吳鴻飛

（貴州粵黔電力有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553505）

火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運(yùn)行的影響

吳鴻飛

（貴州粵黔電力有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553505）

現(xiàn)階段我國發(fā)電廠大多以燃煤發(fā)電為主，本文以火電廠的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)為例，對火電廠煙氣脫硝裝置的使用對于鍋爐運(yùn)行的影響進(jìn)行分析，供相關(guān)人士參考。

火電廠；煙氣脫硝；運(yùn)行影響

1 引言

近些年，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，我國大型火力燃煤電廠大量興建，無論是國家環(huán)保機(jī)構(gòu)，還是各發(fā)電集團(tuán)都越來越重視發(fā)電廠的煙氣脫硫處理。火電廠的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的應(yīng)用，使火電廠煙氣SCR脫硝系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，降低NOx排放的措施，以達(dá)到國家的排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)減少NOx的排污費(fèi)，避免煙氣再加熱消耗能量，節(jié)約了所需能量，降低了生產(chǎn)成本，適合推廣應(yīng)用。

2 火電廠的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

火電廠的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)，包括鍋爐和省煤器，所述鍋爐的出口連接有省煤器，所述省煤器的出口連接脫硝器，所述脫硝器連接空預(yù)器，所述空預(yù)器的出口通過除塵器連接脫硫裝置，所述脫硫裝置的出口連接煙囪；所述空預(yù)器的空冷入口上連接有送風(fēng)機(jī)，所述空預(yù)器的空冷出口連接至鍋爐；所述省煤器與脫硝器間的管路上連接有液氨存儲及卸料系統(tǒng)、以及監(jiān)控系統(tǒng)。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，增設(shè)的脫硝器，可對鍋爐排除的煙氣進(jìn)行脫硝處理，從而使得鍋爐排除的煙氣在催化劑的作用下，還原劑（液氨）與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)生成無害的氮和水，從而去除煙氣中的NOx。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 對SCR脫硝法產(chǎn)生影響的性能因素分析

3.1 脫硝催化劑

在SCR脫硝法中，脫硝催化劑最為重要，它在整體脫硝裝置中的投資成本要占到總投資的40%以上。為火電廠鍋爐配備的一般為高溫催化劑，它的催化載體為TiO2，其中的主要成分包括了WO3、V2O5等金屬氧化物，它們占據(jù)了催化劑95%以上的成分比例。之所以選擇高溫催化劑是因?yàn)樗母呙撓跣屎透叻磻?yīng)溫度（400℃），對大型火電廠鍋爐而言，高溫催化劑幾乎是必不可少的脫硝反應(yīng)元素。為了達(dá)到高溫催化劑的反應(yīng)需求，要將SCR脫硝反應(yīng)器安置于鍋爐的高溫空氣預(yù)熱器以及省煤器中間。如此設(shè)計(jì)的另一個(gè)原因還在于高溫空氣預(yù)熱器與省煤器所處區(qū)域也是煙氣含塵量最大的區(qū)域，所以為了避免粉塵對于催化劑性能的負(fù)面影響，一定要在此區(qū)域配備脫硝反應(yīng)器以保護(hù)催化劑的脫硝性能。

圖1 SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 煙氣的溫度

在SCR脫硝過程中，煙氣的溫度決定了催化還原反應(yīng)的速率，對催化劑的活性也有很大影響。如果煙氣溫度能維持在350～390℃，那么催化劑的活性將達(dá)到最高水平。待到煙氣溫度下降到硫酸氫銨的露點(diǎn)溫度230℃時(shí)，所加入的NH3還原劑與煙氣中的SO2反應(yīng)生成新的硫酸氫銨，它會被冷凝于催化劑中，此時(shí)的催化劑就會暫時(shí)失去活性。而如果煙氣溫度過高高于400℃時(shí)，NH3還原劑就會與O2反應(yīng)最終生成NOx，這樣不利于脫硝效果的發(fā)揮。所以在火電廠鍋爐的燃用設(shè)計(jì)方面，必須將入口煙氣的溫度控制在320～390℃之間。

3.3 SO2與SO3之間的轉(zhuǎn)化率

SO2與SO3之間的轉(zhuǎn)化率是指當(dāng)煙氣流經(jīng)脫硝裝置被處理后，煙氣中兩種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化比率。在轉(zhuǎn)化過程中，V2O5催化劑是最關(guān)鍵的活性物質(zhì)，它能表現(xiàn)出較為出色的脫硝效率。從化學(xué)轉(zhuǎn)化角度講，兩種氣體之間的轉(zhuǎn)化率與溫度相關(guān)，如果煙氣溫度降至220℃以下，而且附著水蒸氣，SO3就會與NH3還原劑反應(yīng)生成硫酸氫銨，硫酸氫銨在經(jīng)過沉積附著于催化劑表面后就會造成催化劑的堵塞。所以不但要保證煙氣脫硝反應(yīng)過程中對溫度的控制（220～390℃），還要使SO2與SO3之間的轉(zhuǎn)化率小于1%。

