廣西廣投北海發(fā)電有限公司 陳思巖

1 系統(tǒng)簡介

廣西某發(fā)電廠一期工程2×320MW 機組采用北京巴布科克·威爾科克斯有限公司引進美國巴威公司技術生產的B&WB-1025/17.4-M 型鍋爐，鍋爐型式為單汽包、單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道、擋板調溫、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結構、“W”形火焰燃燒方式、亞臨界自然循環(huán)煤粉爐。

燃燒系統(tǒng)前后墻各布置8臺B&W 公司專門用于燃用低揮發(fā)份燃料的濃縮型EI—XCL 低NOX 雙調風旋流燃燒器。油槍采用機械霧化，燃用輕柴油，16支油槍可帶30%BMCR 負荷。在前后墻上各布置一個分隔風箱，在下爐膛前后墻布置了分級風，二次風調節(jié)系統(tǒng)采用推拉式軸向調風結構。水冷壁為膜式水冷壁，在熱負荷較高的區(qū)域布置內螺紋管，有四根集中下降管。

一期工程2×320MW 機組設計煤種為無煙煤，揮發(fā)份為7.02%，灰熔點為1500℃，校核煤種為山西晉城無煙煤和越南鴻基無煙煤。

為了進一步提質增效，降低燃料成本，對“W”火焰爐燃煤摻燒方案探索。2010年開始，主要進行了摻燒煙煤爐型改造，至2012年8月，煙煤摻燒比例達到70%。2013年，主要進行了磨煤機乏氣粉管加裝調門、鍋爐衛(wèi)燃帶減除等改造，爐膛煙溫降低了60～80℃，摻燒煤種灰熔點下降了近100℃。2014年，基本消除了鍋爐燃煤摻燒煤種限制，實現了“W”形無煙煤鍋爐單燒煙煤和劣質煤。但機組啟停、深度調峰時仍然耗油較大。2015年，對兩臺爐D 磨已進行微油點火改造，每支微油出力為90～100kg/h，可以用于機組冷態(tài)啟動、深度調峰，單臺D 磨冷態(tài)開機耗油約25t 左右。2017年為了進一步減少機組啟停、深度調峰時的耗油量，對A 磨進行了微油改造、將暖風器汽源改至屏過，通過試驗摸索經驗，在保證安全的前提下達到微油與磨組最佳的組合方式，本公司空氣預熱器采用容克式三分倉回轉式空氣預熱器，后由豪頓華進行了密封改造。每臺爐配兩臺空氣預熱器，空氣預熱器發(fā)生堵塞時空預期差壓增大明顯，正常時在1.0kPa 左右，嚴重時可能達到2.8kPa 左右；爐膛負壓波動呈現出鋸齒狀，擺動周期與空預器旋轉周期吻合，堵塞嚴重時機組還會發(fā)生被迫降負荷。

2 脫硫設施投運改造情況

一期工程2×330MW 機組煙氣脫硝系統(tǒng)于2013年1月進行改造施工，最初設計排放值為小于200mg/Nm3，采用選擇性催化還原法（SCR 法）工藝。脫硝系統(tǒng)用液氨作還原劑，催化劑以TiO2為基材載體，以V2O5+WO3為活性成分，制成蜂窩式，層數按2+1+1設計；單爐體雙SCR 結構布置，SCR反應器布置在鍋爐省煤器出口和空氣預熱器之間，設計活性溫度范圍295～430℃，正常運行溫度范圍300～430℃，初始投運條件入口煙氣溫度＞320℃持續(xù)10min 以上。

2016-2017年對#1、#2機組進行超低排放改造，原脫硝設施催化劑設計為2+1+1層（預留兩層），本次增容提效催化劑按2+1布置，即在原預留層上安裝新一層催化劑，改造后總體目標是在鍋爐全負荷范圍內，設計原煙氣入口 NOx 濃度為 450mg/Nm，NOx 排放濃度低于30.6mg/Nm3(干，6% O2），催化劑投運3層脫硝效率不低于93.2%，改造完成后NOx排放由200mg/Nm3降低至30.6mg/Nm3，遠低于國家超低排放50mg/Nm3的標準。超低排放改造系統(tǒng)主要技術流程如圖1所示。

