燃煤電廠(chǎng)超低排放改造后電除塵器效率降低的原因分析及控制對(duì)策

王 冰，馬朝勤，楊 碩，鞏小杰，陳浩軍

(1 潤(rùn)電能源科學(xué)技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450052；2 中國(guó)電建集團(tuán)河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450007)

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入快速發(fā)展的階段，燃煤發(fā)電企業(yè)規(guī)模也在快速增長(zhǎng)，同時(shí)環(huán)境問(wèn)題日益突顯，作為化石燃料的消耗大戶(hù)，控制煙氣污染物的排放量就成為擺在電力行業(yè)面前的一個(gè)重要任務(wù)。因此，中國(guó)政府決定，在2020年前，對(duì)燃煤機(jī)組全面實(shí)施超低排放和節(jié)能改造，大幅降低發(fā)電煤耗和污染物排放量[1]。超低排放改造后的燃煤電廠(chǎng)，大氣污染物排放濃度基本符合燃?xì)鈾C(jī)組排放限值，即煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度(基準(zhǔn)含氧量6%)分別不超過(guò)10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3，比《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)中規(guī)定的燃煤鍋爐重點(diǎn)地區(qū)特別排放限值分別下降67%、65%和50%。由于污染物排放限值降低，迫使煙氣凈化設(shè)備運(yùn)行壓力增加，出現(xiàn)了一些新問(wèn)題。

部分燃煤電廠(chǎng)在超低排放改造后出現(xiàn)電除塵器二次電流提升困難、反復(fù)波動(dòng)等現(xiàn)象，影響除塵效率和煙塵排放濃度，電廠(chǎng)被迫采取降負(fù)荷運(yùn)行方式來(lái)滿(mǎn)足煙塵達(dá)標(biāo)排放，給電廠(chǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成不利影響。

1 除塵器內(nèi)部檢查

某燃煤電廠(chǎng)(2×660 MW)分別于2015年2月、3月通過(guò)168h試運(yùn)行，#1、#2機(jī)組配套建設(shè)除塵設(shè)備為二室二列二電場(chǎng)區(qū)+二濾袋區(qū)的電袋復(fù)合式除塵器)。2016年進(jìn)行超低排放改造，將原有工頻電源改為高頻電源。

隨著脫硝、除塵裝置長(zhǎng)期運(yùn)行，#1、#2機(jī)組除塵器陸續(xù)出現(xiàn)電場(chǎng)區(qū)二次電流降低、擺動(dòng)等現(xiàn)象。電廠(chǎng)利用停機(jī)檢修機(jī)會(huì)，對(duì)除塵器內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)極線(xiàn)、極板均有嚴(yán)重積灰現(xiàn)象。圖1為電場(chǎng)極線(xiàn)積灰照片。從圖1中看到陰極線(xiàn)、芒刺線(xiàn)均被積灰包裹覆蓋，積灰厚度約3 mm。這種積灰不同于浮灰，較為干硬，粘在極線(xiàn)上，不易被振打清除，需要用力才能將其清理掉。清理掉的灰樣如圖2所示。

圖1 極線(xiàn)積灰照片

圖2 極線(xiàn)積灰樣品

2 分析結(jié)果

2.1 灰中無(wú)機(jī)銨含量分析

飛灰中無(wú)機(jī)銨主要以NH4HSO4、(NH4)2SO4等銨鹽形式存在[2]，其主要來(lái)源于選擇性催化還原(SCR)脫硝系統(tǒng)的逃逸氨。脫硝系統(tǒng)逃逸氨濃度越高，飛灰中無(wú)機(jī)銨含量也越高。

根據(jù)DL/T 260-2012[3]對(duì)電除塵極線(xiàn)粘灰進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1得知：一電場(chǎng)A列、B列灰中無(wú)機(jī)銨含量達(dá)3.04、5.05 mg·g-1。通常規(guī)定燃煤機(jī)組脫硝出口氨逃逸濃度不大于2.28 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，空氣過(guò)剩系數(shù)1.4)[4]，飛灰中無(wú)機(jī)銨含量不大于0.06 mg·g-1。

表1 灰中無(wú)機(jī)銨(NH4+)含量分析

2.2 灰成分分析

根據(jù)DL/T 1151.22—2012[5]對(duì)灰樣815 ℃灼燒產(chǎn)物進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)：灼燒產(chǎn)物主要成分為二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、三氧化二鐵(Fe2O3)等煙氣顆粒物，并且(SiO2+ Al2O3)含量>80%。

表2 積灰815 ℃灼燒產(chǎn)物主要成分

3 討 論

3.1 積灰的影響

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查和實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果，極線(xiàn)積灰嚴(yán)重導(dǎo)致電暈線(xiàn)肥大，是引起二次電流降低或不規(guī)則擺動(dòng)的主要原因。

3.2 積灰中硫酸氫氨的影響

飛灰中無(wú)機(jī)銨主要以硫酸氫銨、硫酸銨等銨鹽形式存在，硫酸銨熔點(diǎn)為280 ℃，在空氣預(yù)熱器運(yùn)行溫度范圍內(nèi)為干燥固體粉末，易通過(guò)吹灰去除。而硫酸氫銨沉積溫度為150～ 200 ℃，熔點(diǎn)為147 ℃[6]，熔化后具有極強(qiáng)的黏性，易吸附煙氣中的飛灰。

