亚临界机组SCR脱硝空气预热器堵塞原因分析及对策研究
来源:用户上传
作者:马海员
摘 要：SCR装置特别是在低温低负荷运行条件下，极易造成喷氨过量，形成氨逃逸，在空气预热器冷端生成硫酸氢铵，导致堵塞。此外，煤质、空气预热器冷端壁面温度、催化剂活性、低负荷等因素也可能导致堵塞的原因。对此，提出了通过改进SCR系统、锅炉低负荷时燃烧调整、空气预热器吹灰冲洗调整等方式来解决堵塞问题。
关键词：烟气脱硝 空气预热器堵塞 硫酸氢铵 氨逃逸
1 引言
为改善大气环境质量，适应国内火电厂大气污染物排放控制的发展需要，各燃煤电厂在近几年均进行了脱硝改造。天津华能杨柳青热电厂四期工程为2×300MW燃煤机组，锅炉为上海锅炉厂有限公司生产的SG-1025/17.5-M897型亚临界、自然循环锅炉、单炉膛、一次中间再热。采用正压直吹式制粉系统，平衡通风、四角切向燃烧、固态出渣、运转层以下封闭结构，三分仓容克式回转式空气预热器。
两台机组在2013年后逐步增加了SCR脱硝系统，SCR反应器装置采用了高灰型布置工艺，将反应器布置在锅炉省煤器与空气预热器烟道接口之间，并按照三层模式布置催化剂。液氨法SCR方案，烟气从省煤器出口水平烟道引出，竖直进入SCR入口上升烟道，水平地进入反应器的顶部，在整流器的作用下，烟气垂直向下通过催化剂和反应器，并在空气预热器入口烟道膨胀节上游接入。
机组进行脱硝改造后几年来，空气预热器差压逐渐增大，发生了堵塞现象。自从脱硝系统投运以来，空气预热器的运行工况发生了改变，堵塞、腐蚀情况极易发生，甚至对整台机组的安全运行构成了不稳定因素。针对近几年空气预热器在使用过程中出现的一些问题，本文结合实际应用，就其危害及部分原因作出简要的分析，并相应给出一些预防建议措施，比如改进SCR系统、锅炉低负荷时燃烧调整、空气预热器吹灰冲洗调整等方式来解决堵塞问题。
2 空气预热器堵塞的危害
长期沉积的水蒸汽及SO3、NH4HSO4严重腐蚀蓄热元件，受热面光洁度恶化，加重空气预热器的积灰，影响换热效果;积灰不能及时清除，导致管排腐蚀严重，漏风量增大，造成锅炉燃烧所需的风量不足，排烟温度提高，锅炉换热效率降低，电能的消耗加大;空气预热器堵塞不均匀时，可能会导致炉膛负压周期性波动，波动周期与空气预热器旋转周期同步，由于该波动的存在，对引风机的自动控制产生扰动会导致引风机失速，威胁到机组的安全经济运行甚至造成RB（RUNBACK，机组快速减负荷）。
3 空气预热器堵塞原因分析
机组增加了SCR脱硝系统后，锅炉空气预热器分别出现了不同程度的堵塞。SCR 反应器的原理是在催化剂作用下，将氨气直接喷入锅炉省煤器下游300℃以上的烟道内，把烟气中的NOx还原成为对环境无影响的N2和H2O。
SCR的化学反应原理非常复杂，主反应是NH3 在一定的温度下和催化剂的作用下，选择性地把烟气中的NOX 还原成为NO2，其反应过程涉及到几十个反应方程。
当烟温低于220℃时，NH3与烟气中SO3发生化学反应生成NH4HSO4或（NH4）2SO4，当SO3浓度较高时，按照SO3/NH3反应的规律主要生成NH4HSO4;在147℃～210℃之间，NH4HSO4为高粘性液体，极易粘在空预器中低温换热面，粘附烟气中的飞灰，加剧空预器堵塞情况;低于147℃时，NH4HSO4为固体，影响较小。
空气预热器对NH4HSO4结垢异常敏感，脱硝氨逃逸造成的NH4HSO4黏附在空气预热器冷端壁面是堵塞的主要原因。氨逃逸控制不佳的因素有很多，包括：烟气监测CEMS系统测量比较局限，造成烟气NOx总量不准，导致喷氨量过大;目前市面上的氨逃逸分析仪表测量精度及准确性较差，只能反映出实际趋势;SCR脱硝系统投运时间增加后，催化剂活性下降直接影響反应效果;负荷较低时，SCR反应器入口烟温下降，催化剂活性降低，脱硝效率下降;由于烟气流场分布、NOx浓度分布不均、喷氨量等原因导致SCR出口氨逃逸不好控制。此外由于冬季环境温度较低，空气预热器换热面的壁温进一步下降，也易造成NH4HSO4的加速形成。
