楊勇軍

(中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司動(dòng)力部，江蘇南京 210048)

淺析SCR對(duì)鍋爐設(shè)備的影響及對(duì)策

楊勇軍

(中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司動(dòng)力部，江蘇南京 210048)

鍋爐 煙氣 氮氧化物 脫硝 防范措施

1 鍋爐現(xiàn)狀

中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司(以下簡(jiǎn)稱南化公司)動(dòng)力部鍋爐尾部煙道設(shè)備布置流程為：高溫省煤器—脫硝SCR反應(yīng)器—高溫空預(yù)器—低溫省煤器—低溫空預(yù)器—布袋除塵器。

鍋爐脫硝系統(tǒng)采用低氮燃燒器+SCR的工藝路線。該工藝通過(guò)低氮燃燒器減少煙氣中NOx生成，為保證催化劑化學(xué)反應(yīng)所需要的最佳還原溫度及安裝空間，對(duì)高溫省煤器進(jìn)行強(qiáng)化換熱改造。在高溫省煤器后增加SCR反應(yīng)區(qū)，在SCR反應(yīng)區(qū)入口處增加1組噴氨格柵，向煙氣中噴入氨、空混合氣;再通過(guò)催化劑層進(jìn)行選擇性催化還原反應(yīng)，達(dá)到脫硝目的。

為了能布置SCR部分進(jìn)出口煙道，對(duì)高溫省煤器、上層空預(yù)器、低溫省煤器及下層空預(yù)器進(jìn)行改造，騰出空間的同時(shí)提高了爐效，確保不因低氮燃燒器改造導(dǎo)致鍋爐整體爐效降低。

低氮燃燒器改造在鍋爐的18.6 m和16.2 m各增加1層燃盡風(fēng)，同時(shí)為保證鍋爐效率，將高溫省煤器和低溫省煤器更換為螺旋翅片管省煤器，高溫空預(yù)器改為內(nèi)螺旋管空預(yù)器，考慮到硝酸氫銨的存在，低溫空預(yù)器下層采用內(nèi)襯搪瓷的空預(yù)器。

SCR部分的催化劑采用FN-2G型脫硝催化劑、反應(yīng)器內(nèi)“2+1”層催化劑設(shè)計(jì)，目前實(shí)裝2層，預(yù)留1層位置。按照目前安裝的2層來(lái)計(jì)算，總催化劑體積為62.1 m3，總質(zhì)量56 t，每層由20個(gè)催化劑模塊組成，每組模塊尺寸為1 850 mm×940 mm。

2013年5月南化公司改造1#鍋爐脫硝，10月29日開(kāi)車，11月6日完成熱態(tài)調(diào)試，投運(yùn)SCR系統(tǒng)。2014年2月改造2#鍋爐脫硝， 25月15日開(kāi)車，5月21日完成熱態(tài)調(diào)試，投運(yùn)SCR系統(tǒng)。2014年6月9日改造3#鍋爐脫硝， 11月14日開(kāi)車，11月24日完成熱態(tài)調(diào)試，投運(yùn)SCR系統(tǒng)。

2 脫硝SCR反應(yīng)原理

2.1 脫硝反應(yīng)原理主反應(yīng)

SCR脫硝的還原劑是氨氣，氨氣在脫硝的催化劑作用下主要發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)[1]：

(1)

(2)

經(jīng)過(guò)式(1)和式(2)實(shí)現(xiàn)了脫除煙氣中氮氧化物的作用，但是在煙氣中NOx是以NO形式存在，在脫硝中是以第一個(gè)反應(yīng)為主的。但是在脫除氮氧化物的過(guò)程中會(huì)發(fā)生氨氣分解的化學(xué)反應(yīng)[1]：

(3)

(4)

2.2 脫硝反應(yīng)中的副反應(yīng)

在煙氣中因?yàn)椴恢淮嬖谥趸铮€存在著與硫相關(guān)的一些氧化物，在煙道中總會(huì)存在一些漏風(fēng)的情況，或者司爐工在操作燃燒時(shí)使煙氣中的含氧量過(guò)大，因而在SCR系統(tǒng)下游會(huì)發(fā)生一些次級(jí)反應(yīng)[1]：

