燃煤電廠氨逃逸對電袋復合除塵器運行影響分析及預防

陳信良

摘要：分析了燃煤電廠氨逃逸的原因以及氨逃逸的生成物硫酸氫銨對電袋復合除塵器電收塵區和袋收塵區運行的影響。從日常運行維護的角度出發，提出了減少氨逃逸的措施，對燃煤電廠處理同類型問題有一定的借鑒作用。

關鍵詞：氨逃逸;電袋除塵器;硫酸氫銨;積灰

0 引言

近年來，盡管我國大力開展新能源建設，但在目前以及未來相當長的一段時間內，火力發電裝機容量將依然占據我國電力供應的主導地位。燃煤電廠產生了大量的粉塵、SO2、NOx、汞及化合物等污染，為控制煙氣排放達到國家標準，煙氣治理中采用了一系列的收塵措施。以氮氧化合物（NOx）為例，根據《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》（環發〔2015〕164號）文件要求，燃煤電廠煙氣污染物中NOx≤50 mg/m3（標干態，6% O2）[1]，脫硝效率需要調高至90%以上，目前采用的選擇性催化還原法，簡稱SCR，是我國燃煤電廠應用最廣泛的煙氣脫硝技術。綜合經濟效益的考量，SCR反應器通常采用高灰型布置方式（流程如圖1所示），NH3是SCR脫硝技術的還原劑，通常由液氨或者尿素熱解提供。在催化劑的作用下，將燃煤煙氣中的NOx還原成N2和H2O;另外，煙氣中的部分SO2也會被氧化成SO3。

燃煤電廠通常采用增加催化劑層數以及加大噴氨量的方式來提高脫硝效率，因此隨著脫硝效率的提高，氨逃逸也會相應增加，氨逃逸的副產品硫酸氫銨（ABS）對后續除塵設備的運行效能會產生許多負面的影響。

1 硫酸氫銨的生成機理

有研究表明，硫酸氫銨的生成溫度為190～240 ℃[2]，根據硫酸氫銨的物理特性（表1），硫酸氫銨的沸點為350 ℃，而SCR催化劑最佳的反應溫度在340～380 ℃，可見在副反應發生時，生成的硫酸氫銨主要為氣相，其在溫度降低時凝結[3]。在具體的工程應用中，若發現催化劑失活，短時間內可以通過增加鍋爐負荷，提高煙溫使硫酸氫銨氣化，從而讓催化劑恢復活性。

2 氨逃逸對電袋復合除塵器的影響

根據工程經驗，由于脫硝無法完全反應，氨逃逸是無法避免的，有研究表明，氨逃逸率不大于2.28 mg/m3（3 ppm）時，對脫硝后煙道設備影響較小[4]。而且由于硫酸氫銨具有強黏性（表1），煙氣中有少量硫酸氫銨附著在粉塵上可以降低粉塵的比電阻，使粉塵在除塵器電區中更易被荷電收集，同時硫酸氫銨還可以粘聚粉塵，改變粉塵粒徑，在布袋區使粉塵更容易被攔截過濾。

但是，過量的氨逃逸將導致大量的硫酸氫銨生成，煙氣流經空預器、低溫省煤器到達除塵器后溫度降至100 ℃左右，此時硫酸氫氨已經從氣態充分凝結，大量硫酸氫銨對電袋復合除塵器的除塵效率有較大的不利影響。

下面以包頭某煤化工熱電站鍋爐配套電袋復合除塵器實際運行故障為例進行說明。據反饋，該機組投運后其電袋復合除塵器在運行一段時間后阻力居高不下，設計運行阻力為不大于1 200 Pa，實際運行阻力為1 600 Pa左右，后期逐漸上升，最高達到了4 300 Pa。運營方利用機組檢修的機會，對除塵器內部進行檢修，發現內部大量積灰，且不易清理。在電場區可以看到陰極線被積灰包裹，針刺肥大（圖2）;布袋區濾袋積灰嚴重，且呈球狀（圖3）。

結合該機組運行期間發現脫硝噴氨裝置多個噴嘴脫落，氨逃逸檢測裝置故障，判斷可能是氨逃逸過量導致的積灰。運營方對積灰NH4 +、SO4 2-含量進行分析，結果如表2所示。

根據經驗，氨含量超過1 mg/g時即除塵器已發生較嚴重堵塞，無法有效清灰，由此可見，該機組氨逃逸現象特別嚴重。

硫酸氫銨呈酸性，將積灰少量置于玻璃皿中，用水完全潤濕，用pH計檢測酸堿度，取樣的粉塵呈酸性，pH值為5.43。由以上信息可以進一步證實積灰是由硫酸氫銨含量過高造成的。

電袋復合除塵器電區除塵是利用陰極針刺線尖端放電的原理對粉塵荷電，使荷電粉塵在電場區中被陽極板收集，針刺線肥大會造成導電體的曲率半徑增大，電荷密度下降[5]，表現為二次電流降低，若陰陽極積灰過多，甚至會出現反電暈現象，使電區除塵效率大幅降低。同時，因為硫酸氫銨呈酸性，對針刺線有腐蝕作用，過量硫酸氫銨粉塵長期包裹針刺線，會使針尖鈍化，對陰極放電產生不可逆的負面影響。

電區除塵效率降低，必將造成布袋區除塵負荷的增加，具有強黏性的粉塵大量附著在濾袋上，造成清灰困難，這是運行阻力大幅上升的直接原因。長期清灰困難將使黏性粉塵滲入濾袋內部，造成濾袋不可逆堵塞。濾袋堵塞，引起過濾風速增大，超出設計允許值，可能造成破袋，使濾袋失效，排放超標。圖4所示為對該電袋復合除塵器濾袋的電鏡分析，可見其纖維層中存在大量板結粉塵。

進一步對濾袋進行透氣性分析（表3），由結果可見，積灰是濾袋過濾效率下降，設備阻力上升的主要原因。

氨逃逸產生的過量硫酸氫銨不但對電袋復合除塵器的電區、袋區的運行有負面影響，對排灰也會造成阻礙。粉塵中含硫酸氫銨將造成收集的粉塵流動性變差甚至板結，導致輸灰不暢甚至堵塞，若達到儲灰安全極限，對除塵器形成結構性安全威脅，將迫使機組停運，造成巨大的經濟損失，這在機組運行中屬于重大的安全隱患。因此，重視脫硝氨逃逸監測，對保障整個系統的安全穩定運行有著重要的意義。

電袋復合除塵器相比電除塵器，在除塵效率以及適用范圍等方面有顯著的優勢，但在防范氨逃逸引起的設備異常方面，電袋復合除塵器應用機組應當更加重視。硫酸氫銨積灰的一大特點是附著穩固，清理困難，但利用硫酸氫銨溶于水的特性，可以采用水洗方法在停爐檢修時清理電除塵器。顯然，這一方法不適用于電袋復合除塵器，若出現嚴重的糊袋異常，目前只能采用更新濾袋的方式恢復設備性能，因此重視氨逃逸監測，避免氨逃逸超標，可以減少電袋復合除塵器運維的成本。

3 故障預防措施

根據故障產生的原因，可以從運行、檢修、技術改造以及運行參數調整的角度預防氨逃逸對電袋復合除塵器的影響。