加装SCR 装置对锅炉尾部转机设备影响

陈红，耿向瑾，李明亮，邱亚林

(云南电力试验研究院(集团)有限公司，昆明 650217)

0 前言

NOx 是光化学烟雾和酸雨形成的主要污染物，燃煤发电机组要求安装SCR (选择性催化还原法)烟气脱硝装置以降低NOX 排放［1］，要求燃煤锅炉的氮氧化物(以NO2 计)排放标准降低到100 mg/m3(标况)。在已投运烟气脱硝装置的机组中，改造过的和尚未改造的空预器均出现过因硫酸氢氨堵塞而造成烟侧阻力增加的现象［2］，导致机组减出力、引风机抢风事件发生，部分空预器改造后还出现了排烟温度升高，炉效降低的情况。

1 脱硝装置对锅炉尾部转机影响

1.1 空预器硫酸氢氨堵塞及腐蚀

SCR 烟气脱硝的原理是:在催化剂作用下，向烟气中喷入氨，将NOx 催化还原成N2和H2O［3］，主要反应式为4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O。由于喷入的氨气与烟气不可能100%均匀混合，在反应器的某些区域，氨气的含量会大于烟气中的NOx 含量，这样就造成氨气相对过剩，从而形成氨逃逸。

氨逃逸和烟气中的水蒸汽、SO3，在一定条件下会生成硫酸氢铵［4］，其反应式为:NH3+SO3+H2O=NH4HSO4。硫酸氢铵在液态下，其以液体形式在物体表面聚集或以液滴形式分散于烟气中。液态下的硫酸氢铵是一种粘度很大的腐蚀性物质，会堵塞和腐蚀脱硝反应器和下游设备，因此氨逃逸会对机组安全稳定运行产生影响。

硫酸氢铵生成的反应速率主要与温度、烟气中NH3、SO3及H2O 浓度有关，硫酸氢铵的形成量随NH3浓度的增加而增加，高SO3/ NH3摩尔比将促进硫酸氢铵的形成及其在空预器上的沉积。硫酸氢铵的形成同时依赖于温度，当烟气温度略低于硫酸氢铵的初始形成温度时，硫酸氢铵即开始形成。以往认为如果氨逃逸量在2 mg/L 以下将不会形成硫酸氢铵，然而事实上在足够高的SO3烟气浓度下即使1 mg/L 的氨逃逸量仍可形成硫酸氢铵。随着NH3和SO3浓度乘积的升高，硫酸氢铵的露点温度升高。

目前我国大型燃煤发电机组多采用可再生容克式空气预热器。在空气预热器的中、低温端，烟气温度低于硫酸氢铵的初始生成温度，硫酸氢铵会在空气预热器的中、低温端的传热元件表面上生成［5］从而使空气预热器的换热金属元件上产生结垢、腐蚀，最终导致空气预热器出现压降上升、换热效率降低等现象，威胁空气预热器的安全稳定运行。

1.2 引风机抢风

脱硝剂的喷入量相对烟气量较少，对引风机风量影响可忽略不计;但因SCR 的阻力增加约500～600 Pa，风机的工作点向左偏移，易造成引风机工作点落入不稳的工作区域，导致风机出现抢风现象。

图1 轴流式风机并联工作抢现象

从图1 可以看出，两台具有相同性能曲线Ⅰ和Ⅱ的风机，并联工作时总性能曲线是一条具有∞形区域的曲线。若两台风机在管网系统1 中运行，则点1 为系统的工作点，每台风机都将在点1＇稳定运行，此时不会出现抢风现象。如果由于某种原因，管网系统阻力改变至系统2 时，则风机进入∞形区域内运行。此时，管网阻力曲线与两台并联风机的总性能曲线Ⅲ的∞形区域同时相交于点2 和点3。风机在点2 的工作是暂时的，很快会移动到点3，使某台风机在大风量的点3＇(稳定区域)工作，另一台风机在小风量的点3"工作，两台风机的工作平衡状态被破坏。

由于并联运行静调轴流式风机性能曲线的∞形区域是在小流量范围内，所以避免风机“抢风”的根本措施是防止工作点落在∞形区域内。一旦发生，应采取措施使风机工作点离开∞形区域，如减小管网系统阻力、使管网阻力曲线右移等，使风机回到稳定工作区。冷态引风机抢风原因有几方面的原因:

