探讨脱硝自动优化对空预器堵塞问题的改善

宁夏天元热电联产有限公司 曹阿龙

空预器是工业领域中常见的设备，用于预热燃烧所需的空气。然而，由于燃烧过程中产生的废气中含有大量的氮氧化物（NOx），需要通过脱硝处理来降低对环境的污染。传统的脱硝操作方式往往存在效率低下、操作复杂等问题，且容易导致空预器堵塞。因此，如何改善空预器堵塞问题成为亟待解决的难题。本文将探讨脱硝自动优化技术对空预器堵塞问题的改善效果，以期为相关行业提供可行的解决方案。

1 脱硝自动优化概述

脱硝自动优化是一种利用自动化技术和智能控制算法来提高脱硝过程效率的方法。脱硝自动优化通过实时监测和分析脱硝过程中的关键指标，自动调节脱硝装置的运行参数，以达到最佳的脱硝效果。

脱硝自动优化的核心是建立一个智能化的控制系统，该系统可实时采集和处理与脱硝相关的数据，基于这些数据，控制系统可运用先进的算法进行分析和优化，自动调整脱硝装置的运行参数，使其在保证脱硝效果的同时，尽可能地减少废气处理装置的负荷和能耗，例如图1为某大型燃煤机组SCR 脱硝系统优化。

图1 大型燃煤机组SCR 脱硝系统优化

脱硝自动优化技术的应用可以带来多方面的好处。首先，可提高脱硝效率和稳定性，减少氮氧化物的排放，从而降低对环境的污染。其次，自动优化可减少人工干预和操作错误的可能性，提高操作的安全性和稳定性[1]。

2 运行中空预器堵塞造成的后果

首先，空预器是风烟系统中的关键组件，用于将锅炉尾部烟道中排出的烟气中携带的热量，通过蓄热元件传导到进入锅炉前的空气中，将空气预热到一定的温度。空气预热器可利用锅炉出口烟气所带热能，用来预热锅炉助燃空气或其他烘干用途。当空预器堵塞时，烟气无法顺畅通过，导致脱硝剂和烟气接触面积减小，脱硝效率降低。这将导致氮氧化物无法完全还原，造成排放超标。

其次，堵塞的空预器会导致脱硝系统的运行不稳定。空气分布不均匀、烟道压力变化等问题可能会导致脱硝剂喷射量不均匀，进而影响脱硝效果。系统的不稳定性会增加维护和调整的难度，甚至可能引发设备故障。此外，堵塞的空预器会导致局部温度升高，加速金属材料的腐蚀和损坏，从而缩短设备的使用寿命，并造成吸风机电耗增加、一次风机母管压力波动大等情况。

3 空预器堵塞的原因

3.1 氮氧化物结垢

空预器堵塞的主要原因之一是氮氧化物（NOx）结垢。在火电厂中，脱硝系统用于降低烟气中的氮氧化物含量，但同时也会产生一些副产物，其中包括一种称为氮氧化物结垢的固体颗粒物质。当脱硝剂与烟气中的氮氧化物反应时，会形成一系列气相和固相产物。其中，固相产物中的氮氧化物结垢颗粒很小，但却会随着烟气被带入空预器中，并在内部表面上沉积和积聚。

随着时间的推移，这些结垢颗粒会逐渐增多并形成覆盖层，最终导致空预器内部通道的狭窄和阻塞。氮氧化物结垢对空预器的堵塞问题造成了严重影响。结垢物质会附着在空预器内壁和管道上，导致空气通道变窄，阻碍烟气的流动并影响传热效果。

3.2 入炉煤含硫量高

入炉煤含硫量高是导致空预器堵塞的一个主要原因。具体表现如下：首先，入炉煤中的硫分在燃烧过程中会生成SO2。如果入炉煤的硫含量高，燃烧过程中产生的SO2也会相应增多。其次，当SO2与脱硝剂反应时，会生成固体硫酸盐颗粒。这些颗粒会随着烟气被带入空气通道，其中一部分会沉积在空预器内。再次，硫酸盐颗粒会在空预器内积聚并形成结垢。随着时间的推移，结垢物质会附着在空预器内壁和管道上，导致空气通道变窄，甚至完全堵塞。此外，硫酸盐颗粒的积累会影响脱硝剂与烟气中的氮氧化物发生反应的接触效果，从而降低脱硝效率[2]。

