郭連偉

摘要：面對日益嚴格的環(huán)保排放要求，為保證鍋爐煙氣NOx指標滿足排放要求，我國大部分燃煤鍋爐都完成了脫硝改造;但是增設脫硝裝置后，鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性卻受到了一定程度影響，可以從鍋爐熱效率、灰渣可燃物含量、空預器堵塞等方面反映出來。

關鍵詞：NOx;燃煤鍋爐;灰渣;熱效率;空預器堵塞

1 前言

氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一，我國氮氧化物的排放量中70%來自于煤炭的直接燃燒，電力工業(yè)又是我國的燃煤大戶，因此火力發(fā)電廠是NOx 排放的主要來源之一;截至2014年底，我國大部分燃煤機組基本完成了脫硝裝置的安裝改造，隨著脫硝裝置投運，各類問題也暴露出來。

2 SCR脫硝工藝原理

選擇性催化還原法脫硝，簡稱SCR，相較SNCR主要增加了內(nèi)含金屬催化劑的SCR反應器，還原劑（NH3）以氣體的形式經(jīng)噴氨系統(tǒng)噴入煙氣中與煙氣混合，混合后的煙氣進入脫硝反應器，在催化劑的作用下氨氣與NOx發(fā)生催化氧化還原反應，將NOx還原成無污染的N2和H2O。SCR脫硝反應一般在300℃～420℃的范圍內(nèi)有效進行，在NH3/NOx摩爾比為0.83的條件下，可以得到80%～90%的脫硝率。SCR煙氣脫硝技術具有脫硝效率高、運行可靠、便于維護和操作等優(yōu)點，目前世界上有80%以上的煙氣脫硝裝置采用SCR法脫硝技術。

3 低氮燃燒工藝原理

目前常見的低NOx燃燒技術主要有：空氣分級燃燒技術、燃料分級燃燒技術（又稱再燃技術）和煙氣再循環(huán)技術。

空氣分級燃燒技術是目前最為普遍的低NOx燃燒技術，它是通過調整燃燒器及其附近的區(qū)域或是整個爐膛區(qū)域內(nèi)空氣和燃料的混合狀態(tài)，在保證總體過量空氣系數(shù)不變的基礎上，使燃料經(jīng)歷“富燃料燃燒”和“富氧燃盡”兩個階段，以實現(xiàn)總體NOx排放量大幅下降的燃燒控制技術。在富燃料燃燒階段的主燃燒區(qū)域，由于氧氣濃度相對較低，燃料的燃燒速度和溫度都比正常過氧燃燒要低，從而抑制了熱力型NOx的生成，同時由于不能完全燃燒，部分中間產(chǎn)物如HCN和NH3會將部分已生成的NOx還原成N2，從而使燃料型NOx的排放也有所減少;然后在富氧燃燒階段燃料燃盡，但由于此區(qū)域的溫度已經(jīng)降低，新生成的NOx量十分有限，因此總體上NOx的排放量明顯減少。

4 脫硝改造后存在的問題

4.1 煙、風道阻力增加

以某石化4號鍋爐為例，4號鍋爐脫硝改造后，鍋爐原有的煙、風道移位造成煙風道彎頭增多，在一定程度上增加了煙、風道阻力，增加了引、送風機能耗的同時也降低了風機出力。脫硝改造后，單側送風機出口風壓較改造前增加了800Pa左右，單側引風機入口風壓增加了300Pa左右，增加風機電耗及生產(chǎn)運行成本，造成鍋爐通風量減少，降低了鍋爐帶負荷能力，使鍋爐最高只能維持97%左右的鍋爐額定負荷。

4.2 尾部煙道受熱面腐蝕、堵塞

脫硝SCR反應會產(chǎn)生氨逃逸，這些逃逸的氨氣與煙氣中的SO3反應會形成亞硫酸氫銨（NH4HSO4）或者硫酸銨[（NH4）2SO4]，這類硫酸鹽具有粘結性和腐蝕性，會使催化劑或者尾部煙道內(nèi)的省煤器或者空氣預熱器堵塞，嚴重時影響鍋爐運行，導致被迫停爐。

