燃煤發(fā)電機組煙氣脫硝裝置維修探討

趙 凱

（華電天津軍糧城發(fā)電有限公司 天津 3 003 00）

1 引言

隨著國家對環(huán)境保護要求的不斷提高，各燃煤火力發(fā)電企業(yè)都正在對鍋爐煙氣進行脫硫、脫硝和除塵裝置的建設(shè)和改造。特別是脫硝裝置，對于燃煤火力發(fā)電企業(yè)是新生事物，還比較陌生，一些發(fā)電企業(yè)因運行和維護不當(dāng)造成設(shè)備損壞嚴(yán)重?zé)o法運行，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失，同時，也給環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此提高運行和維護人員技術(shù)水平，加強脫硝裝置的運行調(diào)整和維護是保證環(huán)保設(shè)施保持長期穩(wěn)定運行達標(biāo)排放的關(guān)鍵。

2 脫硝基本原理及工藝系統(tǒng)簡介

2.1 脫硝基本原理

選擇性催化還原法（S C R）脫硝裝置的基本原理是利用氨（N H3）對N O x的還原功能，使用氨氣（N H3）作為還原劑，將體積濃度小于5%的氨氣通過氨氣噴射格柵噴入溫度為3 00℃~420℃的煙氣中，與煙氣中的N O x混合后，擴散到催化劑表面，在催化劑的作用下氨氣（N H3）將煙氣中的N O和N O2還原成無公害的氮氣（N2）和水（H2O）如圖 1。

圖1 SCR反應(yīng)示意圖

S C R化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

在燃煤煙氣的N O x中，N O約占95%，N O2約占5%，所以化學(xué)反應(yīng)式（1）為主要反應(yīng)，實際氨氮比接近1∶1。

值得注意的是，煙氣中的N O x在催化還原的過程中，還會催化氧化煙氣中S O2轉(zhuǎn)化成S O3，化學(xué)反應(yīng)式（3）。空氣預(yù)熱器換熱原件在140℃~220℃低溫段區(qū)域，S O3與逃逸的N H3反應(yīng)生成高粘性的N H4H S O4（硫酸氫氨），化學(xué)反應(yīng)式（4）。粘結(jié)和粘附煙氣中的飛灰顆粒造成空預(yù)器換熱原件的堵塞和腐蝕，因此，要嚴(yán)格控制氨逃逸濃度小于3 p p m，同時也要控制S O2/S O3的轉(zhuǎn)化率小于1%。

2.2 工藝系統(tǒng)簡介

一般燃煤發(fā)電機組鍋爐煙氣脫硝均采用低氮燃燒加S C R工藝路線，先由低氮燃燒器在鍋爐爐膛內(nèi)將煙氣中的N O x排放含量控制在3 50m g/m3以下，在經(jīng)過S C R投入還原劑，將煙氣中的N O x排放含量控制在200m g/m3以下。S C R設(shè)計為三層，第一、二層安裝有催化劑，下部第三層備用，催化劑采用蜂窩型。S C R入口煙道設(shè)計安裝有噴氨格柵、整流器和導(dǎo)流板。為防止催化劑積灰和堵塞催化劑蜂窩孔，在各層催化劑均設(shè)計安裝有蒸汽吹灰器。還原劑采用液氨，經(jīng)液氨蒸發(fā)器蒸發(fā)成氨氣。氨氣經(jīng)S C R區(qū)的稀釋風(fēng)混合后，經(jīng)噴氨格柵噴入S C R入口煙道內(nèi)，在靜態(tài)混合器、導(dǎo)流板和整流器的作用下，混合均勻的氨氣/煙氣混合物進入催化劑進行還原反應(yīng)。反應(yīng)后的干凈煙氣離開S C R裝置，進入空氣預(yù)熱器。