3.3 操作和维护不当

空预器堵塞的原因之一是操作和维护不当。具体表现包括以下几个方面：一是清灰不及时或清灰不彻底，会导致积灰和结垢物质在空预器内积聚，堵塞空气通道。此外，如果采用了不恰当的清灰方法，例如高压水洗或金属刷子刮擦等，会损坏空预器内部表面的涂层和防腐层，进一步加剧结垢和堵塞问题。二是空预器进口过滤器是防止灰尘和杂质进入空气通道的关键设备。如果过滤器未及时清洗或更换，就会降低通风效果，使得灰尘和杂质直接进入空气通道，引发结垢和堵塞问题。三是脱硝剂是用于降低烟气中氮氧化物含量的关键措施。如果脱硝剂投入不均匀或投加量过多，就会产生大量的固体颗粒物质，这些颗粒会随着烟气被带入空气通道，并在内部表面上沉积和积聚，形成结垢和堵塞问题。

4 脱硝自动优化对空预器堵塞问题的改善策略

4.1 火电机组SCR 脱硝工艺流程

火电机组中脱硝工艺（Selective Catalytic Reducation，SCR）是一种常用的降低烟气中氮氧化物排放的方法。脱硝自动优化可有效改善空预器堵塞问题。下文是SCR 脱硝工艺的一般流程：第一，进入SCR 反应器。预热后的烟气进入SCR 反应器。SCR 反应器内部包含催化剂层，通常是由钛硅催化剂或V2O5/TiO2催化剂组成。

注入脱硝剂。同时，将尿素溶液（或氨水）作为脱硝剂注入SCR 反应器。脱硝剂在催化剂的作用下与烟气中的氮氧化物发生反应，生成氮和水蒸气。

氮氧化物还原。在SCR 反应器中，NOx 会被还原成无害的氮气（N2）和水蒸气（H2O）。

控制系统监测和优化。脱硝过程中，控制系统会监测烟气中的氮氧化物浓度，并根据设定的目标值对脱硝剂的投放进行自动调节，以实现最佳的脱硝效果。

第五，烟气途经空气预热器。烟气从SCR 反应器出口进入空气预热器（APH），在APH 中被预热。通过自动优化脱硝过程，可以确保脱硝剂的投放量与烟气中的氮氧化物浓度匹配，避免了脱硝剂的过量投放，减少了结垢物质的生成和堆积，从而改善了空预器堵塞问题，图2为锅炉SCR 脱硝系统装置的基本流程图。

图2 锅炉SCR 脱硝系统装置的基本流程图

4.2 脱硝NOx 控制系统优化控制方案

脱硝NOx 控制系统优化控制方案可以通过以下几个方面来改善空预器堵塞问题：第一，确定最佳脱硝剂投放量。在脱硝过程中，脱硝剂的投放量会影响到反应效果，进而影响到空气通道内的结垢情况。通过监测烟气中的氮氧化物浓度，并根据设定的目标值对脱硝剂的投放进行自动调节，可以确保脱硝剂的投放量与烟气中的氮氧化物浓度匹配，避免了脱硝剂的过量投放，减少了结垢物质的生成和堆积。

优化燃烧工艺。在燃烧过程中，氮氧化物的产生量与燃烧条件密切相关。通过优化燃烧工艺、控制燃烧温度和增加燃烧时间等措施，可以降低氮氧化物的产生量，从而减少结垢物质的生成和堆积。

