脱硝氨逃逸对空预器的危害及应对措施

安鹏羽

摘 要：随着环保要求越发严格，火力发电厂陆续增加了脱硝设备，本文重点介绍了当前电厂脱硝技术中的常用的选择性催化还原法（SCR）的工艺流程，介绍了在实际工作中氨逃逸的测量方法和原理，阐述了氨逃逸量过大的危害及NH4HSO4的生成原理，由于NH4HSO4粘性大、腐蝕性强，易捕捉烟气中的飞灰，是造成空预器堵塞的主要原因，针对空预器堵塞的原因提出了应对措施。

关键词：脱硝 氨逃逸 空预器

中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（b）-0044-03

选择性催化还原法（SCR）作为目前技术成熟、效果较好的脱硝工艺被广泛应用于火电厂的脱硝工程中，但此方法在实际应用中出现了空预器堵塞、NOx排放超标、催化剂磨损等问题。其中，空预器堵塞问题最为严重，造成烟气流动过程中的阻力增大，风机的能耗增加，严重时需要停机清理空预器。因此，研究如何防止空气预热器堵塞对电厂的安全运行和经济性都具有重要的意义。

1 脱硝系统工艺流程

选择性催化还原法（SCR）装置，布置在省煤器和空气预热器之间，脱硝烟气从省煤器至空气预热器之间的烟道接入，工艺流程图如图1所示。一般脱硝SCR反应器设计三层催化剂，烟气竖直向下流经反应器，反应器入口设置气流均布装置，反应器入口及出口处均设置导流板，对于反应器内部易于磨损的部位设计必要的防磨措施。

随着催化剂性能的不断改进和反应操作条件的日趋优化，SCR技术也逐渐成熟，在我国也得到广泛的应用。

2 氨逃逸的危害及硫酸氢氨的生成原理

由于脱硝反应过程中会产生一定量的氨逃逸，实际生产运行中，脱硝烟气中部分SO2在催化剂的作用下转化为SO3，SO3和氨发生反应生成（NH4）2SO4和NH4HSO4。NH4HSO4是一种易冷凝沉积在空器换热元件表面的高粘性液态物质，极易粘附烟气中的飞灰颗粒，堵塞换热元件通道，增加空预器阻力并影响换热效果。

反应的化学方程式如下：

NH3+SO3+H2O →NH4HSO4

2NH3+ SO3+H2O→（NH4）2SO4

当烟气中的SO3浓度高于氨逃逸浓度（通常要求SCR出口不大于3ppm）时，主要生成硫酸氢氨（ABS），生成规律见图2。

硫酸氢氨造成的堵灰清除比较困难，严重时需停炉进行离线高压水清洗，既影响机组经济运行，又消耗了大量的人力物力。为有效解决此类问题的产生，降低硫酸氢氨对烟道换热效果的影响，主要从空预器本体改造和脱硝系统氨逃逸控制两方面采取措施。

3 氨逃逸的测量方法及原理

氨逃逸一般采用NEOM激光气体分析仪进行测量，分析仪包括3个独立的单元：带有吹扫的发射单元、带有吹扫的接受单元、电源单元，如图3所示。

NEOM激光气体分析仪是一台光学仪器，其工作原理是：在烟道一侧发射器发射红外激光到烟道另一侧的接收器上，用烟道内存在的气体分子测量对光的吸收量，大多数气体只吸收特定波长的光，吸收量是烟道内气体含量的一个直接反应。

4 空预器堵塞原因分析

目前火力发电机组安装SCR烟气脱硝系统后普遍存在氨逃逸的现象，过量的氨逃逸会导致空气预热器堵塞而阻力增加，严重影响机组安全经济运行。喷氨总量控制不合理，烟道中氨逃逸较高是造成空预器堵塞的主要原因。

经分析，空预器堵塞物中主要是NH4HSO4为主的混合物，在空预器冷端结露生产具腐蚀性、粘粘性的液体，这种状态下烟气中的飞灰极易被NH4HSO4捕捉，积累在空预器蓄热片上，烟气中飞灰会进一步被吸附流通，形成恶性循环，经分析火电厂脱硝系统的投运是产生NH4HSO4的主要来源，此外，NH4HSO4具有的腐蚀性，造成空预器蓄热片金属原件腐蚀变脆，蓄热片断裂，引起空预器的局部堵塞和腐蚀，威胁机组的安全稳定运行。空预器堵塞不仅降低电厂运行的经济性，也对机组的安全运行造成危害，因此，研究造成空预器堵塞的原因，解决空预器堵塞，已成为迫在眉睫的任务，如图4所示。

