煤粉鍋爐SCR脫硝改造后的運行分析與效果

張文博，梁 錦

(陜西長青能源化工有限公司， 陜西寶雞 721405)

隨著國家及地方對煤粉鍋爐排放要求的不斷提高，脫硝裝置高效、長周期、穩定運行尤為關鍵。陜西長青能源化工有限公司3臺180 t/h煤粉鍋爐在2016年加裝了選擇性催化還原(SCR)脫硝裝置，以降低氮氧化物(NOx)排放量。筆者主要針對加裝SCR脫硝裝置后煤粉鍋爐在運行過程中遇到的問題，分析原因并提出解決方法。

1 工藝概況

陜西長青能源化工有限公司SCR工藝采用純氨(NH3)作為還原劑，NH3可以將NOx還原成氮氣(N2)，按反應方程式選擇性地和NOx反應。鍋爐煙氣溫度在305～450 ℃時催化劑才能有效反應，在n(NH3)∶n(NOx)為1的條件下，脫硝效率可以達到80%～90%。在反應過程中，NH3選擇性地和NOx反應生成N2和水(H2O)，而不是被氧化。在催化劑作用下，一小部分二氧化硫(SO2)被氧化為三氧化硫(SO3)，在有水的條件下，SCR中未參與反應的NH3會與SO3生成硫酸氫銨和硫酸銨等副產品[1-2]。

2 加裝SCR脫硝裝置對鍋爐的影響

2.1 空氣預熱器堵灰腐蝕

鍋爐尾部煙道加裝脫硝催化劑后，鍋爐尾部煙道阻力增加，催化劑之間通道小，鍋爐運行期間容易造成催化劑積灰，影響脫硝效率，導致氨逃逸體積分數增加。當催化劑使用到壽命末期，脫硝效率降低，為了維持NOx排放量不超標,需要增加NH3消耗，導致氨逃逸體積分數增大。

鍋爐煙氣氨逃逸體積分數增大后，含NH3煙氣進入中溫空氣預熱器和低溫空氣預熱器，對空氣預熱器造成腐蝕，使空氣預熱器管路堵灰，影響空氣預熱器換熱，導致鍋爐效率降低[3-4]。

2013年7月浙江大學熱能工程研究所對陜西長青能源化工有限公司動力裝置SCR脫硝反應器進行數值模擬，結果見圖1～圖4。

2018年5月陜西長青能源化工有限公司委托西安熱工研究院專門對A、B 2臺鍋爐脫硝系統進行性能考核試驗，試驗使用的樣氣標態體積為18 L、定容體積為0.25 L，試驗結果見表1。由表1可以看出，各個測點斷面煙氣流場存在不均勻的情況。

進入SCR脫硝反應器的煙氣流場不均勻造成局部噴氨量過大,引起氨逃逸體積分數偏高。在脫硝反應的同時，催化劑也將部分SO2氧化成SO3，逃逸的NH3與SO3反應生成硫酸氫銨和硫酸銨。硫酸氫銨具有黏性，造成催化劑中毒、空氣預熱器腐蝕，同時硫酸氫銨黏度大，易吸附煙塵造成空氣預熱器堵灰?？諝忸A熱器堵灰會使空氣預熱器換熱效率下降，空氣預熱器前后壓差增大，造成排煙熱損失增大，一、二次風溫度偏低，煙道阻力增大。因此，每次停爐后都需要清理空氣預熱器。

表1 鍋爐脫硝系統性能考核試驗結果

2.2 鍋爐效率下降

加裝SCR脫硝反應器使煙道煙氣流程增長，換熱面積增加，造成了空氣預熱器前排煙溫度下降，熱損失增加。SCR脫硝裝置的增加使鍋爐風煙系統阻力增大，包括煙道流程增長、反應器阻力和空氣預熱器阻力增大，最終造成了引風機出力增大，電耗增加。空氣預熱器堵塞腐蝕，造成了空氣預熱器換熱效果差，排煙溫度上升，一、二次風溫偏低，熱效率下降，排煙溫度偏高影響布袋除塵器穩定運行。

3 鍋爐運行控制措施

(1) 控制SCR脫硝反應器前后壓差大于500 Pa，及時對系統進行吹灰，尤其是在鍋爐高負荷工況下，應增加吹灰頻次。

(2) 控制SCR脫硝反應器出口氨逃逸體積分數，防止噴氨量過大，控制副反應和氨腐蝕。由于NOx排放標準的愈加嚴格，造成了加氨量增大，目前氨逃逸體積分數為6×10-6,高于設計值(3×10-6)。

(3) 使用灰分、硫含量低的煤，并適當提高排煙溫度，減少硫酸氫銨的生成量。當n(NH3)∶n(NOx)小于2，主要生成硫酸銨，在空氣預熱器運行溫度范圍內，硫酸銨為干燥固體小粉末，對空氣預熱器的影響較小。

(4) 投運風機暖風器，以提高一、二次風溫度，保證磨煤機干燥出力和爐內穩定燃燒。

(5) 適當均等調整燃盡風二次風量，降低NOx的生成量。

(6) 及時更換催化劑，提高脫硝效率，降低氨逃逸體積分數，減少NH3浪費，控制副反應和NH3腐蝕。

4 結語

隨著環保要求的提高，國內火電機組紛紛進行了SCR脫硝改造，運行中也都出現了共性問題，運行還不夠成熟。脫硝裝置運行異常，往往影響鍋爐安全、經濟運行，這就需要在實際生產中分析和總結不利影響，采取相應的運行防范措施，以保證鍋爐環保、經濟、安全、穩定運行。