4 预控措施及改进方向
（1）SCR脱硝系统控制策略的调整。在负荷调整期间、异常工况下，可适当加大人工干预力度，对脱硝效率上下限值加以控制。为避免在低负荷时喷氨过量，可以优化低负荷时低氮燃烧的二次风配风方式，合理控制入口NOX含量。进行低氮燃烧改造也可以有效控制入口NOX含量。
（2）空气预热器运行方式的调整，包括吹扫行程调整及吹灰步进时间，提高吹扫覆盖面。四期锅炉空预器型号为2-29VI（T）-1880 SMRC，为三分仓回转式，空预器换热元件分为高温、中温与低温三段。为应对硫酸氢氨的粘附堵塞，需采取相应有效措施对空预器换热元件的高度、材质、板型以及除灰器等进行改造，亦可相应减少结垢和腐蚀率。
（3） 供氨调门、供氨流量计、喷氨格栅加强优化调整，保证喷氨及烟气的流场均匀分布。烟气在线监测CEMS系统加强校验和比对，增加多点取样，提高测量代表性。通过日常校准、定期维护等方式提高SCR系统测量的可靠性和准确性。新建机组调试过程，一定要做好喷氨格栅的细调工作和相应的流场分布试验等。
（4） 通过四期的两台机组最近几次对空气预热器的在线冲洗效果来看，在冲洗初期，空气预热器的烟气侧差压确实得到了降低和有效控制，但是堵塞严重时效果一般。机组停运后采用高压水冲洗的效果较好，但需要机组停运，并会造成受热元件表面破坏，加速NH4HSO4的沉积速度。空气预热器堵塞严重时，还可利用机组检修周期进行化学清洗，使蓄热元件的表面更加光洁，减缓NH4HSO4的沉积以及堵灰过程，但会使用大量化学制剂，造成二次污染。所以今后要严格控制氨逃逸率，并在条件允许的情况下，对现有的固定式冲洗设备进行升级改造。
（5） 从脱硝的反应原理来看，保证烟囱入口NOx排放合格的条件下，必须选择合适的配风方式才能降低脱硝反应器入口NOx含量，才能减少喷氨量。机组运行中还需要尽可能低的控制氧量。通过NOx的生成机理可知，氧量对NOx的生成量起着决定性的作用。因此，为了控制NOx含量，应在保证燃烧充分的前提下尽可能低的控制氧量。但低氧量情况下，炉内结焦极易发生，所以，在低氧运行中，应经常对炉膛结焦情况进行检查，以便将氧量控制在合理范围内。
5 结语
通过对典型300MW 亚临界机组SCR脱硝空气预热器堵塞原因的分析及对策研究，从造成堵塞物质的形成原理和形成工况等几个方面进行分析，在燃烧调整、配风方式、加强在线冲洗、做好脱硝系统的维护等方面总结出了一些行之有效的针对措施、改进方向，尽可能的减少空气预热器堵塞事件的发生，提高了机组的经济性和安全性。
参考文献
[1] 吴碧君，刘晓勤，王述刚，等.烟气脱硝工艺及其化学反应机理[J].电力环境保护，2006（2）：29-31.
[2] 王鑫，陈城，李富宝，等.SCR脱硝工艺空气预热器堵塞对策分析[J].吉林电力，2012，40（6）：43-45.
[3] 吴碧君，刘晓勤.燃烧过程NOx的控制技术与原理[J].电力环境保护，2004（2）：29-33.
[4] 刘建国.29-型回转式空气预热器烧损的分析及处理[J].华东电力，2003（2）：71-72.
[5] 金鑫，孙云雪，崔基伟.SCR烟气脱硝过程硫酸氢铵的生成机理与控制[J].热力发电，2010，39（8）：12-17.
[6] 杨卫娟，周俊虎，刘建忠，等.选择催化还原SCR脱硝技术在电站锅炉的应用[J].热力发电，2005（9）：10-14.
[7] 阎杰，崔畅，解鹏，等.工业脱硝现场氨逃逸监测系统[J].中国仪器仪表，2014（6）：47-50.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15189638.htm
