循環(huán)流化床鍋爐空預(yù)器堵灰問題的研究

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

空預(yù)器堵灰是循環(huán)硫化床鍋爐運(yùn)行過程中普遍存在且迫切需要解決的問題?？疹A(yù)器堵灰使設(shè)備壓差增大，換熱變差，鍋爐排煙溫度升高，風(fēng)機(jī)電耗增大。堵灰嚴(yán)重時會使鍋爐被迫降負(fù)荷運(yùn)行甚至不得不停爐處理，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]。因此，本文針對某電廠循環(huán)流化床鍋爐空預(yù)器堵灰的問題開展研究，分析了堵灰的原因，提出了相應(yīng)的控制策略，有效緩解了空預(yù)器堵灰的問題。

1 原因分析

某電廠150 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，其鍋爐為480/13.7-535535超高壓中間再熱、自然循環(huán)鍋爐。采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)。鍋爐尾部煙道布置有管式空氣預(yù)熱器。裝有SNCR選擇性非催化還原脫硝系統(tǒng)。

硫酸氫銨主要通過式(1)生成。主要反應(yīng)物為NH3、H2O和SO3。NH3來自于脫硝過程中的氨逃逸(未反應(yīng)的)。H2O來自于燃料中的H和水分，空氣和脫硝過程帶入的水分。SO3是由爐內(nèi)燃料燃燒生成的部分SO2氧化而成。

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

(1)

硫酸氫銨具有極強(qiáng)的黏性、吸濕性和腐蝕性。極易冷凝粘附在空預(yù)器換熱表面(尤其是空預(yù)器冷段)，并且粘結(jié)煙氣中的飛灰顆粒，造成空預(yù)器腐蝕和堵塞[2]。

通過對空預(yù)器堵灰的原因分析可知，硫酸氫銨是造成堵灰的主要原因，而硫酸氫銨的生成與脫硝裝置中氨逃逸密切相關(guān)。因此，通過試驗對脫硝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高脫硝效率，降低氨逃逸是控制空預(yù)器堵灰的有效策略之一。

2 SNCR脫硝系統(tǒng)優(yōu)化試驗

該脫硝系統(tǒng)采用尿素作為還原劑。爐膛出口旋風(fēng)分離器入口煙道的側(cè)壁從上到下安裝有4個尿素溶液噴槍。尿素溶液霧化后經(jīng)噴槍射入高溫?zé)煔庵?，分解為NH3。

氨氮摩爾比NSR、還原劑濃度、噴槍出力以及噴槍調(diào)門開度是影響脫硝過程的幾個主要參數(shù)[3]，因此采用單因素調(diào)整試驗法，對這幾個參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化試驗。

2.1 變氨氮摩爾比NSR試驗

從表1可知，隨著負(fù)荷的升高，脫硝效率增加。主要是因為負(fù)荷的增加使旋風(fēng)分離器入口溫度增加，更有利于脫硝反應(yīng)的進(jìn)行。此外，試驗結(jié)果表明，當(dāng)氨氮摩爾比NSR從1.5增加到2.5，脫硝效率分別從60.3%上升到61.7%(110 MW)，66.4%上升到67.6%(130 MW)，67.8%上升到68.7%(150 MW)，因為提高NSR，就提高了NH3的濃度，會促進(jìn)脫硝反應(yīng)的進(jìn)行。另一方面，隨著NSR的增大，氨逃逸量也在增大，當(dāng)NSR 為2.5時，氨逃逸量分別為8.50×10-6(110 MW)、6.63×10-6(130 MW)、5.12×10-6(150 MW)，這是由于NSR的增加，使噴入的還原劑增加，造成過量噴氨，同時噴射速度變快，氨逃逸速度的增幅超過了脫硝效率的增幅。因此，綜合考慮氨逃逸量和脫硝效率，在運(yùn)行時，應(yīng)將NSR 控制在1.5～2.0[4]。