同樣以某石化4號燃煤鍋爐為例，4號爐停爐檢修過程中進入鍋爐尾部煙道受熱面進行檢查，在空預器中段溫度相對較低的工段發(fā)現(xiàn)空預器管束存在堵塞情況，嚴重時局部堵塞面積達到30%左右，增加了煙道阻力約300Pa左右，造成鍋爐引風出力不足，影響鍋爐帶負荷能力。

4.3 鍋爐灰渣可燃物含量升高

受低氮燃燒器改造影響，鍋爐內(nèi)部風粉配比較改造前發(fā)生很大變化，同時各層二次風噴口面積因噴燃器改造而縮小，其次爐膛四角還分別增加了燃盡風噴口，導致鍋爐主燃燒區(qū)域處于低氧燃燒狀態(tài);煤粉在爐內(nèi)主燃燒區(qū)域燃燒不充分、不完全，同時如果入爐煤含碳量偏高、揮發(fā)份偏小、灰分偏小時，會造成鍋爐飛灰可燃物含量及爐渣可燃物含量升高。

以某石化4號鍋爐為例，脫硝改造前鍋爐飛灰可燃物含量基本保持在3%左右，低氮燃燒器改造后，在完全按照低氮燃燒器設計二次風開度調整工況下，飛灰可燃物含量升高至8%左右。脫硝改造前鍋爐爐渣可燃物含量基本保持在10%以下;低氮燃燒器改造后，在完全按照低氮燃燒器設計二次風開度調整工況下，爐渣可燃物含量升高至15%～20%。

灰渣可燃物含量的升高，增加了鍋爐機械燃燒不完全熱損失，降低了鍋爐熱效率、降低了鍋爐運行經(jīng)濟性、增加了鍋爐燃燒成本。

4.4 鍋爐熱效率下降

受脫硝改造影響，爐內(nèi)燃燒工況發(fā)生變化，燃燒中心上移以及燃料燃燒不完全，爐內(nèi)熱輻射換熱效率減弱;同時受飛灰可燃物含量及爐渣可燃物含量升高，造成機械不完全燃燒熱損失增加，導致鍋爐熱效率下降，脫硝改造前某石化4號燃煤鍋爐熱效率在92%左右，脫硝改造后熱效率下降至90%左右，在一定程度上降低了鍋爐運行經(jīng)濟性。

4.5鍋爐噴燃器周圍結焦增加

燃煤鍋爐低氮燃燒器改造后，因原二次風噴口縮小至原來的70%左右，主燃燒區(qū)域二次風比例減小，噴燃器周圍相對缺氧燃燒、還原性氣體增加，導致煤粉燃燒過程中燃燒不完全，同時造成鍋爐噴燃器口周圍結焦增多，特別是在噴燃器周邊水冷壁處以及噴燃器上部，因位置較偏結焦不易清理，在形成大焦塊后因自重掉落，會對鍋爐冷灰斗造成不利影響，易造成水冷壁機械損傷。

鍋爐噴燃器口結焦增多同時會對鍋爐內(nèi)窺式火檢探頭信號強度造成影響，導致部分火檢探頭檢測不到火焰或者信號強度較弱，火檢信號不穩(wěn)定、影響鍋爐安全運行。

噴燃器口處大塊焦渣掉落后對撈渣機輸渣機的安全運行也帶來一定的影響，大焦在撈渣機、輸渣機內(nèi)易造成撈輸渣機跳閘，某石化4號鍋爐在脫硝改造后撈渣機內(nèi)多次出現(xiàn)大焦，導致輸渣機跳閘，影響設備安全運行。

5 經(jīng)濟方面影響

脫硝改造后會增加鍋爐運行成本，包括脫硝催化劑、脫硝用壓縮空氣、脫硝系統(tǒng)風機電耗、煙道阻力增加后造成的引送風機電耗。

綜合計算，脫硝裝置運行會增加鍋爐裝置運行成本每小時增加約500元左右。

6 總述

已投運的鍋爐裝置進行脫硝環(huán)保改造，改變了鍋爐原有運行工況，造成鍋爐燃燒工況發(fā)生根本上的變化，對鍋爐運行的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、安全性都存在一定的影響。在脫硝改造后，必須根據(jù)鍋爐各項指標變化情況，合理調整脫硝系統(tǒng)運行工況，尋找環(huán)保與安全經(jīng)濟運行之間的平衡點，在保證鍋爐煙氣排放達標的同時要確保鍋爐裝置安全運行。