某大型火电厂投入脱硝系统后轴流风机失速原因及对策

摘 要： 为了减少大气污染，现役火电机组在增设脱硫设备的同时增设脱硝系统，以减少以一氧化氮为主的氮氧化物，降低排放量，随着脱硝系统的投入，对相关设备的影响也随之而来，尤其是对空预器、轴流风机的影响较大，文中通过对一次风机失速原因的分析，提出正常运行采取的措施和停炉改造办法，通过上述方法，消除一次风机失速现象，解决空预器堵灰，保证的机组安全运行。

关键词：脱硝 失速 一次风机 空预器 堵灰

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）10-0266-02

引言

在全国大型火力发电机组中，目前广泛采用轴流式一次风机和正压直吹式制粉系统，如果一次风机选型设计、调整或制粉系统发生故障时，极易引起风机失速，风机失速时，常常会引起风机振动加大，风机出口压力下降，如果处理不及时，容易造成风机损坏、燃烧不稳、甚至锅炉灭火机组停运，因此做好一次风机的选型、设计、调整工作，是保证机组安全运行的重要手段。做为大气主要污染物之一的氮氧化物，为满足环保要求，配置低氮燃烧器和加装脱硝系统是火电厂降低氮氧化物排放的主要手段，随着脱硝系统的加入，对其他设备的影响也随之而来。

一、锅炉及脱硝设备介绍

某厂8号600MW机组采用东方锅炉公司制造的亚临界、自然循环、对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛平衡通风、紧身封闭、全钢构架的Π型汽包炉。炉膛燃烧方式为正压直吹前后墙对冲燃烧，共配有30只低氮轴向旋流式煤粉燃烧器，分三层分别布置在锅炉前后墙水冷壁上。燃烧器的配风采用典型的MB形式，即一次风、二次风、三次风。 烟道下部布置有两台豪顿华公司生产的型号为32VNT1830三分仓容克式受热面回转空气预热器。 制粉系统配置6台磨煤机，锅炉炉膛风烟系统为平衡通风方式。选用两台豪顿华公司生产型号为ANN-2660/1400N的动叶可调轴流式送风机；两台成都电力机械厂生产的AN型入口静叶可调轴流式引风机；两台豪顿华公司生产型号为ANT-1938/1250N的双动叶调节轴流式一次风机。

该机组脱硝系统是由福建龙净环保股份有限公司设计制造，采用液氨制备脱硝还原剂，“高含尘布置方式”的选择性催化还原法（SCR）脱硝装置。该脱硝系统采用选择性催化还原法（SCR）全烟气脱硝工艺。SCR反应器布置在省煤器出口与空预器入口之间的高含尘区域，其装置在锅炉B-MCR工况下进行全烟气脱硝。采用单炉体双SCR结构体布置，催化剂层数按2+1模式布置，初装2层预留1层，在设计煤种及校核煤种、锅炉最大连续出力工况（BMCR）、处理100%烟气量、在布置1层催化剂条件下脱硝效率不小于50%。反应器安装双吹扫装置，即蒸汽吹灰器和声波吹灰器。反应原理如下：

SCR脱硝系统是利用催化剂，在一定温度下，使烟气中的NOx与氨气供应系统注入的氨气混合后发生还原反应，生成氮气和水，从而降低NOx的排放量，减少烟气对环境的污染。其中SCR反应器中发生反应如下：

（1）4NO + 4NH3 + O2 催化剂 4N2 + 6H2O

（2）NO + NO2 + 2NH3 催化剂 2N2 + 3H2O

（3）6NO2 + 8NH3 催化剂 7N2 + 12H2O

其中反应（1） 是主反应。因为烟气中的大部分NOx 均是以NO 的形式存在的，在没有催化剂的情况下，这些反应只能在很窄的温度范围内（980 ℃左右） 进行，通过选择合适的催化剂，可以降低反应温度，并且可以扩展到适合电厂实际工况的290 ℃～430 ℃范围。

