的冷段和中溫段，將換熱元件改為2 段，冷段高度加大到約800～1 200 mm，涵蓋機(jī)組不同負(fù)荷下硫酸氫氨的生成溫度范圍，保證全部硫酸氫氨在冷段完成凝結(jié)和沉積。

2)冷端換熱元件采用搪瓷涂層元件，可以隔斷腐蝕物(硫酸氫銨和由SO3吸收水分產(chǎn)生的H2SO4)和金屬接觸，且表面光潔，易于清洗干凈。

3)加裝SCR 系統(tǒng)后，空預(yù)器冷段換熱元件通常采用局部封閉、高吹灰大通透性的波形(如DNF)替代傾斜的雙層皺紋形(DU)［6］，使元件表面沉積的飛灰易于被吹灰器清掃。

4)增加高壓水吹灰裝置(雙介質(zhì)吹灰器)，當(dāng)煙氣阻力上升50%左右時(shí)，隔離空氣預(yù)熱器后，可對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行不停機(jī)清洗。

5)換熱元件的改造，需要增加換熱面積，以維持或不增加排煙溫度。

2.1.2 控制措施

1)定期進(jìn)行氨噴射流量平衡調(diào)整提高噴氨均勻性，并嚴(yán)格控制噴氨量，防止局部或整體過(guò)量噴氨，減少硫酸氫氨的生成。

2)有條件下，燃用低硫煤，減少SO3生產(chǎn)量，從而抑制硫酸氫銨的產(chǎn)生。

2.2 引風(fēng)機(jī)

加裝液氨SCR 脫硝裝置后，機(jī)組尾部煙道管網(wǎng)阻力增加近500－600 Pa，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行工作點(diǎn)必然左移。機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)段，引風(fēng)機(jī)更容易運(yùn)行在不穩(wěn)定工作段(并列異常)，一旦受到擾動(dòng)還可能發(fā)生搶風(fēng)事件。應(yīng)加強(qiáng)尾部煙道、空氣預(yù)熱器清灰工作，降低阻力，減少引風(fēng)機(jī)搶風(fēng)的幾率。

在鍋爐豎直煙道出口水平段煙道加裝灰斗及輸灰設(shè)備，及時(shí)輸灰，防止積灰，減少煙道阻力，防止引風(fēng)機(jī)搶分風(fēng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

1)采用SCR 脫硝裝置，對(duì)空預(yù)器的沾污、堵塞和腐蝕可通過(guò)限制氨逃逸量及催化劑的SO2/SO3氧化率加以控制;對(duì)空預(yù)器進(jìn)行相應(yīng)的改造，并且考慮合理的吹灰器的運(yùn)行方式?？疹A(yù)器改造時(shí)，需要增加換熱面積，以維持或不增加排煙溫度。為有效降低硫酸氫銨在空預(yù)器換熱元件上的形成速率，可選用搪瓷鍍層換熱元件。

2)采用SCR 脫硝裝置，對(duì)引風(fēng)機(jī)的影響(即風(fēng)機(jī)搶風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)的增加)可通過(guò):在鍋爐豎直煙道出口水平段煙道加裝灰斗及輸灰設(shè)備，及時(shí)輸灰，防止煙道積灰;加強(qiáng)尾部煙道、空氣預(yù)熱器清灰工作等加以控制。

［1］GB 13223—2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］鐘禮金，宋玉寶.鍋爐SCR 煙氣脫硝空氣預(yù)熱器堵塞原因及其解決措施［J］.熱力發(fā)電，2012，41 (8):45－50.

［3］吳碧君，王述剛，等.煙氣脫硝工藝及其化學(xué)反應(yīng)原理分析［J］.熱力發(fā)電，2006 (11):59－ 60.

［4］馬雙忱，金鑫，孫云雪，崔基偉.SCR 煙氣脫硝過(guò)程硫酸氫銨的生成機(jī)理與控制［J］.熱力發(fā)電，2010，38 (9):12－17.

［5］董建勛，閆冰，趙宗林，王松嶺，馮兆興.火電廠煙氣脫硝裝置對(duì)鍋爐運(yùn)行影響的分析［J］.熱力發(fā)電，2007，(3):17－18.

［6］曹志勇，陳聰，湯棟.浙江省燃煤發(fā)電機(jī)組SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況評(píng)估［J］.zhejian 浙江電力［J］，2013，(11):40－43.