亞臨界機組SCR脫硝空氣預熱器堵塞原因分析及對策研究

馬海員

摘? ?要：SCR裝置特別是在低溫低負荷運行條件下，極易造成噴氨過量，形成氨逃逸，在空氣預熱器冷端生成硫酸氫銨，導致堵塞。此外，煤質、空氣預熱器冷端壁面溫度、催化劑活性、低負荷等因素也可能導致堵塞的原因。對此，提出了通過改進SCR系統、鍋爐低負荷時燃燒調整、空氣預熱器吹灰沖洗調整等方式來解決堵塞問題。

關鍵詞：煙氣脫硝? 空氣預熱器堵塞? 硫酸氫銨? 氨逃逸

1? 引言

為改善大氣環境質量，適應國內火電廠大氣污染物排放控制的發展需要，各燃煤電廠在近幾年均進行了脫硝改造。天津華能楊柳青熱電廠四期工程為2×300MW燃煤機組，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產的SG-1025/17.5-M897型亞臨界、自然循環鍋爐、單爐膛、一次中間再熱。采用正壓直吹式制粉系統，平衡通風、四角切向燃燒、固態出渣、運轉層以下封閉結構，三分倉容克式回轉式空氣預熱器。

兩臺機組在2013年后逐步增加了SCR脫硝系統，SCR反應器裝置采用了高灰型布置工藝，將反應器布置在鍋爐省煤器與空氣預熱器煙道接口之間，并按照三層模式布置催化劑。液氨法SCR方案，煙氣從省煤器出口水平煙道引出，豎直進入SCR入口上升煙道，水平地進入反應器的頂部，在整流器的作用下，煙氣垂直向下通過催化劑和反應器，并在空氣預熱器入口煙道膨脹節上游接入。

機組進行脫硝改造后幾年來，空氣預熱器差壓逐漸增大，發生了堵塞現象。自從脫硝系統投運以來，空氣預熱器的運行工況發生了改變，堵塞、腐蝕情況極易發生，甚至對整臺機組的安全運行構成了不穩定因素。針對近幾年空氣預熱器在使用過程中出現的一些問題，本文結合實際應用，就其危害及部分原因作出簡要的分析，并相應給出一些預防建議措施，比如改進SCR系統、鍋爐低負荷時燃燒調整、空氣預熱器吹灰沖洗調整等方式來解決堵塞問題。

2? 空氣預熱器堵塞的危害

長期沉積的水蒸汽及SO3、NH4HSO4嚴重腐蝕蓄熱元件，受熱面光潔度惡化，加重空氣預熱器的積灰，影響換熱效果;積灰不能及時清除，導致管排腐蝕嚴重，漏風量增大，造成鍋爐燃燒所需的風量不足，排煙溫度提高，鍋爐換熱效率降低，電能的消耗加大;空氣預熱器堵塞不均勻時，可能會導致爐膛負壓周期性波動，波動周期與空氣預熱器旋轉周期同步，由于該波動的存在，對引風機的自動控制產生擾動會導致引風機失速，威脅到機組的安全經濟運行甚至造成RB（RUNBACK，機組快速減負荷）。

3? 空氣預熱器堵塞原因分析

機組增加了SCR脫硝系統后，鍋爐空氣預熱器分別出現了不同程度的堵塞。SCR 反應器的原理是在催化劑作用下，將氨氣直接噴入鍋爐省煤器下游300℃以上的煙道內，把煙氣中的NOx還原成為對環境無影響的N2和H2O。

SCR的化學反應原理非常復雜，主反應是NH3 在一定的溫度下和催化劑的作用下，選擇性地把煙氣中的NOX 還原成為NO2，其反應過程涉及到幾十個反應方程。

當煙溫低于220℃時，NH3與煙氣中SO3發生化學反應生成NH4HSO4或（NH4）2SO4，當SO3濃度較高時，按照SO3/NH3反應的規律主要生成NH4HSO4;在147℃～210℃之間，NH4HSO4為高粘性液體，極易粘在空預器中低溫換熱面，粘附煙氣中的飛灰，加劇空預器堵塞情況;低于147℃時，NH4HSO4為固體，影響較小。

