SCR脫硝系統對鍋爐設備的影響及對策

朱 琳

(大唐淮南洛河發電廠，安徽 淮南 232008)

煤炭為我國的主要能源，在一次能源中約占75 %。其中84 %以上的煤炭通過燃燒方法利用，而煤燃燒釋放出的NOX化合物是造成大氣污染的主要污染源。在國家能源環保政策的鼓勵下，煙氣脫硝裝置繼脫硫裝置后，成為電廠建設不可或缺的組成部分。

1 SCR脫硝裝置

某電廠2臺630 MW超臨界機組采用上海鍋爐廠生產的630 MW超臨界壓力直流鍋爐，為單爐膛四角切圓燃燒，一次中間再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構∏型燃煤鍋爐，于2007年底投入生產。鍋爐燃用淮南當地煤，設計煤種為淮南潘一礦煤，校核煤種為淮南新集礦煤，少部分燃用外來煤。

SCR煙氣脫硝裝置布置在鍋爐省煤器與空預器之間，脫硝反應器位于送風機與一次風機的上方。SCR脫硝裝置采用蜂窩式催化劑，按照“2+1”模式布置，反應器安裝吹掃裝置，采用聲波吹灰器。

SCR煙氣脫硝裝置主要由尿素供應系統、尿素溶解系統、熱解爐、催化劑、反應器等組成。尿素顆粒經斗式提升機輸送到尿素顆粒倉，再經過中間儲倉送到溶解罐里。除鹽水將干尿素溶解成55 %質量濃度的尿素溶液，再通過尿素溶液混合泵送到尿素溶液罐里。尿素溶液通過循環泵在計量分配模塊和尿素罐之間不斷循環。

尿素溶液在熱解爐內蒸發為氨氣，熱解爐出口的空氣/氨氣混合物經母管送入各分支管，分支管內的混合氣體經氨注射柵格噴入煙道內與煙氣充分混合后，流入催化反應器。當反應溫度達到一定后，與氨氣充分混合的煙氣氣流流經SCR反應器的催化層，氨氣與NOX發生催化還原反應，將NOX還原為無害的N2和H2O。

2 SCR脫硝法原理

SCR脫硝法采用選擇性催化還原技術。氨蒸氣通過反應器入口煙道噴入，與煙氣充分混合后進入反應器內，在催化劑的作用下發生還原反應，脫去NOX。煙氣中的NOX通常由95 %的NO和5 %的NO2組成。

在SCR脫硝過程中還會發生以下副反應：

(1)由于煙氣中含有SO2等氣體，SCR催化劑會促進SO2氧化成SO3。

(2)NH3在脫硝過程中會有一部分逃逸出來，這部分NH3與煙氣中的SO3和水蒸氣發生反應，生成 (NH4)2SO4和 NH4HSO4。(NH4)2SO4在 450 ℃以下時為固體粉末，其生成量較小并混合在飛灰中，對鍋爐的空預器等設備沒有影響。NH4HSO4在200 ℃左右時呈液態，具有腐蝕性和黏結性，可腐蝕下游設備和導致催化劑粘結。

3 SCR脫硝法對鍋爐設備的影響

3.1 對鍋爐效率的影響

3.1.1 熱量損失

(1)鍋爐安裝SCR脫硝裝置后，使煙道長度、散熱表面積增加，導致熱量損失。

(2)煙氣通過SCR脫硝裝置后，溫度降低5～8 ℃，對鍋爐效率產生一定影響。

3.1.2 效率降低

NH3與SO3反應可生成 NH4HSO4，NH4HSO4和煙氣中的飛灰黏附在空氣預熱器換熱面上，會使換熱面臟污，使空氣預熱器的換熱效率降低，使鍋爐排煙溫度升高，最終使鍋爐效率降低。

3.1.3 空氣預熱器漏風率增大

煙氣通過SCR脫硝系統后，壓降增加約1 kPa。為使爐膛內負壓平衡，必須增加引風機的出力，從而使空預器內部煙氣壓力降低，空氣預熱器風側與煙側的壓差增大，導致空氣預熱器漏風率增加，鍋爐效率降低。

