660MW超超臨界機組SCR脫硝系統對鍋爐運行影響的分析

摘 要：目前國內環保形勢嚴峻，火電機組紛紛進行脫硝改造，大唐信陽電廠660MW超超臨界燃煤機組經脫硝改造后，對超超臨界鍋爐運行產生諸多影響如燃燒穩定、鍋爐內爆、空預器堵塞、煙道阻力等進行討論和分析，為保證鍋爐安全運行提出了相應的防范措施。

關鍵詞：超超臨界鍋爐；脫硝SCR裝置；空預器；燃燒穩定；影響

前言

當前根據我國環境保護的要求，國內各大燃煤電廠的鍋爐為控制鍋爐燃燒生成的煙氣中的氮氧化物，防止其排入大氣污染環境，均進行改造安裝了技術成熟且運行穩定利用催化還原原理設計的SCR脫硝裝置，SCR脫硝裝置改造安裝后對鍋爐的安全和經濟的運行產生了較多的影響，目前超超臨界鍋爐在進行脫硝改造后對鍋爐運行的經驗還不太成熟和豐富，文章以大唐信陽華豫電廠的煙氣脫硝工程為例，分析和討論了SCR脫硝裝置的加裝對超超臨界鍋爐系統的影響，為保證鍋爐安全運行提出了相應的防范措施。

1 機組概況

大唐信陽華豫發電有限責任公司二期2×660MW超超臨界燃煤發電#3、4機組分別于2009年3月、10月投產。兩臺爐均是東方鍋爐廠生產的超超臨界變壓運行、一次中間再熱帶內置式啟動旁路系統的本生直流鍋爐，型號為DG2000/26.15-II2型，鍋爐結構是單爐膛、尾部煙道為雙煙道結構、前后墻對沖燃燒方式。鍋爐采用中速磨煤機一次風正壓直吹式系統，每臺爐配6臺中速磨煤機。B-MCR工況燃燒設計煤種時，5運1備，煤粉細度R90=16%，煤粉均勻性系數為1.05。每臺磨煤機為一層6臺燃燒器供應氣粉混合物。鍋爐前、后墻各布置3層DBC-OPCC-Ⅰ型燃燒器，每層6只，共計36只燃燒器（后墻最下層F層為小油槍燃燒器）。每臺爐各安裝兩臺三分倉容克式空氣預熱器，后期安裝SCR脫硝裝置，脫硝裝置采用尿素熱解產生氨氣制備還原劑，選擇性催化還原法（SCR）的煙氣脫硝工藝，尿素在熱解爐中熱解成氨氣還原劑與熱一次風混成空氣/氨氣混合氣體噴入煙道內與煙氣充分混合，流入催化反應器，當達到反應溫度且與氨氣充分混合的煙氣氣流流經SCR反應器的催化層時，氨氣與NOX發生催化還原反應，將NOX還原為無害的N2和H2O，每臺脫硝裝置的煙氣處理能力為相應鍋爐ECR工況時的100%煙氣量，脫硝裝置入口NOX含量≤450mg/Nm3時，保證脫硝效率≥80%；NOX排放濃度不超過100mg/Nm3，能在國家排放標準下穩定運行，但是SCR脫硝裝置安裝后對我廠兩臺超超臨界鍋爐的安全和經濟運行均產生了較大的影響。

2 SCR脫硝裝置安裝后對我廠超超臨界鍋爐安全和經濟運行的影響分析

2.1 增加了風煙系統阻力

SCR裝置安裝后鍋爐風煙系統增加了風煙系統煙道阻力、SCR反應器的阻力和因為氨逃逸導致生成的硫酸氫氨沉積在空預器及催化劑而增加的阻力。我廠鍋爐風煙系統在安裝脫硝裝置前50%負荷330MW至額定負荷660MW整個風煙阻力范圍是2000～3000Pa，而安裝后SCR反應器的阻力有500Pa，空預器又增加了200Pa左右的阻力，這樣就可以看出SCR裝置對風煙系統的阻力特性起到比較大的作用。