由于以下几个直接原因导致空预器换热元件堵塞更为严重。

（1）脱硝控制系统喷氨调整不当，脱硝反应器中NOX分布不均匀，导致喷氨过量，使氨逃逸增大造成硫酸氢氨结晶严重。

（2）机组低负荷运行状态下，空预器冷端温度过低，极易导致硫酸氢氨结晶，严重造成空预器堵塞。

（3）硫酸氢氨在空预器换热片上结晶后，烟气流动通道减少，更加剧造成空预器内飞灰堵塞。

5 应对措施

近年来，随着安装SCR烟气脱硝系统火电厂空预器堵塞问题日益突出，国内多家研究单位也已开展相关技术攻关研究工作，提出了脱硝机组空预器堵塞防治技术路线，在这些技术路线和方法中，SCR脱硝系统喷氨优化是必不可少的技术措施，其他措施应根据现场及机组实际情况进行。

（1）控制NH4HSO4的生成，造成NH4HSO4生成的主要原因是脱硝系统的氨逃逸，因此为了防止空预器堵塞，必须控制脱硝反应的氨逃逸，控制喷氨量，优化脱硝反应器流场分布，使反应器内的氮氧化物分布均衡，各区域喷氨分布相对固定，保持NOX分布均衡，才能避免局部过喷氨。同时，只有避免脱硝系统出口的NOX浓度过低，才能避免整体过喷氨。

（2）对空预器换热元件进行高压水冲洗，解决NH4HSO4粘灰堵塞空预器的问题，冲洗过程中保证冲洗质量，确保高压冲洗水穿透3层蓄热元件由热端射出，冲洗完成后进行透光率验收，空预器蓄热元件表面清洗干净并见金属光泽，无损坏腐蚀现象；所有元件通透、透光；透光率达95%以上为合格。

对空预器换热元件进行改造，一般空预器元件由高、中、低温换热元件构成，硫酸氢氨沉积温度正好处于空预器内部温度区间，在中、低温段换热元件接缝处的硫酸氢氨，吸附飞灰后加剧空预器换热元件的堵塞和腐蚀，考虑将高、中、低温段合并改为高、低温段。同时，考虑换热效率和防堵塞性能，换热元件易采用大波纹形，更便于吹灰疏通，在低温段采用镀搪瓷换热元件，使换热元件表面光洁度和防腐蚀性能得以提高。

（3）对SCR脱硝反应器的烟气流场进行优化，保证SCR脱硝反应器内部流场的分布均匀性，通常在脱硝反应器中设置导流板，使反应器内部烟气流速均匀，保证SCR系统的脱硝效率、氨逃逸率、SO2/SO3转化率及系统阻力降的性能。

（4）加强空预器吹灰管理，在锅炉运行过程中保证吹灰质量，根据空预器实际差压变化的情况，合理调整吹灰频次及强度。

（5）严格入炉煤的管理，使入炉煤灰分、硫分控制在规定范围内，防止高灰分、高硫分煤大量入炉，加剧空预器堵灰；当实际燃煤煤质硫分及灰分较高时，及时对空预器进行冲洗。

（6）确保脱硝测量表计的准确性，加强表计维护，对控制系统逻辑进行修改，增加脱硝运行对机组负荷波动调节的灵敏性，减少滞后调节，低负荷状态下可适时退出脱硝系统运行。

6 结语

目前，在使用了选择性催化还原法（SCR）进行脱硝处理的火电厂中，空预器堵塞已成为普遍存在的现象，部分空预器虽然在设计过程中也充分考虑了如何预防堵塞，但是在实际生产运行中，空预器发生堵塞现象仍然普遍存在。对于已发生了的空预器堵塞，我们应采取适当措施，加强空预器吹灰管理，及时进行水冲洗，提高排烟温度，减少入炉煤含硫量、控制脱硝氨逃逸率等。这些方法我们应根据各个机组实际情况，在运行中不断的改善修正，并在实际运行中验证效果，实践证明，只要措施适当，空预器堵塞问题会得到有效改善。

参考文献

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