SCR脱硝系统对锅炉设备的影响及对策

2012-03-29朱琳

电力安全技术 2012年9期

朱琳

(大唐淮南洛河发电厂，安徽淮南 232008)

煤炭为我国的主要能源，在一次能源中约占75 %。其中84 %以上的煤炭通过燃烧方法利用，而煤燃烧释放出的NOX化合物是造成大气污染的主要污染源。在国家能源环保政策的鼓励下，烟气脱硝装置继脱硫装置后，成为电厂建设不可或缺的组成部分。

1 SCR脱硝装置

某电厂2台630 MW超临界机组采用上海锅炉厂生产的630 MW超临界压力直流锅炉，为单炉膛四角切圆燃烧，一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构∏型燃煤锅炉，于2007年底投入生产。锅炉燃用淮南当地煤，设计煤种为淮南潘一矿煤，校核煤种为淮南新集矿煤，少部分燃用外来煤。

SCR烟气脱硝装置布置在锅炉省煤器与空预器之间，脱硝反应器位于送风机与一次风机的上方。SCR脱硝装置采用蜂窝式催化剂，按照“2+1”模式布置，反应器安装吹扫装置，采用声波吹灰器。

SCR烟气脱硝装置主要由尿素供应系统、尿素溶解系统、热解炉、催化剂、反应器等组成。尿素颗粒经斗式提升机输送到尿素颗粒仓，再经过中间储仓送到溶解罐里。除盐水将干尿素溶解成55 %质量浓度的尿素溶液，再通过尿素溶液混合泵送到尿素溶液罐里。尿素溶液通过循环泵在计量分配模块和尿素罐之间不断循环。

尿素溶液在热解炉内蒸发为氨气，热解炉出口的空气/氨气混合物经母管送入各分支管，分支管内的混合气体经氨注射栅格喷入烟道内与烟气充分混合后，流入催化反应器。当反应温度达到一定后，与氨气充分混合的烟气气流流经SCR反应器的催化层，氨气与NOX发生催化还原反应，将NOX还原为无害的N2和H2O。

2 SCR脱硝法原理

SCR脱硝法采用选择性催化还原技术。氨蒸气通过反应器入口烟道喷入，与烟气充分混合后进入反应器内，在催化剂的作用下发生还原反应，脱去NOX。烟气中的NOX通常由95 %的NO和5 %的NO2组成。

在SCR脱硝过程中还会发生以下副反应：

(1)由于烟气中含有SO2等气体，SCR催化剂会促进SO2氧化成SO3。

(2)NH3在脱硝过程中会有一部分逃逸出来，这部分NH3与烟气中的SO3和水蒸气发生反应，生成 (NH4)2SO4和 NH4HSO4。(NH4)2SO4在 450 ℃以下时为固体粉末，其生成量较小并混合在飞灰中，对锅炉的空预器等设备没有影响。NH4HSO4在200 ℃左右时呈液态，具有腐蚀性和黏结性，可腐蚀下游设备和导致催化剂粘结。

3 SCR脱硝法对锅炉设备的影响

3.1 对锅炉效率的影响

3.1.1 热量损失

(1)锅炉安装SCR脱硝装置后，使烟道长度、散热表面积增加，导致热量损失。

(2)烟气通过SCR脱硝装置后，温度降低5～8 ℃，对锅炉效率产生一定影响。

3.1.2 效率降低

NH3与SO3反应可生成 NH4HSO4，NH4HSO4和烟气中的飞灰黏附在空气预热器换热面上，会使换热面脏污，使空气预热器的换热效率降低，使锅炉排烟温度升高，最终使锅炉效率降低。

3.1.3 空气预热器漏风率增大

烟气通过SCR脱硝系统后，压降增加约1 kPa。为使炉膛内负压平衡，必须增加引风机的出力，从而使空预器内部烟气压力降低，空气预热器风侧与烟侧的压差增大，导致空气预热器漏风率增加，锅炉效率降低。

3.2 对烟道阻力的影响

由于烟道长度增加，且SCR脱硝装置采用蜂窝式催化剂，使烟气阻力增加近1 kPa，易造成积灰堵塞，导致引风机的电耗增加。

此外，由于电厂锅炉采用等离子点火，在启动初期大量未燃烬的煤粉沉积在催化剂上，易造成二次燃烧，影响锅炉的安全稳定运行。

3.3 对空气预热器的影响

SCR脱硝装置对空气预热器的影响较大。烟气经过SCR脱硝装置后生成的NH4HSO4有腐蚀性和黏结性，若NH4HSO4与灰尘一起黏附在空气预热器换热面上，会使空预器低温段发生低温腐蚀，同时造成空预器积灰。

当氨的逃逸率为1 ppm时，NH4HSO4生成量很少；当氨的逃逸率超过3 ppm时，NH4HSO4生成量会急剧增加，空预器阻力将增加约50 %，对引、送、一次风机运行造成很大影响。

此外，锅炉燃烧排放的烟气中含有一定量的水分，虽然烟气中的水汽本身露点温度很低，但烟气中的SO3会使烟气露点温度提高到140 ℃以上。因此，可能有硫酸溶液凝结在空气预热器的低温段换热元件上，造成空气预热器低温腐蚀。

4 防范措施

4.1 对引风机进行增容

为解决安装SCR脱硝装置后烟道加长、阻力增加的问题，电厂利用大修对引风机进行了更换，将引风机功率由3 000 kW增至4 800 kW。

4.2 对空气预热器换热面进行改造

为防止空气预热器低温段发生腐蚀，电厂在大修期间将空气预热器低温段改用搪瓷表面换热元件。虽然搪瓷表面换热元件传热效果较差，需要增加受热面，在一定程度上影响锅炉排烟温度和效率，但其有以下2个优点：

(1)搪瓷表面可以阻隔腐蚀物与金属接触，其表面光洁，易于清洗；

(2)搪瓷表面稳定性好，耐磨损，可以消除NH4HSO4对空气预热器运行性能的影响。

4.3 加强吹灰

SCR脱硝系统运行期间，催化剂层和空气预热器易积灰，必须加强吹灰。电厂在脱硝催化剂层安装了16支声波吹灰器，在机组启动开风机前，投入声波吹灰器进行循环吹扫，并缩短吹扫间隔时间，防止催化剂层积灰。空气预热器每班定期吹灰。发现烟道阻力增大时，及时对催化剂和空气预热器进行吹灰，同时在停机时用高压水进行清洗。

4.4 严格控制氨逃逸率

为减小脱硝系统运行时对锅炉产生的影响，需要控制NH4HSO4的含量。生成NH4HSO4的反应速率主要与温度及烟气中NH3，SO3和H2O的含量有关。对实际运行的火电机组，烟气中SO3及H2O的含量无法控制，因此只能严格控制氨的逃逸率，消除NH4HSO4对空气预热器运行性能的影响。控制氨逃逸率可采取以下措施。

(1)严格控制氨的喷入量，防止氨过量造成其逃逸率上升，正常运行时氨的逃逸率应控制在3 ppm以内。这是保证空气预热器不堵灰的重要前提。

(2)保持催化剂活性。在SCR脱硝装置运行一段时间后，催化剂活性会逐渐衰减，当其不能满足设计值时，脱硝效率会降低，氨的逃逸量会增加，此时必须对催化剂层进行清洗或更换。

(3)加强对催化剂区域的吹灰。保持催化剂表面清洁，一方面可以降低系统阻力，另一方面可以加大反应面积，使氨气充分反应，减少氨的逃逸量。