田立先

（鄭州市鄭東新區(qū)熱電有限公司，河南 鄭州 450000）

煤電目前仍是我國(guó)電力能源的主要組成部分，自然煤炭也是現(xiàn)階段我國(guó)最主要的能源。然而，煤炭燃燒產(chǎn)生的大量污染物嚴(yán)重影響著環(huán)境質(zhì)量，尤其所排放的的氮氧化物是造成大氣污染的重要污染物之一。

鄭州市某電廠2×210MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組煙氣脫硝采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝，煙氣從鍋爐豎井煙道后尾部煙道上級(jí)空預(yù)器引出，通過(guò)SCR反應(yīng)器進(jìn)行脫硝反應(yīng)后，再送省煤器前煙道（如圖1）。脫硝還原劑采用液氨，在設(shè)計(jì)煤種、鍋爐各種工況，均能實(shí)現(xiàn)氮氧化物排放濃度小于50mg/Nm3設(shè)計(jì)原則，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

圖1

本文將重點(diǎn)提出稀釋風(fēng)系統(tǒng)的改造方案，以解決冬季嚴(yán)寒天氣下（環(huán)境溫度低于0℃），稀釋風(fēng)管道堵塞，稀釋風(fēng)量大幅度波動(dòng)的問(wèn)題，同時(shí)，也提了出運(yùn)行維護(hù)中的一些措施以供參考。

1 選擇性催化還原反應(yīng)

1.1 SCR 基本原理

脫硝的基本反應(yīng)方程式：

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

脫硝反應(yīng)區(qū)基本流程如下（圖2）。

1.2 脫硝系統(tǒng)主要設(shè)備

脫硝系統(tǒng)主要包括SCR反應(yīng)區(qū)與液氨存儲(chǔ)區(qū)（圖1），具體如下：

SCR反應(yīng)區(qū)主要設(shè)備包括氨/空氣混合系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器系統(tǒng)、催化劑裝卸系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、聲波/蒸汽吹灰、控制系統(tǒng)。

圖2

液氨存儲(chǔ)區(qū)主要設(shè)備包括卸料壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、液氨輸送泵、儀用壓縮空氣罐、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、氣氨稀釋罐、疏水泵、廢水泵等。

1.3 氨/空氣混合系統(tǒng)

氨/空氣混合系統(tǒng)，又稱(chēng)稀釋風(fēng)系統(tǒng)。每臺(tái)鍋爐的左右側(cè)分別設(shè)置一個(gè)混合器，即混合聯(lián)箱。鍋爐10米布置兩臺(tái)稀釋風(fēng)機(jī)，一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用，氨區(qū)的液氨通過(guò)蒸發(fā)器蒸汽加熱成為氨氣，輸送至爐前與稀釋風(fēng)匯合，在氨氣-空氣混合聯(lián)箱內(nèi)進(jìn)行混合，然后，進(jìn)入SCR反應(yīng)器，通過(guò)氨噴射系統(tǒng)與煙道內(nèi)煙氣進(jìn)行反應(yīng)。為了使混合均勻且氣體安全，稀釋風(fēng)流量按額定負(fù)荷所需氨量的1.15倍、與空氣的混合比例為5%設(shè)計(jì)。氨的注入量控制是由SCR進(jìn)出口NOx、O2濃度、煙溫、稀釋風(fēng)量、煙氣流量來(lái)控制的。

2 稀釋風(fēng)量下降的原因分析

2.1 稀釋風(fēng)量下降

通過(guò)氨氣與空氣的混合稀釋?zhuān)够旌虾蟮南♂岋L(fēng)中氨氣的濃度遠(yuǎn)低于其爆炸范圍(16%～25%)，同時(shí)，使氨氣在混合器內(nèi)分布均勻，進(jìn)入SCR入口的稀釋風(fēng)中氨氣的濃度達(dá)到5%左右。

為達(dá)到上述混合后稀釋風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，在不低于80%額定鍋爐負(fù)荷下，運(yùn)行中稀釋風(fēng)機(jī)出口至A/B兩側(cè)的稀釋風(fēng)量應(yīng)不低于2200Nm3/h，正常應(yīng)數(shù)值2400～2600Nm3/h。然而，在冬季嚴(yán)寒工況下（環(huán)境溫度低于0℃），極易出現(xiàn)稀釋風(fēng)量突然下降（大約降至1700Nm3/h以下），同時(shí)，導(dǎo)致噴入SCR反應(yīng)區(qū)的氨氣混合物減少，弱化了選擇性催化還原反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致出口氮氧化物快速上升，導(dǎo)致環(huán)保事故的發(fā)生。