在反应条件改变时，还可能发生以下反应：

（4）4NH3 + O2 →2N2 + 6H2O

（5）2NH3 →N2 + 3H2

（6）4NH3 + 5O2 →4NO + 6H2O

NH3 的分解和NH3 氧化为NO 的反应都在350 ℃以上才能进行，450℃以上才能剧烈反应。在一般的选择性催化还原工艺中，反应温度常控制在300 ℃以上，这时还有部分NH3 氧化为N2的副反应发生。

但是在某些条件下，SCR 系统中还会发生如下不利反应：

（7）SO2 + 1/2 O2 →SO3

（8）NH3 + SO3 + H2O →NH4HSO4

（9）2NH3 + SO3+ H2O →（NH4）2HSO4

（10）SO3 + H2O →H2SO4

反应式（1） 、（2） 主要在催化剂表面进行，催化剂的外表面积和微孔特性很大程度上决定了催化剂的反应活性。

反应式（8）、（9）中形成的NH4HSO4 和（NH4）2SO4很容易对空气预热器造成粘污，在运行过程为了避免喷入太多的氨而发生副反应生成NH4HSO4 、（NH4）2SO4，我们通过监测SCR反应器出口的氨逃逸含量来控制喷氨量。一般氨逃逸要求小于3ppm，在保证脱硝率>80%的情况下，可以不必再增加供氨量。

为了避免由于硫酸氢氨聚集引起的催化剂暂时失活，连续运行时入口处温度应高于硫酸氢氨的露点温度。硫酸氢氨将首先冷凝在催化剂的空隙里，冷凝过程是可逆的，当运行温度高于硫酸氢氨露点温度以上时，硫酸氢氨可蒸发，催化剂将恢复活性。

硫酸氢氨的沉积物会产生粘性，吸附飞灰。当在露点以下运行时，应增加吹灰的频率。运行温度长时间低于硫酸氢氨露点温度时将导致催化剂活性的明显降低。在这种情况下，即使将温度升至露点以上也不可能使催化剂恢复活性。在低于露点温度的条件下连续运行的时间必须控制在300小时以内，同时催化剂的运行温度必须在280℃以上。

二、投入脱硝系统后带来的问题

投入脱硝系统以来，空预器差压不断增大，虽然每次停炉均对空预器进行水冲洗，但是锅炉启动一段时间后，各风机电流、风机出口压力、炉膛负压均小幅摆动，一次风机系统影响更大，风机失速现象频繁发生，如下记录2015年3月21日上午，该机组发生A一次风机失速异常事件经过：

异常发生前运行工况：机组负荷600MW，ABCDE磨运行，煤量320t/h，F磨煤机备用，A、B一次风机运行。

11：12 负荷指令600MW，煤量从296 t/h逐渐升至320t/h，A空预器差压2.1Kpa，B空预器差压1.7Kpa。

11：14：53 A一次风机出口压力13.4kpa，风机风量从370t/h降至0，A一次风机失速；A一次风机动叶83%跳手动，电流120A；B一次风机动叶全开，电流260A，一次风压降至7.3kPa并持续下降，各磨煤机风量最低97t/h。

11：15：30手动降低B一次风机动叶开度，防止B一次风机过流；

11：16：02解除燃料主控自动，打掉E磨煤机，关闭通风及密封风，一次风压力最低降至6.4kPa后回升，稳定于7.2kPa左右；减小其余磨煤机煤量至50t/h，各台磨煤机风量100t/h。

11：22：00 关小B一次风机动叶，防止风机并列后突然出力造成一次风压过高，关小失速A一次风机动叶至60%，A、B一次风机重新并列运行，一次风压回头至9.5kPa；

11：28投入协调；

11：49启动E磨煤机，压力上涨较快，停止其运行，11：57 再次启动E磨煤机、E给煤机运行；

12：01投AGC。

1.原因分析

造成风机失速的原因一般为

1.1风机动叶冲角（气流方向与叶片叶弦的夹角即为冲角）很小，气流绕过机翼型叶片而保持流线状态，随着动叶的不断开大，当气流与叶片形成正冲角即冲角大于零时，此冲角超过某一临界值时，叶片背面的流动工况开始恶化，边界层受到破坏，在叶片背面尾端出现涡流区，即所谓的失速现象。冲角大于临界值越多，失速现象越严重，流体的流动阻力越大，使叶道阻塞，同时风机风压也随之迅速降低，风机进入不稳定的工况区。[1]

