火电厂脱硝改造对锅炉系统和设备的影响分析及解决方案

赵红平++郭安全++刘宇坤++金小兰

摘 要：随着近期国家对环保的要求越来越高，特别是对燃煤火电，外排污染物含量已直接和发电量挂钩，脱硫、脱硝电量很大程度上促进了脱硝改造的实施，脱硝改造后对炉后系统影响巨大，特别是对炉内燃烧、空预器、引风机等系统影响巨大，本文将就脱硝改造对锅炉各系统、设备的影响进行分析，并提出相应的解决方案。

关键词：脱硝；锅炉系统；影响分析

中图分类号：X773；TM621 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）24-0149-02

自2004年，国家新的环保法实施以来，大气污染排放标准日趋严格，特别是在30万及以上装机容量机组，脱硫、脱硝装置是从建厂初期就考虑施工、建设并投运的。CEMS系统采用双电源供电，且其中的一路取自UPS，保证在运机组脱硝参数实时在线监视，并严格控制脱硝指标。烟气脱硝主要分一次燃烧控制和二次燃烧控制，一次燃烧控制在炉型设计时通过各风门的结构布置已考虑消除NOx，如一次燃烧控制效果不佳则考虑加入二次燃烧控制，一般采用在锅炉尾部即空预器前加入脱硝装置，目前应用最广泛的是催化剂还原法（SCR），该脱硝方法相较非催化剂还原法脱硝效率高（可达90%左右），各项技术经过20多年的应用已相对成熟，在火力发电行业得到广泛的应用，但是进入脱硝后对锅炉的影响不容忽视。

1 脱硝工作原理

NOX的生成过程大致分为三种方式：即燃料中N含量偏多，导致燃烧过程中NOX含量增大；因为热力反应生成的NOX；因为瞬间燃烧调整生成的NOX。NOX中分为NO，NO2，其中以NO占比居多。

目前最常用的脱硝原理是利用NOX与空气的混合时机，结合当时的炉内环境温度（一般为1000℃左右）；（1）采用低氮燃烧技术，如在配风方式、燃烧器上做文章，低氮燃烧。（2）合理使用催化剂一般为NH3，注意氨气的使用温度。经过SCR反应将NOX转换为N2和水，就是脱硝的主要流程，详细方式如下：

4NO+4NH3+O2-->4N2+6H2O

6NO2+8NH3+O2-->7N2+12H2O

2 SCR运行浅析

脱硝系统（SCR）主要分为两大部分，即SCR反应器和还原剂储存和供应系统设备。SCR反应器布置在锅炉炉后与除尘器入口之间的烟道上方。还原剂储存及制备区成为公用系统，分别向两台炉的硝区供应。

2.1 烟气系统的流程

为省煤器出口→催化反应器进口烟道→氨气喷射格栅→烟气/氨气混合器→均流板→催化反应器→催化反应器出口烟道→空预器。

2.2 脱硝系统正常运行参数

（1）氨含量<7%（1号炉SCR反应器A、B混合器前加氨流量分别与1号炉SCR反应器A、B稀释风出口流量之比小于7%）；（2）A、B反应器入口烟温≥320℃且≤420℃（3取2）；（3）A、B反应器出口烟温≥320℃（3取2）；（4）A、B反应器进出口差压>0.5kPa且≤0.8kPa；（5）A、B氨气混合器入口压力≥0.15MPa且<0.4MPa；（6）氨泄漏≤25ppm；（7）氨逃逸≤3ppm。

2.3 喷氨系统跳闸参数

（1）氨含量≥7%；（2）A、B反应器入口烟温>420℃（低于320℃，仅限于连续运行12h，低于310℃仅能连续运行5h，低于290℃仅能连续运行2h）；（3）A、B反应器出口烟温<320℃；（4）A、B反应器进出口差压≥0.8kPa；（5）A、B氨气混合器入口压力<0.15MPa或≥0.4MPa；（6）氨泄漏≥50ppm；（7）氨逃逸≥5ppm；（8）任一台空预器跳闸；（9）任一台引风机跳闸；（10）任一台空预器入口挡板关闭。

2.4 运行注意事项

（1）当锅炉省煤器出口烟温≤320℃时，要及时联系脱硝人员。（2）当锅炉吹灰完毕后，通知脱硝人员对硝区进行吹灰。（3）硝区吹完灰后，要立即对空预器进行吹灰。（4）集控运行人员发现氨逃逸≥3ppm时，要立即通知脱硝人员减少喷氨量。

