锅炉SCR脱硝空气预热器堵塞原因分析及解决措施

吴永

摘要：近年来，为了降低烟气中氮氧化物的浓度，大多燃煤锅炉都配备了脱硝系统，为了确保达标排放，氨投放量较多，导致氨的逃逸率高，副产物硫酸氢铵严重堵塞空预器，从而影响锅炉运行的安全性和经济性。基于此，本文详细探讨了锅炉SCR脱硝空气预热器堵塞原因及其措施。

关键词：SCR脱硝;空气预热器;堵塞

一、SCR原理

脱硝系统由SCR装置系统与氨站系统组成。SCR系统包括烟道、反应器、氨气喷入系统、稀释风机、氨/空气混合器、催化剂、吹灰器、输灰装置等。氨站系统为全厂脱硝系统共用，主要负责液氨的储存和供应，包括液氨储罐，蒸发器、缓冲罐、吸收罐等。SCR装置布置在锅炉尾部烟道省煤器后、空预器前。

SCR脱硝技术原理是将稀释的氨气NH3注入锅炉尾部烟道，并与烟气充分混合，混合气体自上而下流经催化剂，在适当反应温度及催化剂作用下，NH3与NO、NO2等氮氧化物反应生成对空气无害的氮气（N2）及水蒸汽（H2O），主要反应是：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O

二、硫酸氢铵生成机理

1、形成。锅炉煤粉燃烧产生的烟气中含有SO2等气体，其中约0.5%～1.0%的SO2被氧化为SO3。在SCR反应中，催化剂中的活性组分将SO2催化氧化为SO3，其反应式为：

2SO2+O2→2SO3

在脱硝过程中，由于NH3与NOx的反应不完全，氨的逸出不可避免，氨逸出率主要取决于以下因素：过量的氨注入和不及时的调节;喷氨格栅调节分配不均，氨流量不均;设定的NH3/NOx比不合适;反应温度不在最佳范围内;催化剂使用寿命过长，活性降低;催化剂积灰堵塞。

烟气中逃逸的NH3与SO3反应形成两种副产物，即硫酸氢铵和硫酸铵，其反应为：

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4

2、性质和危害。当锅炉烟气中NH3含量远大于SO3时，反应主要生成干粉形式的硫酸氨，不会对空预器造成粘附积灰。当SCR后烟气中SO3浓度高于NH3浓度时，反应主要生成硫酸氢铵（ABS）。ABS的露点一般在147℃左右，在此温度下，ABS以液体形式存在，液体硫酸氢铵是一种粘性很强的鼻涕状态物质，空预器正常运行冷端温度为110℃～150℃，因此，ABS的物理特性使其容易在空预器冷端冷凝沉积，并且不能通过常规的蒸汽吹灰进行吹扫。硫酸氢铵粘附在烟气中的飞灰颗粒上，加剧了空预器换热元件的堵塞及腐蚀，一方面降低了空预器的换热效率，提高了排烟温度，降低了锅炉的经济性;另一方面，烟气道阻力增大，风机出力加大，厂用电率增大，而且轴流式送风机存在失速风险，从而影响其经济性与安全性。然而，硫酸氢铵的沉积过程是可逆的，随着温度的升高，其粘性逐渐降低，易被吹灰蒸汽吹落，被烟气带走。

三、硫酸氢铵的控制策略

1、控制氨逃逸量。在常规的空气预热器设计中，冷段层上方及中间层下方温度为145～235℃，在此温度范围内，硫酸氢铵将从液体变为固体。硫酸氢铵具有很强的吸附性，在整个反应中会产生大量灰分，这些灰分将沉淀在空气预热器中，最终导致空气预热器堵塞，并增加总阻力，严重时还将导致锅炉停机和空气预热器的全面清理。泄露的氨会在空气预热器中与三氧化硫生成硫酸氢铵，其物理性质为无色结晶，易潮解，易吸附烟气中的灰尘，从而导致空气预热器堵塞，如不及时解决，将严重影响脱硝装置的稳定运行。当硫酸氢铵及硫酸铵与金属接触时，会引起金属大面积腐蚀，导致催化剂金属支撑架及空气预热器冷段腐蚀。通过运行经验及整体热力学分析，反应物的具体浓度和比例对硫酸氢铵的形成会有不同程度的影响。当氨浓度增加时，硫酸氢铵的形成量将显著增加，硫酸氢铵形成量的增加将导致空气预热器内积垢的增加，从而导致空气预热器堵塞。逸出的氨和入炉煤硫份增加也会导致空气预热器中硫酸氢氨的过度沉积。

