0引言

近年來,隨著國家工業(yè)的快速發(fā)展,環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻,因而國家對環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求越來越高。大多數(shù)燃煤電廠采用選擇性催化還原(SCR)加爐內(nèi)低氮燃燒相結(jié)合的脫硝技術(shù)路線。為達到環(huán)保政策要求,在實際生產(chǎn)中,常通過大量噴氨使脫硝效率達到目標(biāo)值,這造成了大量氨逃逸,導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞更加嚴(yán)重,并由此引發(fā)一系列經(jīng)濟和安全問題。本文通過闡述空預(yù)器堵塞危害及氨逃逸率高堵塞空預(yù)器機理,討論控制氨逃逸及防止空預(yù)器堵塞的方法、措施,可為燃煤電廠在實際生產(chǎn)中環(huán)保參數(shù)的調(diào)整做參考。

1SCR脫硝反應(yīng)原理

1.1 反應(yīng)原理

在SCR脫硝過程中,還原劑NH₃與煙氣中NO_x的主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下:

4NO+4NH₃+O₂=4N₂+6H₂O(1)

6NO+4NH₃₌5N₂+6H₂O (2)

2NO₂+4NH₃+O₂=3N₂+6H₂O(3)

6NO₂+8NH₃=7N₂+12H₂O(4)

煙氣中90%~95%是NO,以(1)為主要反應(yīng)式。理論上NH₃與NO的摩爾比為1:1,但在實際反應(yīng)過程中,受反應(yīng)條件限制及其他影響,SCR脫硝效率一般為95%,如圖1所示^[1]。

為保證脫硝效率,設(shè)計的噴氨量通常會大于理論值。當(dāng)實際噴氨量遠(yuǎn)大于設(shè)計值時,將導(dǎo)致部分氨在反應(yīng)器中未反應(yīng)充分,形成氨逃逸。

1.2 影響氨逃逸率原因

1)每只噴槍噴氨流量分布不均。積灰、堵塞等導(dǎo)致噴嘴通流面積變小,使噴氨濃度不均勻,高濃度區(qū)域不僅反應(yīng)完全還有富裕的氨,則造成氨逃逸。

2)脫硝入口煙氣流速不均勻。鍋爐長時間運行中,煙氣中飛灰磨損煙道導(dǎo)流板,煙道不規(guī)則處積灰,使煙道空間變窄,煙氣流量過大等使煙氣流向、流速均發(fā)生改變。煙氣中存在氨局部分布不均,影響氨氮反應(yīng)。

3)原煙氣溫度不適宜。原煙氣溫度太高、太低都會減弱氨氮反應(yīng)效果,使氨逃逸率升高。原煙氣溫度太低會降低氨氮反應(yīng)速率,造成大量氨逃逸,溫度太高又生成額外的NO。

4)催化劑性能老化、失效。局部發(fā)生堵塞、失效,使催化效率不均衡,降低整體脫硝效率。為控制煙囪出口NOx,就只能大量噴氨,這又導(dǎo)致很高的氨逃逸率。

5)稀釋風(fēng)量偏小。氨空混合器中混合差,經(jīng)噴嘴噴出后與煙氣混合不充分,未反應(yīng)的氨逃逸。

6)氨水配比不科學(xué)。配置氨水過程中缺乏科學(xué)依據(jù),配置濃度不受控。配置高濃度氨水,脫硝效率大幅波動,導(dǎo)致噴氨調(diào)門大開大關(guān),調(diào)解性能差,加劇氨逃逸。

7)測量、控制系統(tǒng)不完善。測量誤差大,噴氨自動調(diào)節(jié)差,反應(yīng)滯后導(dǎo)致氨逃逸率高。

8)機組負(fù)荷大幅波動時,爐內(nèi)燃燒調(diào)整過程會造成煙氣中NOx含量大幅波動,為使出口NOx排放在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),對噴氨量進行大幅調(diào)整,調(diào)整過程中造成大量氨逃逸。

1.3 以某電廠6號機組為例

由圖2可以看出,煙囪出口NOx、氨逃逸率跟隨機組負(fù)荷變化波動很大,負(fù)荷變化引起的風(fēng)量、氧量、煙氣流量變化進而引起脫硝進口NOx的生成量變化,再加上噴氨調(diào)節(jié)有一定的滯后性,導(dǎo)致過量噴氨,引起氨逃逸率升高。