1.2风机或制粉系统发生故障，如挡板突然关闭，磨煤机跳闸，磨煤机风门联关，由于风量瞬间减少，系统阻力增大，造成风机压力上升，风量下降，风机动叶调整较慢，使风机进入不稳定工作区域，从而发生失速。

1.3两台风机特性曲线不同，使两台并列的风机发生抢风或自动控制失灵，使其中一台风机进入失速区。

分析本次异常中由于涨负荷过程，煤量上涨过快，但风机动叶开度并不大，A侧空预器差压较高，B侧一次风机出力增速大于A侧一次风机，导致A一次风机出口压力升高，一次风流量减小，A一次风机进入不稳定工作区。失速时A一次风机风量370t/h，压力13.4Kpa，查一次风机性能曲线，此工况正好落在风机不稳定工作临界区域内。

2.为防止风机失速，正常运行时采取的措施

2.1根据磨煤热风门开度控制一次风母管压力，维持一次风机在大风量低压头工况运行，高负荷一次风机出口压力超过13KPa或一次风机挡板开度大于80%时调整一次风压力负偏置，降低一次风机出力；

2.2涨负荷时注意监视一次风机电流变化，当两台风机出力不平衡时，及时调平，保持两台风机出力相同，并注意监视一次风机控制油压力变化，压力升高说明动叶有卡涩问题，立即限制机组负荷，降低风机出力；

2.3加强空预器吹灰，正常运行时控制A侧风机出力略大于B侧。

3.针对空预器堵灰采取的措施

由于引起风机失速的主要原因在空预器，因此，对投入脱硝系统后的空预器堵灰适当采取措施，以防止因脱硝系统投入造成其他设备损坏：

3.1通过提高空预器进口冷风温度，来提高空预器冷端综合温度

开大一二次风暖风器供汽门，提高供汽压力，使进入空预器的一、二次冷风温度升高。针对北方地区气温情况，进入冬季后，锅炉暖风器提早投入，推迟推出，提高空预器冷端综合温度。

3.2控制机组喷氨量

由于锅炉风道大，可能造成氮氧化物分布及喷氨不均匀，从而导致烟气中氨气量过剩。优化机组脱硝系统各测点位置，确保测量的准确性和有效性，控制出口氮氧化物满足要求的同时，氨逃逸不大于3ppm，减少副反应的发生，降低硫酸氢铵的生成量，降低空预器堵灰的同时节省液氨的消耗量。

3.3加装空预器高压水冲洗装置

利用硫酸氢铵易溶于水的特性，在空预器上装设在线高压水冲洗装置，用高压水（30MPa左右）通过喷头均匀的喷洒在空预器受热面上，以消除受热面上的堵灰，降低空预器进出口差压，实现不停炉解决空预器堵灰。

3.4加装干粉吸附剂注射系统，减少烟气中的三氧化硫

把碱性物质（氢氧化钙）注射到烟气中，与烟气中的三氧化硫反应，减少进入脱硝反应区的三氧化硫，从而减少副反应的发生，降低硫酸氢铵的生产，解决因投入脱硝系统造成的空预器堵灰的问题。

通过热工优化各项表计，在满足环保要求的前提下减少机组喷氨量，降低硫酸氢铵的生成，全开锅炉一二次风暖风器供汽，提高空预器冷端综合温度，利用停炉机会对空预器进行彻底冲洗和加装在线水冲洗设备后，空预器堵灰现象基本消失，风机电流也随之下降，在保证设备正常运行的同时也节约了厂用电。

参考文献

[1]高西，李勤刚，某大型火电厂一次风机失速原因分析与预防措施，[J]，华电技术，2014（6）55-60。

作者简介：邵宝坤，男，（1986-），大学本科，助理工程师，从事火电厂集控运行方面工作。