淺談630MW超臨界機組煙氣脫硝技術及系統投入運行后空預器堵灰問題

摘要：我國大型電站絕大部分是常規的燃煤電站，而NOx是燃煤電廠排放的主要污染物之一。在眾多的脫硝技術中，選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝技術是目前應用最為成熟、脫硝效率最高的脫硝技術，在國際、國內均得到了大量的推廣。大唐彬長發電有限責任公司1期#1、2機組安裝的脫硝裝置采用選擇性催化還原法（SCR）技術，脫硝裝置運行穩定，脫硝效率達到設計要求。

關鍵詞：煙氣脫硝技術；選擇性催化還原（SCR）脫硝技術

前言

氮氧化物是大氣主要污染物之一，在NOx控制方面與發達國家相比我國燃煤電廠起步較晚，但隨著國家一系列環保法律法規的陸續出臺，NOx控制要求越來越高，脫硝控制技術近幾年也得到了快速的推廣和應用。在眾多的煙氣脫硝技術中，選擇性催化還原法是脫硝效率最高、最為成熟的脫硝技術。國內脫硝技術少數幾家電廠外主要也以選擇性催化還原法為主。

1.SCR脫硝系統概述

大唐彬長發電有限責任公司（2×630MW）機組煙氣脫硝裝置配兩臺蒸發量為2084T/H的燃煤鍋爐，脫硝裝置采用選擇性催化還原法（Selective Cataletic Reduction，簡稱：SCR）全煙氣脫硝；脫硝裝置反應器布置于鍋爐省煤器出口與空預器之間，為高粉塵布置，不設反應器旁路，增設省煤器旁路，在低負荷運行時滿足脫硝運行要求。

脫硝裝置采用氨作為還原劑，其供應采用液氨供應系統。在現階段設計煤種及校核煤種鍋爐最大工況（BMCR）處理100%煙氣量條件下脫硝效率不小于80%實施，脫硝裝置結構及相關系統按脫硝率不小于82%規劃設計，每臺鍋爐配有兩個反應器，煙氣在省煤器出口處被平均分成兩路，每路煙氣并行進入一個垂直布置的SCR反應器里，在反應器里煙氣向下流過均流器、催化劑層，隨后進入回轉式空氣預熱器、靜電除塵器、引風機和FGD，最后通過煙囪排入大氣。脫硝反應的基本方程式如下：

NO+NO2+2NH3 →2N2+3H2O

4NO+4NH3+O2 →4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2 →3N2+6H2O

2.脫硝系統工藝流程

大唐彬長發電有限責任公司1、2號機組共用一套液氨儲存與供應系統，外購液氨通過液氨槽車運至液氨儲存區，通過卸氨壓縮機將液氨儲罐中的氣氨壓縮后送入液氨槽車，利用壓差將液氨槽車中的液氨輸送到液氨儲罐中；液氨經氨蒸發槽蒸發成氨氣后進入氨氣緩沖槽，通過減壓閥減至一定壓力后通過氨氣輸送管線注入稀釋風機出口稀釋后，分別經過兩臺機組的噴氨格柵送入SCR反應器。按（NOX/NH3）1：1的比例噴入鍋爐煙氣中的NH3在SCR反應器中催化劑的作用下與煙氣中NOX按上述化學反應式進行反應，從而達到降低排煙中NOX含量的目的。脫硝系統流程簡圖如下：

3.影響SCR脫硝因素

（1）煙氣溫度。脫硝催化反應器控制煙氣溫度在310～420℃。

（2）飛灰特性和顆粒度。煙氣組成成分對催化劑的影響主要是粉塵濃度、粒度和重金屬含量。某些重金屬能使催化劑中毒，例如：砷、汞、鉛、磷、鉀、鈉等，尤以砷的影響最大。

（3）煙氣流量。NOx的脫除率在一定煙氣條件下，取決于催化劑組成、比表面積大小。

（4）中毒反應。在脫硝的同時也有副反應發生，如SO2氧化生成SO3，高溫條件下（>450℃）氨的分解氧化和在低溫條件下（<310℃）SO2與氨反應生成NH4HSO3。而NH4HSO3是一種類似于“鼻涕”的物質會粘附在催化劑上，隔絕催化劑與煙氣之間的接觸，使得反應無法進行并造成下游設備（空氣預熱器）的堵塞。煙溫高于450℃，還會導致催化劑燒結。

（5）氨逃逸率。氨的過量會增加氨的逃逸。氨的逃逸量的大小，取決于NH3/NOx摩爾比、工況條件和催化劑的活性用量。氨逃逸量的增加會增加氨的用量及浪費和形成新的污染，正常運行中氨逃逸率小于3ppm。