3.2 對煙道阻力的影響

由于煙道長度增加，且SCR脫硝裝置采用蜂窩式催化劑，使煙氣阻力增加近1 kPa，易造成積灰堵塞，導致引風機的電耗增加。

此外，由于電廠鍋爐采用等離子點火，在啟動初期大量未燃燼的煤粉沉積在催化劑上，易造成二次燃燒，影響鍋爐的安全穩定運行。

3.3 對空氣預熱器的影響

SCR脫硝裝置對空氣預熱器的影響較大。煙氣經過SCR脫硝裝置后生成的NH4HSO4有腐蝕性和黏結性，若NH4HSO4與灰塵一起黏附在空氣預熱器換熱面上，會使空預器低溫段發生低溫腐蝕，同時造成空預器積灰。

當氨的逃逸率為1 ppm時，NH4HSO4生成量很少；當氨的逃逸率超過3 ppm時，NH4HSO4生成量會急劇增加，空預器阻力將增加約50 %，對引、送、一次風機運行造成很大影響。

此外，鍋爐燃燒排放的煙氣中含有一定量的水分，雖然煙氣中的水汽本身露點溫度很低，但煙氣中的SO3會使煙氣露點溫度提高到140 ℃以上。因此，可能有硫酸溶液凝結在空氣預熱器的低溫段換熱元件上，造成空氣預熱器低溫腐蝕。

4 防范措施

4.1 對引風機進行增容

為解決安裝SCR脫硝裝置后煙道加長、阻力增加的問題，電廠利用大修對引風機進行了更換，將引風機功率由3 000 kW增至4 800 kW。

4.2 對空氣預熱器換熱面進行改造

為防止空氣預熱器低溫段發生腐蝕，電廠在大修期間將空氣預熱器低溫段改用搪瓷表面換熱元件。雖然搪瓷表面換熱元件傳熱效果較差，需要增加受熱面，在一定程度上影響鍋爐排煙溫度和效率，但其有以下2個優點：

(1)搪瓷表面可以阻隔腐蝕物與金屬接觸，其表面光潔，易于清洗；

(2)搪瓷表面穩定性好，耐磨損，可以消除NH4HSO4對空氣預熱器運行性能的影響。

4.3 加強吹灰

SCR脫硝系統運行期間，催化劑層和空氣預熱器易積灰，必須加強吹灰。電廠在脫硝催化劑層安裝了16支聲波吹灰器，在機組啟動開風機前，投入聲波吹灰器進行循環吹掃，并縮短吹掃間隔時間，防止催化劑層積灰。空氣預熱器每班定期吹灰。發現煙道阻力增大時，及時對催化劑和空氣預熱器進行吹灰，同時在停機時用高壓水進行清洗。

4.4 嚴格控制氨逃逸率

為減小脫硝系統運行時對鍋爐產生的影響，需要控制NH4HSO4的含量。生成NH4HSO4的反應速率主要與溫度及煙氣中NH3，SO3和H2O的含量有關。對實際運行的火電機組，煙氣中SO3及H2O的含量無法控制，因此只能嚴格控制氨的逃逸率，消除NH4HSO4對空氣預熱器運行性能的影響。控制氨逃逸率可采取以下措施。

(1)嚴格控制氨的噴入量，防止氨過量造成其逃逸率上升，正常運行時氨的逃逸率應控制在3 ppm以內。這是保證空氣預熱器不堵灰的重要前提。

(2)保持催化劑活性。在SCR脫硝裝置運行一段時間后，催化劑活性會逐漸衰減，當其不能滿足設計值時，脫硝效率會降低，氨的逃逸量會增加，此時必須對催化劑層進行清洗或更換。

(3)加強對催化劑區域的吹灰。保持催化劑表面清潔，一方面可以降低系統阻力，另一方面可以加大反應面積，使氨氣充分反應，減少氨的逃逸量。

5 結束語

電廠鍋爐在安裝SCR脫硝裝置后，存在煙道阻力增大、空預器積灰等問題，因此要采取針對性措施，降低SCR脫硝系統對鍋爐的影響，確保鍋爐安全、穩定、經濟運行。

1 蔡明坤.裝有脫硝系統鍋爐用回轉式預熱器設計存在問題和對策[J].鍋爐技術，2005(04).

2 董建勛，閆 冰，趙宗林.火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運行影響的分析[J].熱力發電，2007(03).

3 楊 冬，徐 鴻.SCR煙氣脫硝技術及其在燃煤電廠的應用[J].電力環境，2007(01).