圖1 超低排放改造系統(tǒng)主要技術流程

3 硫酸氫氨產生機制

燃煤機組主要燃燒過程，一次風將制粉系統(tǒng)磨制合格的煤粉送入爐膛并提供初步的燃燒氧量，煤粉在二次風的作用下進行充分燃燒，其中一次風、二次風等鍋爐燃燒所需的氧量均直接來源于空氣，空氣中氮氣的成分約占78%，工業(yè)元素分析中煤主要成分包括碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五種主要元素，煤中含氮量一般不多，大約只有0.5%～2%，因此鍋爐燃燒煙氣中的氮氧化物主要是空氣中的氮氣與氧氣在高溫下發(fā)生反應生成氮氧化物。

燃煤中的可燃硫成分在爐膛高溫燃燒中產生SO3和SO2氣體，當含有SO3、SO2氣體和水蒸氣的煙氣經過 SCR 法煙氣脫硝工藝時，脫硝反應器中未完全反應的氨氣（NH3）與SO3、SO2及水蒸氣反應生成硫酸氫氨或硫酸銨。

在催化劑作用下，SCR 法煙氣脫硝工藝的主要化學反應：

4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O

研究表明催化劑中的成分釩對SO2的氧化起到催化作用，SO2的氧化率隨著活性成分V2O5含量的增加而上升。當V2O5含量超過1.0%時，SO2氧化率明顯增加。硫酸氫銨熔點為147℃，根據溫度不同，硫酸氫銨的物理性質呈現不同的物理狀態(tài)，當溫度低于熔點147℃，呈現固態(tài)，不具備沾黏性;當溫度高于147℃，呈現液態(tài)，具有強烈的黏連性；當溫度高于250℃時由液態(tài)升華為氣態(tài)[1]。

由于空預器溫度梯度變化在320～120℃之間，這使得液態(tài)狀的硫酸氫銨具有很強的黏性能輕易吸附在空預器中低溫區(qū)域的波形換熱元件上，當煙氣通過空預器時，煙氣中的飛灰被吸附在空預器上導致空預器堵塞。硫酸銨在敞口管中加熱至100℃開始分解成酸式硫酸銨，《化工辭典》第三版）；硫酸氫銨加熱至200℃左右時分解為氨氣和硫酸氣體，加熱至400℃以上時分解為水蒸氣和SO3。當煙氣中的NH3含量遠高于SO3濃度時，主要生成干燥的粉末狀硫酸銨，不會對空預器產生黏附結垢。當煙氣中的SO3濃度高于逃逸氨濃度時，主要生成硫酸氫氨（ABS）。

國內部分進行煙氣脫硝改造機組對空預器低溫段元件鍍搪瓷，空預器冷段換熱元件即使采用鍍搪瓷元件，如果沒有有效的吹灰清洗裝置相配套，同樣會發(fā)生嚴重的堵灰。搪瓷鍍層能顯著降低硫酸氫氨的結垢速率，但如鍍層因加工質量而損裂，將不利于防止硫酸氫氨的吸附。

4 SCR 超低排放對空預器運行的影響

#1機組在2017年2月份完成超凈排放改造后，為了控制出口不超過50mg，必然會加大噴氨量來控制排放。硫酸氫銨堵塞的問題進一步嚴重，于2017年6月、2018年、2019年12月分別出現空預期堵塞現象；在機組啟動運行僅36d 后，就出現了空預器壓差急速增大，爐膛負壓波動，日常性的蒸汽和激波吹灰不能遏制空預器壓差發(fā)展。

5 空預期堵塞對機組能耗的影響

5.1 風機電流變化的影響

空預期堵塞前后，變化最大的指標空預期一次風差壓，風機電流變化最大的是引風機電流，平均電流增加約23.5A，一次風機平均電流增加約7A，送風機電流增加約2A，空預期電流基本不變。因此空預期堵塞后風機電流總計增加約32.5A，單位時間內電耗增加約568.2kWh，增加廠用電率約0.19%，影響機組供電煤耗約0.57g/kWh。