2氨逃逸率高堵塞空預(yù)器機理

2.1堵塞空預(yù)器機理

空氣預(yù)熱器處在電除塵器與省煤器之間,進入空氣預(yù)熱器的煙氣未經(jīng)過任何除塵處理,容克式空氣預(yù)熱器由于結(jié)構(gòu)緊湊,內(nèi)部蓄熱元件間孔隙率較小的特點,極易發(fā)生大顆?；曳值淖匀焕鄯e,形成堵灰。當(dāng)酸露點溫度高于空預(yù)器冷端蓄熱元件金屬的平均溫度時,空預(yù)器冷端處飛灰沉積率最大,酸凝結(jié)率也達到最大。

目前,一般認(rèn)為國內(nèi)燃煤電廠形成空預(yù)器堵塞的酸露點溫度在80~120℃。隨著SCR脫硝系統(tǒng)的投運,在控制煙氣中NOx排放的同時,燃燒生成的SO2在SCR系統(tǒng)中催化劑作用下進一步氧化生成SO₃,煙氣中SO₂ 向SO₃的轉(zhuǎn)化率增加,加速了煙氣中SO3與逃逸的氨氣發(fā)生反應(yīng)生成NH₄HSO₄。即SCR脫硝系統(tǒng)又發(fā)生了副反應(yīng),方程式為:2SO₂+O₂=2SO₃;NH₃+SO₃+H₂O=NH₄HSO₄^[2]。

SCR脫硝系統(tǒng)發(fā)生副反應(yīng)的同時,煙氣中的NH3和SO3含量增加,使煙氣中的酸露點溫度隨之升高。

NH₄HSO₄的形成溫度受NH₃和SO₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘積的影響,規(guī)律如圖3所示^[1]。

由圖3可以看出,NH₃和SO₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘積越大,NH₄HSO₄的形成溫度越高。

NH₄HSO₄的露點在常規(guī)條件下是147℃ ,其凝結(jié)物具有很大的黏性,并且酸性為中度,處于液態(tài)的NH₄HSO₄非常容易沾染灰分,采用常規(guī)蒸汽吹灰及常規(guī)水沖洗方式很難清除,所以加快了空預(yù)器的堵灰速率。由于空預(yù)器的堵灰和低溫腐蝕是互相促進的,空預(yù)器堵灰可加速煙氣中硫酸蒸汽的凝結(jié),加劇空氣預(yù)熱器的酸腐蝕和堵灰,致使空預(yù)器換熱元件嚴(yán)重?fù)p壞。

2.2 以某電廠6號機組為例

由圖4可以看出,脫硝氨逃逸率高會導(dǎo)致空預(yù)器煙氣差壓緩慢上升。

2.3 空預(yù)器堵塞危害

1)風(fēng)機電耗量上升,風(fēng)機運行極易進入不穩(wěn)定工作區(qū),從而出現(xiàn)失速、喘振、一次風(fēng)壓周期性大幅波動等危險工況。嚴(yán)重時會導(dǎo)致一次風(fēng)機、送/引風(fēng)機發(fā)生跳閘,威脅機組安全運行。

2)空預(yù)器差壓大,引風(fēng)機出力不足,機組帶負(fù)荷能力下降,機組頻繁降出力運行。

3)排煙阻力變大、溫度升高?？疹A(yù)器熱風(fēng)出口風(fēng)溫降低,風(fēng)煙系統(tǒng)阻力增加,差壓增大,漏風(fēng)增加,鍋爐效率降低。

4)一/二次風(fēng)風(fēng)壓升高、爐膛負(fù)壓劇烈擺動,影響燃燒安全,嚴(yán)重時會造成機組非停。

5)加劇空預(yù)器的磨損和腐蝕,縮短設(shè)備壽命;增加風(fēng)機等設(shè)備的損壞風(fēng)險,增加維修成本和停機時間。

3 降低氨逃逸率及預(yù)防空預(yù)器堵灰的控制策略

3.1 降低氨逃逸率控制策略

1)對精準(zhǔn)噴氨自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能進行優(yōu)化,對調(diào)節(jié)線性進行優(yōu)化。

