烟气脱硝改造对燃煤锅炉的影响

郭连伟

摘要：面对日益严格的环保排放要求，为保证锅炉烟气NOx指标满足排放要求，我国大部分燃煤锅炉都完成了脱硝改造;但是增设脱硝装置后，锅炉运行的安全性和经济性却受到了一定程度影响，可以从锅炉热效率、灰渣可燃物含量、空预器堵塞等方面反映出来。

关键词：NOx;燃煤锅炉;灰渣;热效率;空预器堵塞

1 前言

氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，我国氮氧化物的排放量中70%来自于煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国的燃煤大户，因此火力发电厂是NOx 排放的主要来源之一;截至2014年底，我国大部分燃煤机组基本完成了脱硝装置的安装改造，随着脱硝装置投运，各类问题也暴露出来。

2 SCR脱硝工艺原理

选择性催化还原法脱硝，简称SCR，相较SNCR主要增加了内含金属催化剂的SCR反应器，还原剂（NH3）以气体的形式经喷氨系统喷入烟气中与烟气混合，混合后的烟气进入脱硝反应器，在催化剂的作用下氨气与NOx发生催化氧化还原反应，将NOx还原成无污染的N2和H2O。SCR脱硝反应一般在300℃～420℃的范围内有效进行，在NH3/NOx摩尔比为0.83的条件下，可以得到80%～90%的脱硝率。SCR烟气脱硝技术具有脱硝效率高、运行可靠、便于维护和操作等优点，目前世界上有80%以上的烟气脱硝装置采用SCR法脱硝技术。

3 低氮燃烧工艺原理

目前常见的低NOx燃烧技术主要有：空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术（又称再燃技术）和烟气再循环技术。

空气分级燃烧技术是目前最为普遍的低NOx燃烧技术，它是通过调整燃烧器及其附近的区域或是整个炉膛区域内空气和燃料的混合状态，在保证总体过量空气系数不变的基础上，使燃料经历“富燃料燃烧”和“富氧燃尽”两个阶段，以实现总体NOx排放量大幅下降的燃烧控制技术。在富燃料燃烧阶段的主燃烧区域，由于氧气浓度相对较低，燃料的燃烧速度和温度都比正常过氧燃烧要低，从而抑制了热力型NOx的生成，同时由于不能完全燃烧，部分中间产物如HCN和NH3会将部分已生成的NOx还原成N2，从而使燃料型NOx的排放也有所减少;然后在富氧燃燒阶段燃料燃尽，但由于此区域的温度已经降低，新生成的NOx量十分有限，因此总体上NOx的排放量明显减少。

4 脱硝改造后存在的问题

4.1 烟、风道阻力增加

以某石化4号锅炉为例，4号锅炉脱硝改造后，锅炉原有的烟、风道移位造成烟风道弯头增多，在一定程度上增加了烟、风道阻力，增加了引、送风机能耗的同时也降低了风机出力。脱硝改造后，单侧送风机出口风压较改造前增加了800Pa左右，单侧引风机入口风压增加了300Pa左右，增加风机电耗及生产运行成本，造成锅炉通风量减少，降低了锅炉带负荷能力，使锅炉最高只能维持97%左右的锅炉额定负荷。

4.2 尾部烟道受热面腐蚀、堵塞

脱硝SCR反应会产生氨逃逸，这些逃逸的氨气与烟气中的SO3反应会形成亚硫酸氢铵（NH4HSO4）或者硫酸铵[（NH4）2SO4]，这类硫酸盐具有粘结性和腐蚀性，会使催化剂或者尾部烟道内的省煤器或者空气预热器堵塞，严重时影响锅炉运行，导致被迫停炉。

同样以某石化4号燃煤锅炉为例，4号炉停炉检修过程中进入锅炉尾部烟道受热面进行检查，在空预器中段温度相对较低的工段发现空预器管束存在堵塞情况，严重时局部堵塞面积达到30%左右，增加了烟道阻力约300Pa左右，造成锅炉引风出力不足，影响锅炉带负荷能力。

4.3 锅炉灰渣可燃物含量升高

受低氮燃烧器改造影响，锅炉内部风粉配比较改造前发生很大变化，同时各层二次风喷口面积因喷燃器改造而缩小，其次炉膛四角还分别增加了燃尽风喷口，导致锅炉主燃烧区域处于低氧燃烧状态;煤粉在炉内主燃烧区域燃烧不充分、不完全，同时如果入炉煤含碳量偏高、挥发份偏小、灰分偏小时，会造成锅炉飞灰可燃物含量及炉渣可燃物含量升高。

以某石化4号锅炉为例，脱硝改造前锅炉飞灰可燃物含量基本保持在3%左右，低氮燃烧器改造后，在完全按照低氮燃烧器设计二次风开度调整工况下，飞灰可燃物含量升高至8%左右。脱硝改造前锅炉炉渣可燃物含量基本保持在10%以下;低氮燃烧器改造后，在完全按照低氮燃烧器设计二次风开度调整工况下，炉渣可燃物含量升高至15%～20%。

灰渣可燃物含量的升高，增加了锅炉机械燃烧不完全热损失，降低了锅炉热效率、降低了锅炉运行经济性、增加了锅炉燃烧成本。

4.4 锅炉热效率下降

受脱硝改造影响，炉内燃烧工况发生变化，燃烧中心上移以及燃料燃烧不完全，炉内热辐射换热效率减弱;同时受飞灰可燃物含量及炉渣可燃物含量升高，造成机械不完全燃烧热损失增加，导致锅炉热效率下降，脱硝改造前某石化4号燃煤锅炉热效率在92%左右，脱硝改造后热效率下降至90%左右，在一定程度上降低了锅炉运行经济性。

4.5锅炉喷燃器周围结焦增加

燃煤锅炉低氮燃烧器改造后，因原二次风喷口缩小至原来的70%左右，主燃烧区域二次风比例减小，喷燃器周围相对缺氧燃烧、还原性气体增加，导致煤粉燃烧过程中燃烧不完全，同时造成锅炉喷燃器口周围结焦增多，特别是在喷燃器周边水冷壁处以及喷燃器上部，因位置较偏结焦不易清理，在形成大焦块后因自重掉落，会对锅炉冷灰斗造成不利影响，易造成水冷壁机械损伤。

锅炉喷燃器口结焦增多同时会对锅炉内窥式火检探头信号强度造成影响，导致部分火检探头检测不到火焰或者信号强度较弱，火检信号不稳定、影响锅炉安全运行。

喷燃器口处大块焦渣掉落后对捞渣机输渣机的安全运行也带来一定的影响，大焦在捞渣机、输渣机内易造成捞输渣机跳闸，某石化4号锅炉在脱硝改造后捞渣机内多次出现大焦，导致输渣机跳闸，影响设备安全运行。

5 经济方面影响

脱硝改造后会增加锅炉运行成本，包括脱硝催化剂、脱硝用压缩空气、脱硝系统风机电耗、烟道阻力增加后造成的引送风机电耗。

综合计算，脱硝装置运行会增加锅炉装置运行成本每小时增加约500元左右。

6 总述

已投运的锅炉装置进行脱硝环保改造，改变了锅炉原有运行工况，造成锅炉燃烧工况发生根本上的变化，对锅炉运行的经济性、稳定性、安全性都存在一定的影响。在脱硝改造后，必须根据锅炉各项指标变化情况，合理调整脱硝系统运行工况，寻找环保与安全经济运行之间的平衡点，在保证锅炉烟气排放达标的同时要确保锅炉装置安全运行。