4 實(shí)例探析SCR聯(lián)合脫硝裝置對鍋爐運(yùn)行的影響

該鍋爐型號為HG-410/9.8-YW15，采用中間倉儲式制粉系統(tǒng)、單汽包自然循環(huán)、固態(tài)排渣、四角切圓噴燃、Π型布置，四周布置膜式水冷壁。鍋爐爐膛為正方形，尺寸為9980mm×9980mm，頂棚管標(biāo)高39000mm，汽包中心線標(biāo)高42600mm。

4.1 對冷灰斗的影響

該鍋爐配套有兩個(gè)冷灰斗，灰渣通過撈渣機(jī)、碎渣機(jī)進(jìn)入灰溝，經(jīng)沖灰噴嘴送入渣漿池，再通過渣漿泵打到脫水倉，經(jīng)脫水后運(yùn)到灰場。SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)運(yùn)行1a多后，在渣斗附近有較濃的氨味，冷灰斗與密封水接觸的邊緣有大量的積灰。SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)采用的是墻式氣力霧化噴槍，稀釋后的尿素溶液經(jīng)霧化后高速噴入爐膛，高速噴入的尿素液滴對爐膛內(nèi)的局部煙氣形成較強(qiáng)的擾動(dòng)和沖擊，從而加快了煙氣中飛灰的碰撞，促使飛灰間大顆粒的形成，同時(shí)由于噴入的尿素液滴溫度較低，液滴蒸發(fā)和尿素?zé)峤膺^程均降低了煙氣接觸的溫度，部分來不及熱解的尿素晶體被飛灰包裹落入灰斗中，在灰斗遇到水后再慢慢溶解于水封水中。此外，由于沖灰水采用循環(huán)利用方式，補(bǔ)充水為循環(huán)水和部分工業(yè)水，從而導(dǎo)致水封用水的尿素溶液濃度逐漸升高，氨味也隨之越來越重。對冷灰斗與密封水接觸邊緣的積灰進(jìn)行物相分析可知，積灰的主要成分是CaSO4和Ca（SO4）（H2O）2。由于飛灰之間碰撞的增加及局部煙溫的下降，為煙氣中SO2與CaO的反應(yīng)提供了重要的條件，更多的CaSO4生成，落入灰斗的CaSO4增加，CaSO4在水中的溶解度很低，形成大量的結(jié)晶體，結(jié)晶體附在冷灰斗表面從而增加冷灰斗表面的粘附能力，使得越來越多的積灰形成，若不及時(shí)清理，最終會導(dǎo)致冷灰斗被徹底封死，鍋爐排渣功能失效。

4.2 對水冷壁的影響

SCR聯(lián)合系統(tǒng)連續(xù)投運(yùn)半年后，發(fā)現(xiàn)在墻式氣力霧化噴嘴的下方水冷壁彎管的位置出現(xiàn)泄漏，影響鍋爐的安全生產(chǎn)。發(fā)生泄漏的水冷壁管表面有不規(guī)則的貝殼或橢圓形狀的大小坑，呈現(xiàn)潰瘍狀，但并沒有腐蝕產(chǎn)物的聚集，其表面顯現(xiàn)光滑狀。墻式噴槍的前進(jìn)與退出主要由其配套的步進(jìn)電機(jī)來控制，為了避免噴嘴的燒壞，在設(shè)計(jì)中采用噴嘴剛好與水冷壁平齊。墻式噴嘴的噴孔為扇形，水平布置，即噴射的角度與旋轉(zhuǎn)上升的煙氣垂直，由于步進(jìn)電機(jī)的重量較大，導(dǎo)致墻式噴嘴的重心偏向電機(jī)一側(cè)，從而造成墻式噴槍略為上翹。若噴嘴出口附近有液滴，在重力的作用下液滴將沿著噴槍外壁面回流，最終滴漏到噴嘴下方的水冷壁管面上。與高溫的煙氣相比，噴槍表面的溫度低的多，液滴的蒸發(fā)相對較慢，當(dāng)液滴慢慢聚集成大液滴時(shí)，在重力作用下，就沿著壁管回流從而滴漏到下方的水冷壁管壁面。尿素在高溫下分解生成NH3和HNCO，氰酸根（NCO-）是一種還原性酸根，對水冷壁管表面的鈍化膜會產(chǎn)生活化腐蝕從而破壞活化膜。尿素液滴在水冷壁上會吸收煙氣中的SO2、SO3以及飛灰中氯化物，使得水冷壁上尿素液滴中硫酸根離子和氯離子濃度升高，進(jìn)一步破壞水冷壁表面上的保護(hù)膜，對鋼材產(chǎn)生腐蝕。此外尿素溶液液滴不斷滴漏蒸發(fā)，避免了尿素液滴中鐵離子濃度過高而導(dǎo)致水冷壁表面形成雙電層，不斷地從鋼材陰極吸引電子，從而使陽極不斷有電子向陰極移動(dòng)，而陽極上的鐵離子也就不斷移入液滴中，腐蝕不斷加劇，最終導(dǎo)致管壁破裂而發(fā)生泄漏。因此要避免尿素溶液附著在水冷壁上，以免對鍋爐運(yùn)行帶來隱患。