2)對精準(zhǔn)噴氨各分支管道定期吹掃時間進行優(yōu)化,保證噴氨管道不堵塞。

3)根據(jù)負(fù)荷的波動情況以及煙囪出口NOx小時均 值,結(jié)合當(dāng)?shù)卣h(huán)保政策要求,在保證環(huán)保參數(shù)不超限的前提下,盡可能提升煙囪出口NOx小時均值設(shè)定值。小時均值設(shè)置不要長時間偏低,要做到及時調(diào)整。

4)在保證燃煤經(jīng)濟性的前提下,考慮合理的燃煤配比,在低負(fù)荷時盡可能保留三臺磨運行,在負(fù)荷允許的條件下,盡可能停運最下層磨。

5)低負(fù)荷時,低氮燃燒區(qū)的SOFA風(fēng)門、COFA風(fēng)門設(shè)計開度值偏低,通過加大偏置值使風(fēng)門盡可能開大。

6)對機組協(xié)調(diào)進行優(yōu)化,特別是優(yōu)化氧量曲線,現(xiàn)狀是升負(fù)荷時,氧量自動情況下氧量偏高較多。負(fù)荷波動較大時,在保證中間點、氣溫允許情況下,盡可能調(diào)整風(fēng)量,氧量不宜過高。

3.2 預(yù)防空預(yù)器堵灰控制策略

1)提高空預(yù)熱器受熱面的壁溫,減少硫酸氫銨

和稀硫酸原因引起的空預(yù)熱器堵灰。多采用熱風(fēng)再循環(huán)或增加暖風(fēng)器的方法提高空預(yù)熱器壁溫,也可增加空氣預(yù)熱器分倉集中加熱空預(yù)熱器冷端蓄熱元件^[3]。

2)減少SO₃ 的生成量:煙氣中過剩氧會增大SO₃生成量,因此,為防止低溫腐蝕,應(yīng)盡可能采用較低的過量空氣系數(shù),減少煙道漏風(fēng),以降低火焰中氧原子的濃度,抑制SO₃的生成。

3)每次啟停機組時,啟磨煤機前確保二次風(fēng)溫大于200℃ ,入爐煤宜具有較高揮發(fā)分,以減少初期爐內(nèi)不完全燃燒,減輕空預(yù)器堵灰風(fēng)險。

4)及時消除省煤器輸灰系統(tǒng)缺陷,保證投運率。

5)空預(yù)器定期吹灰且蒸汽疏水要充分。

6)在鍋爐啟動過程中,啟動前4~8 h啟動稀釋風(fēng)機。機組運行期間,不允許停運稀釋風(fēng)機。機組停運過程中,引風(fēng)機停運后4~8 h后再停運稀釋風(fēng)機,防止飛灰堵塞噴嘴^[3]。

4 結(jié)束語

氨逃逸高導(dǎo)致空預(yù)器堵塞問題嚴(yán)重影響燃煤電廠的安全、經(jīng)濟和環(huán)保運行。本文通過對氨逃逸原因及其對空預(yù)器危害的分析,有針對性地提出了解決方案和措施。在實際運行中,可對脫硝入口NOx濃度、空預(yù)器差壓、氨逃逸率加強監(jiān)視,進行燃燒調(diào)整、脫硝噴氨優(yōu)化等試驗,利用檢修期間對SCR設(shè)備、空預(yù)器系統(tǒng)進行檢查、檢修,保證設(shè)備安全可靠運行。在實際應(yīng)用中,燃煤電廠應(yīng)根據(jù)自身實際情況,綜合采取有效的控制策略。

[參考文獻]

[1]楊勇平,陸強.選擇性催化還原煙氣脫硝催化劑及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2021.

[2] 應(yīng)靜良.電站鍋爐空氣預(yù)熱器[M].北京:中國電力出版社,2002.

[3] 馬寧,馬彪,葉斌,等.某電廠空預(yù)器風(fēng)量分切防堵灰改造技術(shù)研究及應(yīng)用[J].能源科技,2024,22(3):40-43.

《機電信息》2025年第11期第3篇