空氣預熱器對NH4HSO4結垢異常敏感，脫硝氨逃逸造成的NH4HSO4黏附在空氣預熱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：煙氣監測CEMS系統測量比較局限，造成煙氣NOx總量不準，導致噴氨量過大;目前市面上的氨逃逸分析儀表測量精度及準確性較差，只能反映出實際趨勢;SCR脫硝系統投運時間增加后，催化劑活性下降直接影響反應效果;負荷較低時，SCR反應器入口煙溫下降，催化劑活性降低，脫硝效率下降;由于煙氣流場分布、NOx濃度分布不均、噴氨量等原因導致SCR出口氨逃逸不好控制。此外由于冬季環境溫度較低，空氣預熱器換熱面的壁溫進一步下降，也易造成NH4HSO4的加速形成。

4? 預控措施及改進方向

（1）SCR脫硝系統控制策略的調整。在負荷調整期間、異常工況下，可適當加大人工干預力度，對脫硝效率上下限值加以控制。為避免在低負荷時噴氨過量，可以優化低負荷時低氮燃燒的二次風配風方式，合理控制入口NOX含量。進行低氮燃燒改造也可以有效控制入口NOX含量。

（2）空氣預熱器運行方式的調整，包括吹掃行程調整及吹灰步進時間，提高吹掃覆蓋面。四期鍋爐空預器型號為2-29VI（T）-1880 SMRC，為三分倉回轉式，空預器換熱元件分為高溫、中溫與低溫三段。為應對硫酸氫氨的粘附堵塞，需采取相應有效措施對空預器換熱元件的高度、材質、板型以及除灰器等進行改造，亦可相應減少結垢和腐蝕率。

（3） 供氨調門、供氨流量計、噴氨格柵加強優化調整，保證噴氨及煙氣的流場均勻分布。煙氣在線監測CEMS系統加強校驗和比對，增加多點取樣，提高測量代表性。通過日常校準、定期維護等方式提高SCR系統測量的可靠性和準確性。新建機組調試過程，一定要做好噴氨格柵的細調工作和相應的流場分布試驗等。

（4） 通過四期的兩臺機組最近幾次對空氣預熱器的在線沖洗效果來看，在沖洗初期，空氣預熱器的煙氣側差壓確實得到了降低和有效控制，但是堵塞嚴重時效果一般。機組停運后采用高壓水沖洗的效果較好，但需要機組停運，并會造成受熱元件表面破壞，加速NH4HSO4的沉積速度。空氣預熱器堵塞嚴重時，還可利用機組檢修周期進行化學清洗，使蓄熱元件的表面更加光潔，減緩NH4HSO4的沉積以及堵灰過程，但會使用大量化學制劑，造成二次污染。所以今后要嚴格控制氨逃逸率，并在條件允許的情況下，對現有的固定式沖洗設備進行升級改造。

（5） 從脫硝的反應原理來看，保證煙囪入口NOx排放合格的條件下，必須選擇合適的配風方式才能降低脫硝反應器入口NOx含量，才能減少噴氨量。機組運行中還需要盡可能低的控制氧量。通過NOx的生成機理可知，氧量對NOx的生成量起著決定性的作用。因此，為了控制NOx含量，應在保證燃燒充分的前提下盡可能低的控制氧量。但低氧量情況下，爐內結焦極易發生，所以，在低氧運行中，應經常對爐膛結焦情況進行檢查，以便將氧量控制在合理范圍內。

5? 結語

通過對典型300MW 亞臨界機組SCR脫硝空氣預熱器堵塞原因的分析及對策研究，從造成堵塞物質的形成原理和形成工況等幾個方面進行分析，在燃燒調整、配風方式、加強在線沖洗、做好脫硝系統的維護等方面總結出了一些行之有效的針對措施、改進方向，盡可能的減少空氣預熱器堵塞事件的發生，提高了機組的經濟性和安全性。

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