浅析SCR对锅炉设备的影响及对策

2017-10-14杨勇军

硫酸工业 2017年8期

关键词：预器省煤器预热器

杨勇军

(中国石化集团南京化学工业有限公司动力部，江苏南京 210048)

浅析SCR对锅炉设备的影响及对策

杨勇军

(中国石化集团南京化学工业有限公司动力部，江苏南京 210048)

锅炉烟气氮氧化物脱硝防范措施

1 锅炉现状

中国石化集团南京化学工业有限公司(以下简称南化公司)动力部锅炉尾部烟道设备布置流程为：高温省煤器—脱硝SCR反应器—高温空预器—低温省煤器—低温空预器—布袋除尘器。

锅炉脱硝系统采用低氮燃烧器+SCR的工艺路线。该工艺通过低氮燃烧器减少烟气中NOx生成，为保证催化剂化学反应所需要的最佳还原温度及安装空间，对高温省煤器进行强化换热改造。在高温省煤器后增加SCR反应区，在SCR反应区入口处增加1组喷氨格栅，向烟气中喷入氨、空混合气;再通过催化剂层进行选择性催化还原反应，达到脱硝目的。

为了能布置SCR部分进出口烟道，对高温省煤器、上层空预器、低温省煤器及下层空预器进行改造，腾出空间的同时提高了炉效，确保不因低氮燃烧器改造导致锅炉整体炉效降低。

低氮燃烧器改造在锅炉的18.6 m和16.2 m各增加1层燃尽风，同时为保证锅炉效率，将高温省煤器和低温省煤器更换为螺旋翅片管省煤器，高温空预器改为内螺旋管空预器，考虑到硝酸氢铵的存在，低温空预器下层采用内衬搪瓷的空预器。

SCR部分的催化剂采用FN-2G型脱硝催化剂、反应器内“2+1”层催化剂设计，目前实装2层，预留1层位置。按照目前安装的2层来计算，总催化剂体积为62.1 m3，总质量56 t，每层由20个催化剂模块组成，每组模块尺寸为1 850 mm×940 mm。

2013年5月南化公司改造1#锅炉脱硝，10月29日开车，11月6日完成热态调试，投运SCR系统。2014年2月改造2#锅炉脱硝， 25月15日开车，5月21日完成热态调试，投运SCR系统。2014年6月9日改造3#锅炉脱硝， 11月14日开车，11月24日完成热态调试，投运SCR系统。

2 脱硝SCR反应原理

2.1 脱硝反应原理主反应

SCR脱硝的还原剂是氨气，氨气在脱硝的催化剂作用下主要发生如下化学反应[1]：

(1)

(2)

经过式(1)和式(2)实现了脱除烟气中氮氧化物的作用，但是在烟气中NOx是以NO形式存在，在脱硝中是以第一个反应为主的。但是在脱除氮氧化物的过程中会发生氨气分解的化学反应[1]：

(3)

(4)

2.2 脱硝反应中的副反应

在烟气中因为不只存在着氮氧化物，还存在着与硫相关的一些氧化物，在烟道中总会存在一些漏风的情况，或者司炉工在操作燃烧时使烟气中的含氧量过大，因而在SCR系统下游会发生一些次级反应[1]：

(5)

(6)

(7)

(8)

这些硫酸铵与硫酸氢铵是非常细的颗粒物，在温度高于230 ℃时以颗粒状存在，硫酸氢铵在 180～230 ℃呈液态且具有很强的黏结性[1]。

3 脱硝SCR对锅炉设备运行的影响

3.1 SCR对锅炉低温空气预热器的影响

低温空预器进口温度为260 ℃，出口温度约140 ℃，由于脱硝中的NH3逃逸导致副反应中生成部分硫酸氢铵，硫酸氢铵黏结在空预器管线内壁，与部分灰分黏结在一起堵塞空气预热器[2]，影响空气预热器的换热效果，降低锅炉效率。由脱硝反应原理可知：在脱除烟气中的NOx时会产生很多水分子，当空气预热器内壁抗腐蚀材料出现脱落或者磨损时，脱硝时存在的硫酸、硫酸氢铵、硫酸铵在黏结部分水分子会加剧低温空预器腐蚀速度，腐蚀处一般在空预器管口处。