(5)

(6)

(7)

(8)

這些硫酸銨與硫酸氫銨是非常細(xì)的顆粒物，在溫度高于230 ℃時(shí)以顆粒狀存在，硫酸氫銨在 180～230 ℃呈液態(tài)且具有很強(qiáng)的黏結(jié)性[1]。

3 脫硝SCR對(duì)鍋爐設(shè)備運(yùn)行的影響

3.1 SCR對(duì)鍋爐低溫空氣預(yù)熱器的影響

低溫空預(yù)器進(jìn)口溫度為260 ℃，出口溫度約140 ℃，由于脫硝中的NH3逃逸導(dǎo)致副反應(yīng)中生成部分硫酸氫銨，硫酸氫銨黏結(jié)在空預(yù)器管線內(nèi)壁，與部分灰分黏結(jié)在一起堵塞空氣預(yù)熱器[2]，影響空氣預(yù)熱器的換熱效果，降低鍋爐效率。由脫硝反應(yīng)原理可知：在脫除煙氣中的NOx時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多水分子，當(dāng)空氣預(yù)熱器內(nèi)壁抗腐蝕材料出現(xiàn)脫落或者磨損時(shí)，脫硝時(shí)存在的硫酸、硫酸氫銨、硫酸銨在黏結(jié)部分水分子會(huì)加劇低溫空預(yù)器腐蝕速度，腐蝕處一般在空預(yù)器管口處。

3.2 SCR對(duì)低溫省煤器的影響

1)硫酸銨、硫酸氫銨與鍋爐灰分黏結(jié)形成較大的固體顆粒物，在風(fēng)機(jī)抽吸力作用下，以較大的速度下降，沖擊到省煤器管束，長(zhǎng)時(shí)間的沖刷對(duì)省煤器管束造成巨大磨損，從而導(dǎo)致省煤器泄露。

2)硫酸銨與硫酸氫銨與灰形成的固體黏結(jié)物附著在低溫省煤器管壁與翅片上，造成省煤器內(nèi)部煙氣通道截面積縮小，流經(jīng)省煤器的煙氣流體在這一段的流速增加。流速越大，對(duì)管壁的沖擊力越大，磨損程度越厲害。

3)脫硝的次級(jí)產(chǎn)物中有水、硫酸銨和硫酸氫銨，這些產(chǎn)物結(jié)合在一起呈強(qiáng)酸性，因而沖刷與化學(xué)腐蝕的雙重因素導(dǎo)致省煤器管束運(yùn)行環(huán)境惡劣。

4)低溫省煤器內(nèi)部流場(chǎng)改變對(duì)省煤器的影響：脫硝SCR的次級(jí)產(chǎn)物與煙氣作用，其中一部分黏附在高溫空預(yù)器底端，另一部分黏附在低溫省煤器管束上。由于灰分堵塞與黏附，煙氣在低溫省煤器內(nèi)部的流道在部分省煤器管束上發(fā)生改變，低溫省煤器內(nèi)部局部流道發(fā)生改變后，局部流場(chǎng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。當(dāng)煙氣流經(jīng)低溫省煤器內(nèi)部進(jìn)行熱量交換時(shí)，由于灰分的堵塞與黏附改變了正常熱交換的流場(chǎng)，從而導(dǎo)致省煤器局部熱交換流場(chǎng)出現(xiàn)紊流。紊流形成后，煙氣流過(guò)省煤器時(shí)會(huì)對(duì)省煤器內(nèi)部某些固定的管束或者部位長(zhǎng)期高速?zèng)_刷，這種長(zhǎng)期高速固定的沖刷降低了省煤器管束壁厚變薄的承壓能力，最終導(dǎo)致省煤器泄漏。