表1 變氨氮摩爾比NSR試驗結(jié)果

2.2 變還原劑濃度試驗

表2為還原劑濃度試驗結(jié)果。試驗結(jié)果表明，當(dāng)還原劑濃度為5%時，三種負(fù)荷下的脫硝效率都較高，氨逃逸量較小，說明脫硝反應(yīng)進(jìn)行的較徹底，而當(dāng)濃度增大到10 %時，脫硝效率有所下降，氨逃逸量卻大幅度增加，比如130 MW負(fù)荷時，氨逃逸量從0.14×10-6躍升至7.92×10-6，當(dāng)濃度進(jìn)一步升高到12 %時，三種負(fù)荷下的氨逃逸量均達(dá)到了9×10-6左右，說明脫硝反應(yīng)進(jìn)行得不完全。因此，實際運(yùn)行中，應(yīng)將還原劑濃度維持在5%，有利于脫硝反應(yīng)的充分進(jìn)行。

表2 變還原劑濃度試驗結(jié)果

2.3 變噴槍出力試驗

從表3可知，脫硝效率隨著噴槍出力的增大而增大，當(dāng)出力達(dá)到1.1t/h時，三種負(fù)荷下的脫硝效率達(dá)到最高，分別為65.7%(110 MW)、72.8%(130 MW)和75.3%(150 MW)。這是因為隨著噴槍出力的增大，噴氨流量增加，噴射動量增大，使還原劑能夠更充分地與煙氣混合，有利于脫硝反應(yīng)的進(jìn)行。另一方面，隨著噴槍出力的增大，氨逃逸量也大幅度增加，在150 MW負(fù)荷下，當(dāng)噴槍出力從0.5 t/h增加到1.1 t/h時，氨逃逸量從0.48×10-6增加到6.98×10-6。因此，綜合考慮脫硝效率、氨逃逸量和運(yùn)行成本，應(yīng)將噴槍出力控制在0.7 t/h就能確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

表3 變噴槍出力試驗結(jié)果

2.4 變噴槍調(diào)門開度試驗

將旋風(fēng)分離器入口煙道側(cè)壁上的噴槍從上到下分別標(biāo)記為A、B、C、D號噴槍。在150 MW負(fù)荷下，通過調(diào)節(jié)噴槍的調(diào)門開度改變噴入煙道中不同位置還原劑的流量。試驗結(jié)果見表4。

表4 變噴槍調(diào)門開度試驗結(jié)果

從表4可知，四種調(diào)門開度組合方式中，方式3的脫硝效率最高，氨逃逸量最小。因為在旋風(fēng)分離器入口煙道內(nèi)，這種組合方式還原劑的分布特性與煙氣流場分布特性吻合，都呈現(xiàn)內(nèi)側(cè)分布高、外側(cè)分布低的特性，從而使煙氣與還原劑能夠充分混合，脫硝效果較好。而方式1的脫硝效率最低，氨逃逸量最大，因為在這種組合方式下，還原劑在煙道內(nèi)沒有與煙氣充分混合，致使一部分還原劑沒能完全反應(yīng)。方式2、4的脫硝效果雖有改善，但仍不及方式4。因此，調(diào)門開度組合方式3是最佳的運(yùn)行方式。

3 結(jié) 論

(1) 通過對SNCR脫硝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化試驗，得到了合理的運(yùn)行工況：氨氮摩爾比NSR 控制在1.5～2.0，還原劑濃度維持在5%，噴槍出力控制在0.7 t/h，采用調(diào)門開度組合方式3最優(yōu)。

(2)實踐證明，將SNCR脫硝系統(tǒng)在此工況下運(yùn)行，脫硝效率達(dá)到了78.5%，氨逃逸量僅為0.253×10-6，有效減少了硫酸氫銨的生成，緩解了空預(yù)器的堵灰。

(3)空預(yù)器堵灰除了與脫硝系統(tǒng)有關(guān)，還與空預(yù)器的運(yùn)行環(huán)境以及燃燒過程中生成的SOx、NOx有關(guān)[5]。因此，在本研究的基礎(chǔ)上，還需進(jìn)一步優(yōu)化鍋爐的燃燒過程，減少SOx、NOx的生成，同時進(jìn)一步改善空預(yù)器的運(yùn)行環(huán)境。