圖1中，橫縱坐標分別為負荷和風煙系統煙道阻力，曲線1、2分別為安裝脫硝裝置前、后的風煙系統煙道阻力特性曲線。當鍋爐負荷從A點調整到B點，安裝脫硝裝置前鍋爐風煙系統工況點就從a1點調整到b1點，這樣縱坐標的壓力差△P1即為其壓力調節幅度。同樣安裝脫硝裝置后鍋爐風煙系統的工況點從a2調整到b2點.其縱坐標壓力差△P2為其壓力調節幅度。將曲線1向上平移至曲線3后可看出△P2-△P1即為安裝SCR裝置后鍋爐風煙系統煙氣增加的阻力。

由于氨與NOx的不完全反應，會有少量的氨與煙氣一道逃逸出反應器，逃逸出的氨氣與SO3和水蒸氣會反應生成硫酸氫氨，硫酸氫銨具有極強的腐蝕性和粘結性，附著在飛灰表面粘附上脫硝催化劑和空預器的高溫和低溫段并逐漸沉積，隨著運行時間的增長，導致空預器和催化劑阻力越來越大，我廠兩臺超超臨界鍋爐在SCR裝置投運半年后空氣預熱器阻力差壓均較剛投入時又增加30%，約500Pa而且有繼續增加的趨勢，A、B引風機電流均增加有30A，這樣就導致鍋爐低負荷時負壓波動較大，影響了鍋爐的燃燒穩定。

2.2 降低了鍋爐的熱效率

（1）我廠SCR脫硝裝置的反應器和其連接煙道布置在鍋爐省煤器和空預器之間，增加了尾部煙道的散熱面積，進而增大了鍋爐的散熱損失，煙氣經過脫硝反應器后煙溫降低了5℃左右，降低了鍋爐的熱效率。（2）氨逃逸生成的硫酸氫氨沉積在空預器上并與空預器煙氣中的灰塵粘合引起空預器換熱元件的堵塞，導致空預器換熱效率下降出口排煙溫度升高，鍋爐熱效率下降。（3）省煤器出口煙氣通過SCR裝置后壓降增加了500Pa左右，SCR裝置投運半年后因硫酸氫氨引起的空預器堵塞，煙氣通過空預器又增加阻力500Pa左右，A、B引風機出力增大電流均增加30A，導致空預器風煙側壓差增大，空預器漏風率增大，降低了鍋爐熱效率。

2.3 堵塞并腐蝕空預器

安裝脫硝裝置后，由于氨與NOx的不完全反應導致的氨逃逸生成硫酸氫氨不僅會與煙氣中的灰塵粘合沉積在空預器上堵塞空預器，而且硫酸氫氨還有腐蝕性會對空預器低溫段產生低溫腐蝕。

另外，鍋爐排放的煙氣中含有一定量的水分，同時氨氣和NOx反應產物為氮氣和水，當入爐煤硫份較高時，鍋爐燃燒的煙氣中含有較高的SO3，因為煙氣中如果含有0.005%的SO3可提高煙氣的露點至150℃往上，這時會有硫酸溶液凝結在空預器的冷端產生低溫腐蝕。

防止空預器堵塞應采取以下措施：（1）加強省煤器輸灰系統綜合治理，防止大量的灰塵進入空預器與硫酸氫銨粘合導致空預器積灰堵塞。（2）提高空預器吹灰次數，嚴格控制吹灰參數，運行每班均要對空預期冷、熱端各進行吹灰，控制吹灰參數，吹灰前應充分暖管，吹灰停止期間要關閉吹灰電動門，打開疏水門。（3）嚴格控制脫硝出口氨逃逸率，氨逃逸率不允許超過3ppm。（4）控制機組負荷，提高負荷可以使排煙溫度得到適當的上升，另外冬天應及時投運二次風暖風器以提高排煙溫度，可有效降低空預器低溫區露點溫度以下腐蝕情況的程度。（5）啟動和運行中加強對燃油控制，優化制粉系統的啟動條件，盡量使用熱值高、揮發份較高的煤種，同時提高一二次風溫，以減少啟動初期大量不完全燃燒產物的生成，從而抑止空預器堵灰的發生。（6）降低入爐煤硫份，控制入爐煤硫份盡量在鍋爐設計值以下，降低煙氣酸露點溫度，減少NH4HSO4生成，減少空預器的腐蝕及堵塞。