2.5 关于SCR反应器催化剂问题

正常运行中，因炉后燃烧物中烟气携带的颗粒物中含有有毒物质，如钠、钾、钙、镁、砷等，这些剧毒物质将引起催化剂失效、中毒等从而失去脱硝效果，因此我们有必要对烟气中的有毒物质进行防治。对于失效的催化剂一般采用局部再生利用，干净部分清洗后利用，其余部分填埋处理。

3 SCR对锅炉及其他相关设备的影响

3.1 对空预器的影响

机组加装SCR反应装置后，对空预器的影响是最大的，主要危害可以分为两大方面：（1）由于空气的补入给SO3的形成创造了有力条件，大量的SO3形成加速了对空预器的腐蚀；（2）SCR反应装置位于空预器前，这样导致在脱硝过程中会因SO3的存在伴生出了NH4HSO4，该物质在温度180℃左右会沉积在空预器受热面处，影响空预器的换热效率，严重时可能导致空预器波纹板变形损坏。另外加装SCR反应器后，经常发生空预器在机组停机后因尾部烟道冷却过快，导致空预器冷却过快变形跳闸。据可靠统计，加装SCR反应装置后，空预器入口烟气温度由停机温度降至80℃的时间提前了36h[1]。

3.2 对引风机的影响

加装SCR反应装置后，煙道阻力增大，在加上在喷氨过程中氨气的阻力和对空预器的影响，势必导致引风机电耗增加。因此采取增加引风机容量和对烟道结构加固是应对SCR反应装置的有效手段。目前采取引增合一是解决上述问题的有效途径。

3.3 对炉内整体燃烧性能的影响

加装SCR反应装置对炉膛的影响主要分为两个方面：（1）通过降低空预器的效率，进而影响排烟温度和一二次风温的变化，最终降低发电煤耗。（2）加装SCR反应装置后，炉膛漏风量增加，炉膛氧量增加，而热二次风量相对减少，锅炉效率降低。

3.4 脱硝运行调整

新增脱硝装置后，在高负荷情况下，机组AGC投运的情况下，烟气中NOX的调整需要主机和辅机相互配合才能达到要求：脱销值班员应按《脱硫、脱硝值班员汇报流程》及时向当值值长汇报并请求进行燃烧调整，脱硝值班员在汇报出口NOx后未对数据进行跟踪调整，在集控值班员配合脱硝进行燃烧调整下，及时调整喷氨量，控制出口NOx。主机上要及时应对锅炉氧量严重过剩的情况，跟踪不灵敏，导致风煤比太大，从而引起出口NOx超标。可见加装脱硝装置后，想达到脱硝参数的环保外排的要求需要主辅机协同配合才能完成。

4 采取的措施

4.1 增加引风机裕量

一般加装SCR反应装置后，因烟道阻力、喷氨等因素影响，导致引风机出力不足，再加上增压风机的设计，为解决上述问题，一般采取“引增合一”的办法，这样既增加了引风机的出力，满足了脱硝对引风机风量的需要，也节省了厂用电率。

4.2 对空预器运维分析

加装SCR反应装置后，因喷氨装置的影响：（1）在投入喷氨前后必须加强空预器吹灰；（2）要加强对空预器的吹灰次数，并利用机组停机期间，加强对空预器内部的清洗，必要时更换波纹板或更换新材质的波纹板。

4.3 控制氨逃逸率

减少NOx对炉膛燃烧的影响，目前最主要的办法是控制NH4HSO4的生成，NH4HSO4的产生极大降低了锅炉和空预器的效率，应采取有效措施，控制氨逃逸率。

（1）严格控制氨的喷人量，防止氨气过量太多而造成氨的逃逸。在正常运行中的氨逃逸率应控制在不大于3×10-6。（2）保持催化剂活性。SCR脱硝装置运行一段时间后，催化剂活性会逐渐衰减，当不能满足设计值时，脱硝效率将会降低，氨的逃逸量将增加，此时必须清洗或更换催化剂。（3）加强对脱硝区域的吹灰。此举不仅可以避免催化剂表面积灰太多而导致烟道阻力增加，而且还可以保持催化剂表面清洁，使氨气充分反应，从而减少氨逃逸量。

参考文献

[1]岑可法，周昊，池作和.大型电站锅炉安全及优化运行技术[M].中国电力出版社，2003.endprint