1)机组进行脱硝工程改造时，增加了SCR反应器，管网阻力增加。

2)空气预热器受热面局部堵塞，流通面积减少，增加了管网阻力。

3)氨过剩使飞灰化学性质发生改变，飞灰质量变差，易积灰，导致空气预热器出口烟道严重积灰，造成管网阻力增加。引风机工作管网阻力增加是导致引风机抢风的根本原因。

2 预防措施

2.1 空气预热器

2.1.1 改造措施

1)合并传统的冷段和中温段，将换热元件改为2 段，冷段高度加大到约800～1 200 mm，涵盖机组不同负荷下硫酸氢氨的生成温度范围，保证全部硫酸氢氨在冷段完成凝结和沉积。

2)冷端换热元件采用搪瓷涂层元件，可以隔断腐蚀物(硫酸氢铵和由SO3吸收水分产生的H2SO4)和金属接触，且表面光洁，易于清洗干净。

3)加装SCR 系统后，空预器冷段换热元件通常采用局部封闭、高吹灰大通透性的波形(如DNF)替代倾斜的双层皱纹形(DU)［6］，使元件表面沉积的飞灰易于被吹灰器清扫。

4)增加高压水吹灰装置(双介质吹灰器)，当烟气阻力上升50%左右时，隔离空气预热器后，可对空气预热器进行不停机清洗。

5)换热元件的改造，需要增加换热面积，以维持或不增加排烟温度。

2.1.2 控制措施

1)定期进行氨喷射流量平衡调整提高喷氨均匀性，并严格控制喷氨量，防止局部或整体过量喷氨，减少硫酸氢氨的生成。

2)有条件下，燃用低硫煤，减少SO3生产量，从而抑制硫酸氢铵的产生。

2.2 引风机

加装液氨SCR 脱硝装置后，机组尾部烟道管网阻力增加近500－600 Pa，引风机运行工作点必然左移。机组低负荷运行时段，引风机更容易运行在不稳定工作段(并列异常)，一旦受到扰动还可能发生抢风事件。应加强尾部烟道、空气预热器清灰工作，降低阻力，减少引风机抢风的几率。

在锅炉竖直烟道出口水平段烟道加装灰斗及输灰设备，及时输灰，防止积灰，减少烟道阻力，防止引风机抢分风。

3 结束语

1)采用SCR 脱硝装置，对空预器的沾污、堵塞和腐蚀可通过限制氨逃逸量及催化剂的SO2/SO3氧化率加以控制;对空预器进行相应的改造，并且考虑合理的吹灰器的运行方式。空预器改造时，需要增加换热面积，以维持或不增加排烟温度。为有效降低硫酸氢铵在空预器换热元件上的形成速率，可选用搪瓷镀层换热元件。

2)采用SCR 脱硝装置，对引风机的影响(即风机抢风风险的增加)可通过:在锅炉竖直烟道出口水平段烟道加装灰斗及输灰设备，及时输灰，防止烟道积灰;加强尾部烟道、空气预热器清灰工作等加以控制。

［1］GB 13223—2011，火电厂大气污染物排放标准［S］.

［2］钟礼金，宋玉宝.锅炉SCR 烟气脱硝空气预热器堵塞原因及其解决措施［J］.热力发电，2012，41 (8):45－50.

［3］吴碧君，王述刚，等.烟气脱硝工艺及其化学反应原理分析［J］.热力发电，2006 (11):59－ 60.

［4］马双忱，金鑫，孙云雪，崔基伟.SCR 烟气脱硝过程硫酸氢铵的生成机理与控制［J］.热力发电，2010，38 (9):12－17.

［5］董建勋，闫冰，赵宗林，王松岭，冯兆兴.火电厂烟气脱硝装置对锅炉运行影响的分析［J］.热力发电，2007，(3):17－18.

［6］曹志勇，陈聪，汤栋.浙江省燃煤发电机组SCR 烟气脱硝系统的运行状况评估［J］.zhejian 浙江电力［J］，2013，(11):40－43.