（6）催化劑。大唐彬長發電有限責任公司采用蜂窩式催化劑，其特是比表面積大、低塵煙氣中活性高，適用于粉塵量較低的場合。

（7）防爆。SCR還原劑氨（NH3）的爆炸極限（空氣）為15.7%～27.4%。為保證氨注入煙道的絕對安全以及均勻，通過稀釋風將氨濃度降低至5%以下，經過噴嘴、氨噴射格柵將其分布和充滿于反應區煙道。

4.脫硝系統投運后空預器堵灰問題

大唐彬長發電有限責任公司1、2號機組自脫硝系統投運以來，運行穩定，各項參數均能控制在規定范圍內，但隨著系統運行時間的增加，空預器堵灰現象也越來越突出，具體數據見下表（系統投運后2個月各相關參數對比）：

5.脫硝系統投運后造成空預器堵塞原因分析

（1）SCR反應區煙溫低：SCR區漏風及散熱量大，可能造成反應區上游區煙溫符合而下游區不能達到，造成反應區局部煙溫達不到要求。

（2）過量噴氨，特別是局部氨過量：為了追求脫硝效率，造成噴氨過量，這種情況在催化劑性能下降后表現的尤為明顯；由于煙道中煙氣分布不均，與支路噴氨流量失配，造成局部氨過量；另外，冬季氣態氨溫度低、稀釋風溫度低，可能造成噴氨量變化后應出口NOx反應遲緩，易造成暫態噴氨過量。

（3）催化劑性能降低：現催化劑多為國內生產，且在國內各家電廠均上脫硝時期，工期緊，性能保證最低煙溫允許存在折扣；隨著脫硝系統運行時間增加，催化劑表面積灰也將導致催化劑性能降低。

（4）脫硝的產物為H2O，造成煙氣中水蒸汽分壓增大，酸露點溫度上升。

6.空預器堵灰的危害

（1）引起三大風機電耗增加。

（2）空預器出口一二次風溫降低，排煙溫度升高；一次風、二次風、煙氣三者間的壓力差增大，空預器漏風增加；導致鍋爐效率降低。

（3）三大風機動靜葉開度增大，風機失速的余量減小，特別是一次風機。從運行中實際觀察，三大風機中一次風機的工作環境最為惡劣，又失速余量最小；其次為引風機，引風機的入口負壓變大，使得出入口壓差變大，在增壓風機停運后，將使出入口壓差增大更為明顯。

（4）空預器堵塞嚴重時，機組出力將受到限制，并造成風機失速、強風等異常頻發。

7.相應技術措施

（1）SEMS加強維護，保證氨逃逸表計、氮量表指示正確。正常運行中氨逃逸控制在2ppm以內。

（2）出口NOx濃度控制合適，出口排放不超標，暫不追求脫硝效率。（現行標準為出口100mg/Nm3，對脫硝效率暫無強制要求）

（3）加強SCR區保溫的維護、漏風的治理，發現缺陷及時消除。

（4）噴氨各支門調試調整完成后，卸掉支門門輪，不允許操作。

（5）暖風器正常投入，保證冷端綜合溫度。

（6）稀釋風機機組正常運行中不停運，無論脫硝系統投入與否。

（7）稀釋風機濾網定期清理，保持稀釋風清潔不堵噴口。

（8）嚴格空預器吹灰。

（9）壓縮空氣吹灰正常程序投入，蒸汽吹灰暫定每周一次以及根據催化劑差壓適時投入（設計每層催化劑壓損為200Pa，我公司裝配2層）。

（10）做好空預器壓差、催化劑壓差的監視，壓差報表報表臺帳及總結。

8.結束語

由于環境污染問題日漸突出，相關環保法規對氮氧化物的排放要求也愈發嚴格，火電廠煙氣脫硝已成必然。火力發電廠是氮氧化物排放大戶，應該積極推進煙氣脫硝技術，嚴格執行當前氮氧化物排放標準，承擔應有的社會責任。隨著脫硝系統的投運，在機組運行過程中我們將面臨各種新的挑戰和難題，這需要在實際工作中總結經驗，對癥下藥，保證機組安全、經濟、環保運行。

參考文獻：

[1]孫克勤，鐘秦編著.火電廠煙氣脫硝技術及工程應用.化學工業出版社，2007： 211

[2]蔣文舉.煙氣脫硫脫硝技術手冊.化學工業出版社，2007： 71-72

作者簡介：冀少鋒，男，陜西韓城人，助理工程師，1995年07月畢業于西安電力學校，現在大唐彬長發電有限責任公司從事運行管理工作。