2.2 原因分析

通過(guò)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析，在常溫條件下，空氣在稀釋風(fēng)機(jī)加壓之后，仍是干燥的空氣，與氨氣混合后的氨氣空氣混合物也正常。但是，當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，稀釋風(fēng)管道里空氣中的少量水分會(huì)凝結(jié)水珠，由于氨氣極易溶于水，所以，會(huì)出現(xiàn)稀釋風(fēng)管道水堵塞現(xiàn)象，俗稱(chēng)水塞，進(jìn)而影響氨氣和稀釋風(fēng)的流通和混合，出現(xiàn)稀釋風(fēng)量急劇下降的現(xiàn)象。同時(shí)，由于氨氣管道未安裝保溫棉，沒(méi)有采取保溫措施，更加劇了這一現(xiàn)象。

3 優(yōu)化改造方案

3.1 稀釋風(fēng)管道伴熱改造

為了減少稀釋風(fēng)管道內(nèi)空氣中的水分，減少水珠凝結(jié)現(xiàn)象，可以設(shè)法提高稀釋風(fēng)的溫度。為此，在稀釋風(fēng)機(jī)入口側(cè)面切割開(kāi)一小孔，同時(shí)，將附近一干燥風(fēng)管道（空預(yù)器出口至制粉系統(tǒng)熱風(fēng)干燥風(fēng)）開(kāi)一小孔，通過(guò)管道連接，并加裝閥門(mén)（圖3）。由于熱風(fēng)溫度不低于200℃，在環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，可以適當(dāng)打開(kāi)此閥門(mén)，提高稀釋風(fēng)管道內(nèi)空氣的溫度，進(jìn)而減少在氨氣空氣混合聯(lián)箱內(nèi)水珠的凝結(jié)，從而避免大量氨氣溶于水而形成的水堵塞現(xiàn)象，保證氨氣—空氣正?；旌?。

圖3

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)冬季嚴(yán)寒天氣到來(lái)，可以通過(guò)調(diào)整新加裝伴熱管道的閥門(mén)刻度大小，使稀釋風(fēng)機(jī)后管道內(nèi)空氣溫度維持在60～70℃（過(guò)高可能損壞密封墊），可以保證氨氣-空氣混合聯(lián)箱不出現(xiàn)水堵塞現(xiàn)象，從而保證SCR系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2 氨氣管道加裝伴熱裝置

另一方面，氨氣從氨區(qū)由液氨通過(guò)蒸汽加熱變成氨氣通過(guò)管道輸送過(guò)來(lái)至爐前，由于距離較遠(yuǎn)，沿途管道會(huì)有熱量損失，導(dǎo)致?tīng)t前氨氣溫度偏低，與稀釋風(fēng)在混合聯(lián)想中容易形成水堵塞現(xiàn)象，冬季嚴(yán)寒情況會(huì)加劇這一現(xiàn)象。

因此，通過(guò)對(duì)氨氣調(diào)整門(mén)前后相關(guān)氨氣管道，以及氨氣—空氣混合聯(lián)箱管道，加裝電加熱保溫裝置，在冬季嚴(yán)寒天氣下，可以投入電加熱裝置，以此來(lái)可以提高氨氣溫度，減少水堵塞現(xiàn)象發(fā)生。

3.3 其他輔助措施

當(dāng)然，還有其他輔助手段可以減少水堵塞現(xiàn)象的形成，比如，在沿途氨氣管道地位點(diǎn)，以及氨氣—空氣混合聯(lián)箱加裝疏放水閥，在可能出現(xiàn)水堵塞時(shí)定期放水。另外，冬季嚴(yán)寒天氣時(shí)，可以適當(dāng)提高氨氣壓力，適當(dāng)開(kāi)大蒸汽調(diào)整門(mén)來(lái)提高氨氣蒸發(fā)器后的氨氣溫度等，也可以減小水堵塞現(xiàn)象發(fā)生的概率。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)稀釋風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行上述優(yōu)化改造方案，投資不高，且在機(jī)組正常運(yùn)行中即可完成方案改造，但是，效果非常明顯，可以有效避免稀釋風(fēng)管道水堵塞現(xiàn)象，杜絕了環(huán)保事件的發(fā)生，保證了機(jī)組安全環(huán)保穩(wěn)定運(yùn)行。