4.3 對空預(yù)器的影響

鍋爐采用立式、管式空氣預(yù)熱器，分兩級與省煤器交叉布置，上級為1個(gè)行程，下級為3個(gè)行程，管材為考登鋼。SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)連續(xù)投運(yùn)1a后，在檢修期間，對低溫空預(yù)器進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)煙道緊臨外包墻的區(qū)域，低溫段末級空預(yù)器腐蝕較為嚴(yán)重，而遠(yuǎn)離外包墻區(qū)域的管段則腐蝕較為輕微。對管段內(nèi)壁的垢樣進(jìn)行分析，結(jié)果表明垢樣主要含有硫酸根、硝酸根、氯離子、銅離子、鐵離子、鈣離子、銨根離子等。離子分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 腐蝕垢樣離子分析

從圖2可以看出，陽離子以NH4+和Ca2+所占比例最高，陰離子中以SO42-和Cl-所占比例最高。從前面的分析可知，當(dāng)NOx控制在100mg/m3以下時(shí)，NH3逃逸在5mL/m3以內(nèi)。逃逸的NH3能與煙氣中的SO3發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銨和硫酸氫銨，反應(yīng)如下：

在空預(yù)器的運(yùn)行溫度范圍內(nèi)硫酸氫銨為干燥固體粉末，對空預(yù)器的影響較小，但其粘性很強(qiáng)，容易在空預(yù)器的冷端沉積，因此垢樣中有銨根離子。由于鍋爐燃料為低硫煤且SCR催化劑的用量不多（GHSV約為4200h-1），煙氣中的SO3含量較低，生成的硫酸氫銨并不多，因此測得的銨根離子濃度遠(yuǎn)低于硫酸根離子的濃度。垢樣檢測中，硫酸根的含量最高，約占59%，其腐蝕嚴(yán)重的部位位于緊靠包墻的區(qū)域，由于散熱的影響，這部分區(qū)域的溫度較低，且為空預(yù)器冷端（進(jìn)風(fēng)口一側(cè)），更容易發(fā)生低溫腐蝕。一方面由于SO3的含量增加，酸露點(diǎn)溫度升高，另一方面由于SCR系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)噴入更多的水汽，水蒸氣的分壓力增加，也導(dǎo)致煙氣中的酸露點(diǎn)升高。大量的硫酸鹽、亞硫酸鹽的生成，使得積灰變得越來越緊密，積灰與管子內(nèi)壁反應(yīng)生成硫酸鐵和亞硫酸鐵，從而對管壁造成腐蝕。SCR系統(tǒng)的投運(yùn)進(jìn)一步加劇了空預(yù)器的腐蝕，因此需要加強(qiáng)吹灰并盡量控制NH3的逃逸。

5 結(jié)束語

現(xiàn)階段我國發(fā)電廠大多以燃煤發(fā)電為主，文章介紹了一種火電廠的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)。可對各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行精確有效的控制，使火電廠煙氣SCR脫硝系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，降低NOx排放的措施，以達(dá)到國家的排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)減少NOx的排污費(fèi)，避免煙氣再加熱消耗能量，節(jié)約了所需能量，降低了生產(chǎn)成本，適合推廣應(yīng)用。

[1]李波波.火電廠鍋爐脫硝裝置全負(fù)荷運(yùn)行技改實(shí)踐探討[J].工程技術(shù)：全文版，2016（12）：00241.

[2]朱晨曦，鄭迎九，周昊.SNCR+SCR煙氣聯(lián)合脫硝工藝在電站鍋爐中的應(yīng)用[J].中國電力，2016，48（2）：164～169.

[3]姚宣，鄭鵬，鄭偉.SCR脫硝系統(tǒng)最低連續(xù)噴氨溫度的研究[J].中國電力，2016，49（1）：146～150.

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1004-7344（2016）21-0096-02

2016-7-6

吳鴻飛（1974-），男，侗族，貴州盤縣人，助理工程師，大專，主要從事工作和研究方向?yàn)榛痣姲l(fā)電廠發(fā)電運(yùn)行及600MW火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，脫硫，脫銷，除塵環(huán)保運(yùn)行方面。