2.4 降低了鍋爐低負荷燃燒的穩定性

脫硝裝置安裝投運后增大了風煙系統的阻力，由鍋爐壓力波動圖所示，增設SCR裝置后，當出現鍋爐負荷變動等情況時，風機將產生比未安裝SCR裝置多（△P2-△P1）的壓力波動。而且隨著鍋爐運行時間的增加，硫酸氫氨和灰塵粘附在空預器上導致空預器堵塞，引起空預器阻力逐漸增大，使引風機出力逐漸增大，導致鍋爐在低負荷及燃燒不穩定時負壓波動范圍增大。

鍋爐低負荷運行時爐膛溫度較低，煤粉著火不穩定，一旦發生斷煤、鍋爐掉焦等擾動時鍋爐容易發生滅火，我廠#4爐在增設SCR裝置連續運行一年后，在50%負荷工況下爐膛負壓波動增大至±400Pa，鍋爐燃燒不穩，需對空預器進行連續吹灰可降低負壓波動范圍在±250Pa。

2.5 增大了鍋爐內爆的可能性

當鍋爐因風煙系統風機、空預器跳閘或人員誤操作以及鍋爐滅火等原因導致爐膛負壓突降時，爐膛或鍋爐煙道系統從外向內的壓力差突增引起爐膛或煙道壓塌變形的事故叫鍋爐內爆。

我廠#3鍋爐裝設SCR系統后，在一次滅火時因為鍋爐內爆導致了電除塵內部及出口喇叭嚴重損壞，原因是空預器堵塞差壓增大，導致機組高負荷運行時，引風機入口負壓一直保持較高負壓，當時引風機入口負壓在-6000PA以上（引風機入口煙道設計壓力為±5800Pa），此時遇到爐膛滅火，爐膛內負壓急劇下降，在爐膛負壓和引風機入口負壓的疊加之下，引風機入口段煙道承受負壓遠大于設計瞬爆壓力值，造成煙道薄弱之處承受力過大損壞，電除塵出口的槽板、框架，極板，極線受到嚴重的撞擊，遭受嚴重破壞。

因此鍋爐在設計時或增設脫硝裝置技改時應該充分考慮到加裝脫硝裝置后對鍋爐風煙系統阻力的改變可能會引起鍋爐內爆的可能性：（1）要把鍋爐爐膛及煙道支撐結構的強度提高，確保其有充分的裕度，能夠避免產生內爆。（2）完善引風機入口負壓的監控和保護：引風機入口的負壓是產生爐膛內負壓的源動力，是風道系統中負壓最大的地方，加強對此位置的監控，掌握系統中負壓的變化情況，可有效跟蹤煙風道系統中的運行情況。可增加引風機入口煙氣壓力測點，并根據引風機入口負壓值增設報警提醒運行人員及增設閉鎖引風機加負荷的保護，當鍋爐MFT后，當引風機入口負壓達到危險值時，可增設聯跳引風機的保護。（3）優化鍋爐MFT后爐膛壓力控制策略：增加MFT后引風機超馳動作條件，及修改MFT后爐膛壓力低三值聯跳引風機的定值。（4）引風機的選型應合適，要選用運行區能遠離喘振區的風機，引風機的出力能夠滿足鍋爐阻力的需求，引風機能在鍋爐正常負荷區間處于高效工作區內。

3 結束語

SCR脫硝裝置安裝后對鍋爐的安全和經濟的運行產生了較多不利的影響，我們在脫硝裝置設計時，就需要充分考慮其對鍋爐運行的影響，確保設計滿足安全的規范，并盡可能地減少經濟性的降低。文章以大唐信陽華豫電廠的煙氣脫硝工程為例，分析和討論了SCR脫硝裝置的加裝對超超臨界鍋爐系統的影響，并提出了相應的運行防范措施和解決這些問題的有效途徑。

參考文獻

[1]大唐信陽發電有限責任公司2×660MW機組脫硝運行規程[S].

作者簡介：涂云濤，工程師，從事發電廠集控運行。