3 運行檢修維護中的問題及措施

3.1 S C R區(qū)的氨氣供給調(diào)整門和氨氣流量計經(jīng)常發(fā)生堵塞，造成無法供氨氣的現(xiàn)象，使N O x排放超標(biāo)。

3.1.1 原因分析

液氨的純度很高，一般液氨含量在99.6%以上，但還有一定的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)帶有一定的粘性，附著在閥門門體和流量計孔板處，不斷積累后堵塞閥門門口和流量計孔板，一般3~5個月出現(xiàn)一次。

3.1.2 處理方法

需要開旁路手動調(diào)整保證供氨氣，將供給調(diào)整門和氨氣流量計拆下，用壓縮空氣將附著在閥門門體和流量計孔板處粘性雜質(zhì)清理干凈。

3.2 催化劑表面掛灰或堵塞

催化劑表面掛灰或堵塞（正常的催化劑如圖2，被堵塞的催化劑如圖3，催化劑孔被堵塞如圖4，催化劑表面微孔被堵塞如圖5）。催化劑是還原法脫硝工藝中的主要設(shè)備之一，煙氣中的N O x與噴入的氨氣充分混合后，通過催化劑表面，在催化劑的催化作用下還原成N2和H2O，催化劑發(fā)生大面積嚴(yán)重積灰和蜂窩孔嚴(yán)重堵塞的現(xiàn)象后，會使催化劑失去催化作用，（1）使N O x排放超標(biāo)；（2）造成嚴(yán)重的氨逃逸，更增加了環(huán)境污染，同時，逃逸的氨與煙氣中的S O3反應(yīng)會生成高粘性的硫酸氫氨，粘結(jié)和粘附煙氣中的飛灰顆粒造成空預(yù)器換熱原件的堵塞和腐蝕；（3）造成S C R阻力加大使引風(fēng)機電耗增加外；（4）必須更換催化劑，給企業(yè)帶來的較大經(jīng)濟損失。

3.2.1 原因分析

3.2.1.1 省煤器灰斗防灰裝置排灰不暢或堵塞，使大量飛灰被煙氣帶入。

3.2.1.2 吹灰控制不合理，不能保證每次吹灰的效果。

3.2.1.3 蒸汽吹灰器故障，未及時回復(fù)，長期不能正常投運。

3.2.1.4 蒸汽吹灰器所用蒸汽壓力、溫度選擇或控制不當(dāng)，造成過熱度低、沒有輸水或輸水不完全，蒸汽中帶水嚴(yán)重。

3.2.2 處理方法

3.2.2.1 加強省煤器灰斗防灰裝置的控制，保證排灰正常。

3.2.2.2 合理控制吹灰次數(shù)和吹灰時間，應(yīng)根據(jù)催化劑各層壓差確定吹灰次數(shù)和吹灰時間，不能按時間設(shè)定吹灰次數(shù)和吹灰時間，一般當(dāng)催化劑壓差高于原始值的5%~10%開始吹灰，當(dāng)催化劑壓差恢復(fù)到原始值后停止吹灰。

圖2 正常的催化劑

圖3 被堵塞的催化劑

圖4 催化劑孔被堵塞

圖5 催化劑表面微孔被堵塞

3.2.2.3 加強蒸汽吹灰器的檢修維護，確保正常投運。

3.2.2.4 蒸汽吹灰器所用蒸汽壓力、溫度選擇要合理，應(yīng)保證一定的過熱度，同時，每次吹灰前應(yīng)及時輸水且輸水完全。

3.2.2.5 利用各種停機的機會對催化劑進行檢查，對于蜂窩孔壁表面掛灰的，可采用壓縮空氣將蜂窩孔壁表面掛灰吹掃干凈。對于局部積灰或個別蜂窩孔出現(xiàn)的輕微堵塞，可用吸塵器吸走表面積灰，在用壓縮空氣將蜂窩孔吹通、吹凈。對于大面積堵塞而又無法清通的應(yīng)進行更換（催化劑嚴(yán)禁用水沖洗避免催化劑鈍化失效）。