此電廠(chǎng)未在空預(yù)器后設(shè)置低溫省煤器，除塵器進(jìn)口煙溫在120～140 ℃范圍，煙氣中硫酸氫銨在此區(qū)域凝結(jié)，并呈粘稠狀，逐漸沉積在極線(xiàn)、極板上并吸附煙氣中飛灰，堆積板結(jié)在一起，普通的振打吹掃過(guò)程無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效清除，累積形成極線(xiàn)嚴(yán)重積灰，影響電暈放電效果，造成二次電流不穩(wěn)定后果。硫酸氫銨的物理特性如表3所示[7]。

表3 硫酸氫銨物理特性

4 運(yùn)行維護(hù)對(duì)策

針對(duì)以上分析結(jié)果，為了降低電除塵器極線(xiàn)、極板積灰的不良影響，關(guān)鍵是要在脫硝區(qū)域降低逃逸氨濃度、控制硫酸氫銨的生成。結(jié)合電廠(chǎng)實(shí)際情況，應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行調(diào)整：

4.1 解決脫硝出口NOx濃度分布不均問(wèn)題

通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，脫硝出口斷面NOx濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差46.4%，要求不超過(guò)20%，均勻性較差，易導(dǎo)致在NOx濃度相對(duì)較低區(qū)域發(fā)生氨逃逸超標(biāo)問(wèn)題。

4.2 合理控制噴氨量和噴氨分布

對(duì)于SCR脫硝系統(tǒng)而言，脫硝效率和氨逃逸濃度是非常重要的運(yùn)行指標(biāo)。噴氨不足會(huì)影響脫硝效率，導(dǎo)致氮氧化物排放濃度超標(biāo)，噴氨過(guò)量又會(huì)造成逃逸氨濃度超標(biāo)，形成增加硫酸氫銨等產(chǎn)物而導(dǎo)致煙道下游設(shè)備堵塞、腐蝕問(wèn)題。

因此，需要根據(jù)煙道斷面氨氧化物分布和煙氣流速分布情況合理分布噴氨量。

4.3 定期進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

在機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，定期開(kāi)展人工噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)[8]。在SCR反應(yīng)器出口采用多點(diǎn)采樣方式測(cè)量NOx濃度，然后根據(jù)脫硝出口斷面氮氧化物濃度分布情況，調(diào)整噴氨格柵各支管閥門(mén)開(kāi)度，反復(fù)測(cè)量-調(diào)整-測(cè)量，直至脫硝出口氮氧化物濃度分布的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差低于20%。

調(diào)整完畢后，在脫硝出口煙道斷面取多個(gè)平均分布的采樣點(diǎn)進(jìn)行取樣，分析煙氣中氨逃逸濃度，確保氨逃逸在合格范圍內(nèi)，減少因此帶來(lái)的硫酸氫銨堵塞沉積等問(wèn)題。

4.4 優(yōu)化煙氣污染物監(jiān)控系統(tǒng)

SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，噴氨量的調(diào)整主要依據(jù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀表的氮氧化物濃度測(cè)量數(shù)據(jù)。因此，氮氧化物的測(cè)量準(zhǔn)確性對(duì)控制脫硝系統(tǒng)運(yùn)行效果及其重要。

在條件允許的情況下，煙氣取樣裝置應(yīng)采取多點(diǎn)采樣、不同深度采樣方式，根據(jù)氮氧化物分布特點(diǎn)合理控制調(diào)整噴氨流量。

監(jiān)測(cè)儀表取樣裝置長(zhǎng)期處于高溫、高塵環(huán)境，應(yīng)定期對(duì)NOx、O2傳感器進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，及時(shí)解決監(jiān)測(cè)儀表日常運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行定期比對(duì)監(jiān)測(cè)。

5 結(jié) 論

(1)超低排放改造后，隨著燃煤電廠(chǎng)氮氧化物排放限值的降低，脫硝系統(tǒng)需要精細(xì)化運(yùn)行方式?？刂撇划?dāng)容易引起氨逃逸濃度增加，帶來(lái)后續(xù)煙氣凈化設(shè)備效率降低等問(wèn)題，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)部分電廠(chǎng)出現(xiàn)電除塵器二次電流降低、波動(dòng)等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響除塵效率。經(jīng)檢查分析，二次電流降低、擺動(dòng)主要原因是極線(xiàn)嚴(yán)重積灰造成電暈線(xiàn)肥大。積灰主要成因是具有粘性的硫酸氫銨沉積在極線(xiàn)、極板上并吸附煙氣中飛灰導(dǎo)致。

(3)硫酸氫銨的形成主要受逃逸氨濃度、三氧化硫濃度、溫度等因素影響。當(dāng)除塵器進(jìn)口煙溫低于140 ℃時(shí)，硫酸氫銨粘性極強(qiáng)，在此區(qū)域富集后沉積在極線(xiàn)、極板上并吸附煙氣中飛灰。

(4)建議燃煤電廠(chǎng)制定合理的入爐煤摻燒管理制度，取用成分參數(shù)接近的煤種，提升脫硝進(jìn)口氮氧化物濃度穩(wěn)定性。定期進(jìn)行脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整，保證氨逃逸濃度在合格范圍內(nèi)，優(yōu)化煙氣污染物監(jiān)控系統(tǒng)，盡量燃用低硫煤等。