3.2 SCR对低温省煤器的影响

1)硫酸铵、硫酸氢铵与锅炉灰分黏结形成较大的固体颗粒物，在风机抽吸力作用下，以较大的速度下降，冲击到省煤器管束，长时间的冲刷对省煤器管束造成巨大磨损，从而导致省煤器泄露。

2)硫酸铵与硫酸氢铵与灰形成的固体黏结物附着在低温省煤器管壁与翅片上，造成省煤器内部烟气通道截面积缩小，流经省煤器的烟气流体在这一段的流速增加。流速越大，对管壁的冲击力越大，磨损程度越厉害。

3)脱硝的次级产物中有水、硫酸铵和硫酸氢铵，这些产物结合在一起呈强酸性，因而冲刷与化学腐蚀的双重因素导致省煤器管束运行环境恶劣。

4)低温省煤器内部流场改变对省煤器的影响：脱硝SCR的次级产物与烟气作用，其中一部分黏附在高温空预器底端，另一部分黏附在低温省煤器管束上。由于灰分堵塞与黏附，烟气在低温省煤器内部的流道在部分省煤器管束上发生改变，低温省煤器内部局部流道发生改变后，局部流场也会发生相应改变。当烟气流经低温省煤器内部进行热量交换时，由于灰分的堵塞与黏附改变了正常热交换的流场，从而导致省煤器局部热交换流场出现紊流。紊流形成后，烟气流过省煤器时会对省煤器内部某些固定的管束或者部位长期高速冲刷，这种长期高速固定的冲刷降低了省煤器管束壁厚变薄的承压能力，最终导致省煤器泄漏。

3.3 SCR对布袋除尘器的影响

锅炉脱硝改造后，锅炉布袋除尘器的布袋压差逐渐增大，导致锅炉不能长周期稳定运行。脱硝对锅炉布袋除尘器内部设备的影响如下:① 布袋糊带严重，压差高增加风机电耗。由于布袋长期运行，脱硝中产生的硫酸铵与硫酸氢铵逐渐黏结在布袋表面，这些黏结物黏性比灰大，使布袋透气性差，从而导致布袋糊带。② 对布袋使用寿命的影响。布袋在除尘过程中起过滤作用，喷吹的压缩空气有助于除去过滤时布袋表面的粉尘。过滤烟尘时，布袋抱紧在布袋内部的袋笼架上，在喷吹作用下，压缩空气使布袋张开，使黏结在布袋表面的粉尘脱落。过滤烟尘时，布袋一开始处于收缩状态，加上喷吹的压缩空气后布袋处于舒张状态。在布袋处于舒张状态时，部分次级反应产物残留在布袋的纤维缝隙中，长时间运行会使这些次级反应产物堆积在布袋的纤维里，导致布袋收缩性与舒展性能变差。当这些次级反应产物堆积到一定数量后，布袋的收缩与舒展功能会逐渐失效，从而减少布袋使用寿命。③ 布袋内部袋笼腐蚀加剧。由于次级反应产物的存在，内部袋笼表面防护层脱落或出现裂纹，这些次级反应产物加剧内部袋笼的腐蚀，被腐蚀的袋笼表面光洁度变差、摩擦力增大、黏结布袋能力增强，长期运行使布袋黏结到袋笼上，影响布袋的正常更换以及布袋的清理工作。

4 对锅炉效率的影响

1)安装SCR脱硝装置后，烟道长度增加，散热表面增加，导致热量损失。

2)次级反应产物黏结在空预器管内壁，严重时会导致空气预热器堵塞，降低空气预热器换热效率，导致锅炉排烟温度升高，降低锅炉热效率。

5 防范措施

5.1 加强吹灰

加强锅炉吹灰的管理，有效提高NH3在脱硝SCR的反应效率，从而降低NH3逃逸。空气预热器与省煤器能提高锅炉换热效率，从而降低次级反应产物黏结在空预器与省煤器上的几率。

5.2 严格控制运行过程中的氨逃逸

为减少脱硝系统运行时对锅炉的影响，需要控制硫酸氢铵的生成量，生成的硫酸氢铵主要与烟气中NH3、水分、SO3以及温度相关。在火电厂的实际运行中，控制烟气中的水分、SO3、温度较为困难，只有控制烟气中NH3含量较为容易[2]。因此严格控制NH3逃逸率，减少生成的硫酸氢铵才能降低脱硝系统运行时给锅炉带来的影响。