3.3 SCR對(duì)布袋除塵器的影響

鍋爐脫硝改造后，鍋爐布袋除塵器的布袋壓差逐漸增大，導(dǎo)致鍋爐不能長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。脫硝對(duì)鍋爐布袋除塵器內(nèi)部設(shè)備的影響如下:① 布袋糊帶嚴(yán)重，壓差高增加風(fēng)機(jī)電耗。由于布袋長(zhǎng)期運(yùn)行，脫硝中產(chǎn)生的硫酸銨與硫酸氫銨逐漸黏結(jié)在布袋表面，這些黏結(jié)物黏性比灰大，使布袋透氣性差，從而導(dǎo)致布袋糊帶。② 對(duì)布袋使用壽命的影響。布袋在除塵過(guò)程中起過(guò)濾作用，噴吹的壓縮空氣有助于除去過(guò)濾時(shí)布袋表面的粉塵。過(guò)濾煙塵時(shí)，布袋抱緊在布袋內(nèi)部的袋籠架上，在噴吹作用下，壓縮空氣使布袋張開(kāi)，使黏結(jié)在布袋表面的粉塵脫落。過(guò)濾煙塵時(shí)，布袋一開(kāi)始處于收縮狀態(tài)，加上噴吹的壓縮空氣后布袋處于舒張狀態(tài)。在布袋處于舒張狀態(tài)時(shí)，部分次級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物殘留在布袋的纖維縫隙中，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)使這些次級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物堆積在布袋的纖維里，導(dǎo)致布袋收縮性與舒展性能變差。當(dāng)這些次級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物堆積到一定數(shù)量后，布袋的收縮與舒展功能會(huì)逐漸失效，從而減少布袋使用壽命。③ 布袋內(nèi)部袋籠腐蝕加劇。由于次級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物的存在，內(nèi)部袋籠表面防護(hù)層脫落或出現(xiàn)裂紋，這些次級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物加劇內(nèi)部袋籠的腐蝕，被腐蝕的袋籠表面光潔度變差、摩擦力增大、黏結(jié)布袋能力增強(qiáng)，長(zhǎng)期運(yùn)行使布袋黏結(jié)到袋籠上，影響布袋的正常更換以及布袋的清理工作。

4 對(duì)鍋爐效率的影響

1)安裝SCR脫硝裝置后，煙道長(zhǎng)度增加，散熱表面增加，導(dǎo)致熱量損失。

2)次級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物黏結(jié)在空預(yù)器管內(nèi)壁，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞，降低空氣預(yù)熱器換熱效率，導(dǎo)致鍋爐排煙溫度升高，降低鍋爐熱效率。

5 防范措施

5.1 加強(qiáng)吹灰

加強(qiáng)鍋爐吹灰的管理，有效提高NH3在脫硝SCR的反應(yīng)效率，從而降低NH3逃逸?？諝忸A(yù)熱器與省煤器能提高鍋爐換熱效率，從而降低次級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物黏結(jié)在空預(yù)器與省煤器上的幾率。

5.2 嚴(yán)格控制運(yùn)行過(guò)程中的氨逃逸

為減少脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)鍋爐的影響，需要控制硫酸氫銨的生成量，生成的硫酸氫銨主要與煙氣中NH3、水分、SO3以及溫度相關(guān)。在火電廠的實(shí)際運(yùn)行中，控制煙氣中的水分、SO3、溫度較為困難，只有控制煙氣中NH3含量較為容易[2]。因此嚴(yán)格控制NH3逃逸率，減少生成的硫酸氫銨才能降低脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)給鍋爐帶來(lái)的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

火力發(fā)電廠中的SCR會(huì)降低尾部煙道后續(xù)設(shè)備的使用壽命以及鍋爐熱效率，因此了解運(yùn)行過(guò)程中的SCR系統(tǒng)對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響，采取有針對(duì)性的措施，才能確保鍋爐安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。

[1] 蔣文舉.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊(cè)(第2版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012：417.

[2] 寧獻(xiàn)武，劉樹民，劉志杰，等.SCR脫硝系統(tǒng)對(duì)鍋爐設(shè)備的影響及對(duì)策[J].電力環(huán)境保護(hù)，2009，12(6)：34-36.

TQ111.26；X701

B

1002-1507(2017)08-0050-02

2017-06-01。

楊勇軍，男，中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司動(dòng)力部助理工程師，主要從事鍋爐裝置管理工作。電話：15077894268；E-mail：yangyj.nhgs@sinopec.com。