5.2 排煙溫度變化影響

據統(tǒng)計，在同等符合條件下，#1機組（空預器堵塞）排煙溫度比同時期#2機組（空預器正常）排煙溫度高約10～15℃。

5.3 機組脫硫水耗增加

機組滿負荷情況下，排煙溫度高約10～15℃，機組供電煤耗約3t/h。

6 運行操作調整預防空預器堵塞的探討

一是爐膛氧量控制：機組運行期間嚴格按照負荷氧量曲線進行機組送風量的控制，避免氧量過高導致機組送風機出力增加，送入爐膛空氣過大。

二是啟停磨煤機操作標準化：機組日常運行操作中隨著機組負荷變化均需要對磨煤機進行啟停操作，對于摻燒煙煤的磨煤機，停運前必須將磨煤機內積粉吹掃干凈，避免積煤粉引起自燃。

三是嚴格執(zhí)行空預器定期吹掃規(guī)定，根據機組煤質變化情況適當增加空預器吹掃頻次，可根據實際情況利用機組檢修機會進行對空預器低溫段元件采用鍍搪瓷工藝處理，減緩空預器低溫元件腐蝕積灰的結垢速率，有利于防止硫酸氫氨的吸附和提高空預器吹掃清潔效果。

四是爐膛技術改造：本公司設計使用無煙煤，為了確保爐膛有較高的燃燒溫度，爐膛內布置大量的衛(wèi)燃帶，確保煤粉穩(wěn)定的燃燒環(huán)境，為了配合機組燃煤摻燒，對爐膛進行衛(wèi)燃帶拆除改造，拆除兩側墻的衛(wèi)燃帶，拆除面積約207.32m2，爐膛中心火焰溫度降低約60～80°，有效降低熱力型氮氧化物的產生。

五是煤質含硫量：盡量采購低含硫量煤種，本公司設計煤種中硫含量0.45%，煤炭質量參差不穩(wěn)定，本公司采購煤種中干燥基含硫量0.4%～1.5%范圍內波動，個別煤種的可達2%左右。煤種中含硫量的增加提高了煙氣中的SO2、SO3濃度。

六是燃煤摻燒:近幾年來動力煤炭燃料價格居于高位，為了解決煤炭價格高企帶來經營困難，節(jié)約公司煤炭成本，本公司不斷探索燃煤摻燒，摻燒期間入爐煤硫含量不超過1%；另外機組摻燒期間，原煙氣氮氧化物濃度由750mg/m3降到450mg/m3左右，有效降低了煙氣中氮氧化物濃度。[2]

七是啟停機制粉系統(tǒng)優(yōu)化運行：利用機組停機檢修的機會，對機組進行大小油槍的改造，制定合理的磨煤機啟停配合方式，減少油槍的投運時間和燃油消耗量，降低空預器積油污的風險。

八是排煙溫度：空預器設有暖風循環(huán)裝置的機組，機組排煙溫度低的情況下，及時投運該裝置進行熱風循環(huán)，提高空預器出口煙溫，避免硫酸氫氨凝結在空預器換熱元件。

九是保證催化劑活性：本公司催化劑設計溫度范圍295～430℃，正常運行溫度范圍300～430℃，初始投運條件入口煙氣溫度＞320℃持續(xù)10min 以上，運行中應該控制煙氣溫度平穩(wěn)且處于活性反應溫度區(qū)域，避免造成排煙溫度大幅波動，導致催化劑活性降低，投入過量的液氨。

十是做好催化劑化驗運行監(jiān)督: 做好催化劑全壽命監(jiān)督管理，利用機組檢修機會，對催化劑進行取樣化驗，做好壽命監(jiān)督，避免催化劑超期運行（本公司催化劑設計化學壽命約30000h），另外機組正常運行期間做好噴氨使用量及SCR 出入口NOx 含量分析，發(fā)現異常及時分析原因，避免空預器結垢嚴重。

十一是嚴控液氨品質：液氨在制造、運輸、存儲、輸送過程中難免會存在一定數量的雜質，本公司在脫硝系統(tǒng)運行初期出現過液氨管道中因積存黑色黏稠液態(tài)雜質堵塞噴氨管道導致噴氨量周期性波動的現象，后經過技術改造加裝濾網后徹底解決該故障[3]。液氨品質參數詳見表1。

表1 液氨品質參數

7 結語

空預器堵塞后的處理均屬于事后處理模式，無論哪一種處理方法都會機組經濟性和安全性造成影響，本文主要是探討如何避免或者延緩空預器堵塞的方法，從機組運行過程控制方面解決問題，確保機組在一個檢修周期內安全穩(wěn)定經濟運行。