第三，采用合适的结垢防护措施。在设计火电机组时，可以采用一些结垢防护措施，例如增加空气通道内的流动板、设置结垢排放口等，以减少结垢物质在空气通道内的积聚[3]。

4.3 新型预测控制在脱硝控制系统中的应用

新型预测控制在脱硝控制系统中的应用，可进一步改善空预器堵塞问题。具体来说，其可通过以下几个方面来实现：第一，预测氮氧化物排放。利用新型预测控制技术，可对燃烧过程中的氮氧化物排放做出预测，从而更加精确地控制脱硝剂的投放量和投放时间，避免因脱硝剂投放不当而导致的结垢问题。

第二，优化控制策略。新型预测控制技术可根据预测结果，自动更新控制策略，以达到更好的控制效果。例如，在燃烧过程中出现异常情况时，控制系统可自动调整脱硝剂的投放量和投放时间，以确保氮氧化物排放满足标准，同时避免结垢问题。

第三，实时监测和反馈。新型预测控制技术可实时监测烟气中的氮氧化物浓度变化，并及时反馈给控制系统。控制系统可根据实时数据进行自动调节，以确保脱硝效果和空预器堵塞问题的改善。

第四，提高控制精度。新型预测控制技术可通过对大量历史数据的分析和建模，提高控制系统的精度和可靠性。这有助于减少脱硝剂的过量投放和结垢物质的生成和堆积，从而改善空预器堵塞问题。

4.4 自动清洗与维护

自动清洗与维护是脱硝系统中改善空预器堵塞问题的重要手段。通过使用自动清洗与维护技术，可以定期对空预器进行清洗和维护，减少结垢物质的积聚，从而减轻堵塞问题。下文是一些常见的自动清洗与维护技术。

第一，水冲洗系统。在脱硝系统中设置水冲洗系统，可定期对空预器进行水冲洗，清除积聚在表面的结垢物质。水冲洗系统可以通过喷嘴或喷淋装置喷洒清洗剂，将结垢物质冲刷掉，保持空预器的清洁。第二，空气吹扫系统。使用空气吹扫系统可以通过向空预器表面喷射压缩空气，将结垢物质从表面吹扫掉。该方法常用于较轻度的结垢情况，可以快速有效地清除结垢物质。第三，振动清洗系统。振动清洗系统通过在空预器表面施加振动力，可以使结垢物质松动并脱落。这种方法适用于较为顽固的结垢情况，可以有效地解决堵塞问题。第四，自动维护系统。自动维护系统可以通过监测空预器的工作状态和堵塞程度，自动判断清洗和维护的时机。根据设定的阈值，系统可以自动启动清洗程序，在必要时进行清洗和维护操作，保持空预器的良好工作状态。

5 脱硝自动优化后的效果

脱硝自动优化对空预器堵塞问题的改善效果主要表现在以下几个方面：首先，通过自动优化控制技术和自动清洗与维护技术的应用，可以及时有效地清除空预器上的结垢物质。定期的清洗和维护可以防止结垢物质的积累，从而减少空预器堵塞的发生。

其次，堵塞的空预器会影响烟气的流通和分布，降低脱硝剂和烟气之间的接触效率，从而降低脱硝效率。通过改善空预器堵塞问题，脱硝系统可以正常运行，提高脱硝效率，使氮氧化物的排放达到标准要求。

再次，堵塞的空预器会导致脱硝系统的运行不稳定，甚至造成设备故障。通过自动优化控制和自动清洗与维护，可以保持空预器的清洁状态，减少故障发生的可能性，提高设备的可靠性和稳定性。

最后，对空预器进行手动清洗和维护需要耗费人力和物力资源，而自动清洗与维护技术可以实现自动化操作，减少人力投入和运维成本。此外，通过减少堵塞问题的发生，还可以降低设备维修和更换的频率，进一步降低运维成本。

综上所述，脱硝自动优化技术可以实时监测和调节脱硝过程中的各项参数，从而提高脱硝效率，降低氮氧化物排放，并减少空预器堵塞的风险。然而，该技术在实际应用中仍存在一些挑战和限制，需要进一步研究和完善。相信通过不断的努力和创新，脱硝自动优化技术将能够为解决空预器堵塞问题提供更加可靠和可持续的解决方案，推动工业生产向更加环保和高效的方向发展。