3.3 催化劑模塊之間形成煙氣走廊

催化劑模塊之間（或底部）和單元體之間密封不嚴(yán)形成煙氣走廊。形成煙氣走廊，使部分混合后的煙氣未在催化劑內(nèi)反應(yīng)，這既影響了脫硝出口N O x排放濃度，又增加了氨氣的消耗，同時也造成氨的逃逸率增高，逃逸的氨將生成硫酸氫氨，硫酸氫氨粘性大，粘附在空氣預(yù)熱器換熱原件表面，吸附煙氣中的灰造成空氣預(yù)熱器換熱原件的堵塞，使引風(fēng)機電耗增加，影響機組出力，嚴(yán)重的被迫停機。

3.3.1 原因分析

催化劑模塊之間（或底部）和單元體之間是用陶瓷纖維棉密封的，由于制造或安裝不當(dāng)或密封材料選用不當(dāng)，在設(shè)備投運后，由于煙氣的高溫和沖刷，使部分密封材料被沖刷掉，形成煙氣走廊。嚴(yán)重時會造成被迫停機。

3.3.2 處理方法

利用各種檢修的機會檢查催化劑模塊之間（或底部）和單元體之間的密封是否嚴(yán)密，發(fā)現(xiàn)有被吹掉的可用陶瓷纖維棉進行牢固封堵。

3.4 噴氨格柵的噴嘴積灰堵塞

為保證氨氣噴入煙道后能與煙氣均勻混合，因此，噴氨格柵的噴嘴是均布于整個煙道斷面，每個噴嘴覆蓋一定的區(qū)域，由閥門調(diào)節(jié)每個噴嘴的噴氨量使之均等。一旦出現(xiàn)個別噴嘴堵塞，其覆蓋的區(qū)域?qū)]有氨氣進入，沒有與氨氣混合的煙氣，穿過催化劑未經(jīng)脫硝排出，使脫硝出口N O x排放濃度超標(biāo)。為了控制脫硝出口N O x排放濃度不超標(biāo)就必須加大噴氨量，但被堵塞的噴嘴所覆蓋的區(qū)域仍然沒有氨氣進入，而其他區(qū)域噴氨量已經(jīng)過量，雖然控制了脫硝出口N O x排放濃度不超標(biāo)，卻使氨逃逸量增加，氨逃逸量增加后的危害前面已有描述。

3.4.1 原因分析

煙氣中攜帶著大量的飛灰，這些飛灰的粒徑大小各異，小粒徑的飛灰易被煙氣帶走，大粒徑的飛灰不易攜帶，會隨機落在噴嘴口，逐步堆積，直至堵塞噴嘴。

3.4.2 處理方法

3.4.2.1 加強運行人員對設(shè)備運行參數(shù)的監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)各路噴嘴流量的變化，一旦發(fā)現(xiàn)有流量變小時，及時調(diào)整，加大此路的供氨量，將被堵但尚未堵死的噴嘴疏通正常，恢復(fù)原始噴氨量。

3.4.2.2 對于完全被堵塞的噴嘴，利用各種停機的機會進行人工疏通，對被磨損和磨漏的管道進行更換并采取防磨措施，對掉噴嘴的進行恢復(fù)。3.4.2.3每年需對各路噴嘴的噴氨量進行試驗和調(diào)整。

3.5 氨/煙氣混合器磨損。氨/煙氣混合器是使氨氣與煙氣充分混合的設(shè)備，混合的是否均勻決定了脫硝效果。

3.5.1 原因分析

由于煙氣中攜帶著大量的飛灰，而且又有一定的流速，因此，沖刷磨損是在所難免的。

3.5.2 處理方法

利用各種檢修的機會檢查氨/煙氣混合器有無變形、磨損和開焊現(xiàn)象，對有變形的進行調(diào)整恢復(fù)原形，對被磨損的進行修補，有開焊的進行補焊。

4 結(jié)語

隨著國家對環(huán)境保護管理力度的不斷加大，對于燃煤發(fā)電企業(yè)即要加快脫硝設(shè)施的改造投入，同時，還要加強對脫硝設(shè)施的運行維護管理，使脫硝設(shè)施能長期安全穩(wěn)定運行，確保N O x排放濃度長期達標(biāo)。