针对这一问题，有必要严格控制氨泄漏量，优化设计不合理的反应器入口管道，若长期使用不合理的反应器入口管道，反应器截面上的物质流量会发生偏差，导致氨泄漏。定期检查机组系统中催化剂含量，若已非常接近原设计的期限标准，则需定期检查催化剂并清理灰尘。在整个过程中，需使用检修机检查吹灰效果是否符合标准。研究装置催化剂整体结构的设计特点，适当调整是否更换或加装催化剂预留层。

2、入炉煤的硫含量控制。煤中硫的含量决定了烟气中SO3的浓度，而SO3浓度对硫酸氢铵的形成有重要影响。燃料需采用合理配煤方式，尽量减少入炉煤的含硫量。集控运行人员应了解煤质情况，及时做好应对调节。

3、控制SCR入口的NOx含量。氨的注入量取决于SCR出入口的氮氧化物含量。因此，从源头上严格控制SCR入口NOx含量。配风调节是主要手段，采用分级配风（调节OFA风门开度）时，应综合考虑控制高温低氧NOx、防止高温腐蚀保障锅炉安全性。

4、SCR反应器严格执行吹灰规定。SCR反应器的蒸汽吹灰和声学吹灰应严格按规定进行。输灰机处定期测温工作执行到位，防止积灰堵塞。尽量保持反应器表面清洁，以保证良好的反应效率，降低氨逸出率。

5、控制三氧化硫的生成量。炉膛煤是产生三氧化硫最核心的装置，尤其是在温度较高和氧气含量大时，其产生的量更多。在此阶段，最有效的方法是在氧气浓度不是特别高的情况下进行有效燃烧，同时，在这种环境中，化合物的还原性质会直接影响三氧化硫的产量。此外，若还想减少三氧化硫的生产量，可使用添加钙镁的方法，因三氧化硫的产生通常在很大程度上直接来自于二氧化硫，因此，当使用五氧化二钒为催化剂时，钒的浓度不得过高，一般来说，若要有效降低三氧化硫的浓度，1%的浓度就已足够。同时，减少催化剂对其增加氧化性的影响也可使二氧化硫不更容易转换为三氧化硫。另外，若要加强对三氧化硫的控制效果，还可添加适量的三氧化钨。

四、空预器改造

1、为了提高传热元件的材质需求，在选择低温区空预器材料时，应充分考虑装置的耐腐蚀性、抗堵灰能力、抗冷凝能力。当前，传统方法中使用的钢材制成的SCR脱硝裝置不能满足NH4HSO4反应的耐腐蚀性。搪瓷管式空预器是一项突破传统钢材防腐工艺的新技术，它是一种新型防腐产品，在普通钢管上涂敷一层特殊的无机瓷釉，经过特殊工艺处理后在950℃高温下烧制而成，具有耐腐蚀、耐磨、耐温变、表面光滑不易积灰、适合水洗等优点。选用搪瓷管式空预器时，应严格控制搪瓷质量，搪瓷层应有一定厚度以保证使用寿命，注意搪瓷层上形成的裂纹及小孔，严格防止烟气通过小孔与裂缝进入耐腐蚀性差的低温元件，造成搪瓷脱落和损坏。

低温段采用搪瓷材质元件，可增加低温搪瓷元件的烟气通过量，防止空预器低温腐蚀的形成，预防氨盐对装置的堵塞及腐蚀，提高空预器使用寿命。通过对表面的灰尘进行清除处理来增加仪器表面的洁净度可以很好地降低NH4HSO4结晶的产生。而NH4HSO4结晶对于设备具有很强的吸附能力，影响设备的正常使用，

2、增加表面洁净度。通过去除表面灰尘以增加仪器表面的洁净度，能很好地减少NH4HSO4结晶的产生。而NH4HSO4结晶对设备有较强的吸附能力，影响设备的正常使用。因此，必须在现有清灰基础上加强力度，除高压蒸汽外，还可添加高压水流进行清洗，以便从气与液两方面对其进行清洁。

3、增强密闭性。若密封性不足，高压蒸汽的传热效果将不够，导致NH4HSO4污垢凝结增加。锅炉检修时，加强对空预器的检查，对泄漏的空预器管束进行盲堵，必要时更换新的空预器。

参考文献：

[1]钟礼金.锅炉SCR烟气脱硝空气预热器堵塞原因及其解决措施[J].热力发电，2016（08）.