加裝選擇性催化還原脫硝裝置對(duì)鍋爐設(shè)備的影響分析

郭永華

(江蘇徐塘發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇 邳州 221300)

0 引言

目前，火電廠因其N(xiāo)Ox排放量大且相對(duì)集中，同時(shí)較其他分散源容易控制，成為國(guó)家控制NOx的首選目標(biāo)。目前，300MW以上的鍋爐必須加裝脫硝裝置，本文結(jié)合江蘇徐塘發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱徐塘發(fā)電公司)300 MW燃煤機(jī)組脫硝技術(shù)改造工程，分析選擇性催化還原(SCR)脫硝裝置對(duì)鍋爐設(shè)備的影響。

1 脫硝裝置對(duì)鍋爐本體的影響

目前，SCR脫硝裝置一般布置在鍋爐省煤器出口和空氣預(yù)熱器進(jìn)口之間，給鍋爐本體總體布置、尾部煙道、鍋爐鋼結(jié)構(gòu)帶來(lái)了影響，必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

1.1 對(duì)鍋爐房總體布置的影響

在徐塘發(fā)電公司鍋爐房加裝SCR脫硝裝置時(shí)，為了減少煙氣側(cè)阻力和預(yù)留足夠的布置空間，空氣預(yù)熱器布置在省煤器下方，Π型反應(yīng)器布置在省煤器和空氣預(yù)熱器后側(cè)、一次風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)上方。這樣布置適應(yīng)性強(qiáng)，便于設(shè)備安裝和布置，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，但存在的問(wèn)題是，煙道轉(zhuǎn)彎較多，煙氣側(cè)需要裝設(shè)較多的導(dǎo)流板，該方案煙氣側(cè)阻力比空氣預(yù)熱器拖后布置方案要大一些。

1.2 對(duì)尾部煙道的影響

(1)煙道的變化主要表現(xiàn)在走向變化及負(fù)壓變化引起原設(shè)計(jì)改變方面。由于技術(shù)改造前省煤器出口處三向膨脹量和加裝SCR后的三向膨脹量不一樣，且省煤器出口走向由正下方改為斜上方，需要重新布置金屬膨脹節(jié)和安裝吊點(diǎn)。原設(shè)計(jì)采用縱向金屬膨脹節(jié)，現(xiàn)改為水平布置。水平走向布置上層煙道，吊點(diǎn)容易選擇;催化劑后水平走向的下層煙道和空氣預(yù)熱器進(jìn)口對(duì)接煙道，由于吊架較大，施工空間狹小，吊點(diǎn)難以設(shè)置。

(2)負(fù)壓變化引起的影響主要是煙道阻力損失、SCR脫硝裝置阻力損失及空氣預(yù)熱器阻力損失增大，從而造成引風(fēng)機(jī)壓頭增大。壓頭增加會(huì)對(duì)煙道產(chǎn)生一定影響:在省煤器出口至SCR脫硝裝置入口范圍內(nèi)，煙道壓力與爐膛承受壓力基本一致，對(duì)煙道強(qiáng)度沒(méi)有影響;在SCR脫硝裝置出口至空氣預(yù)熱器進(jìn)口范圍內(nèi)，煙道壓力與原省煤器出口壓力相比，增加了部分煙道壓損和SCR催化劑壓損，煙道設(shè)計(jì)壓力相應(yīng)提高約1.0 kPa(脫硝SCR反應(yīng)器設(shè)計(jì)壓損低于1.0 kPa)，對(duì)煙道強(qiáng)度有一定影響，需要增強(qiáng)加強(qiáng)肋;在空氣預(yù)熱器出口范圍內(nèi)，煙道設(shè)計(jì)壓力提高約1.5 kPa，煙道強(qiáng)度需重新計(jì)算并增加加強(qiáng)肋，鍋爐范圍內(nèi)的質(zhì)量增加約100 t。

(3)熱量損失。老機(jī)組改造后加裝SCR脫硝裝置，因場(chǎng)地限制造成煙道長(zhǎng)度增加，進(jìn)而帶來(lái)熱量損失;煙氣經(jīng)過(guò)脫硝裝置后煙溫會(huì)降低2℃左右，會(huì)對(duì)鍋爐效率產(chǎn)生一定影響。

1.3 對(duì)鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的影響

鍋爐設(shè)備的增加會(huì)引起鋼架結(jié)構(gòu)的變化，加裝SCR脫硝裝置后需要另設(shè)鋼架，支撐SCR裝置的鋼架自成支撐體系。原鍋爐柱體不變，在送風(fēng)機(jī)處增加4排鋼柱支撐SCR設(shè)備。另外，在布置SCR設(shè)備后，平臺(tái)樓梯和原鍋爐各層平臺(tái)對(duì)接連通樓梯增加，使得鋼架質(zhì)量增加，需要仔細(xì)核算荷載。

1.4 未設(shè)旁路和灰斗

設(shè)置旁路的SCR脫硝裝置存在旁路擋板密封和積灰問(wèn)題，而且需增加密封風(fēng)裝置，投資、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較高，考慮機(jī)組每年啟、停在10次以下，催化劑使用溫度范圍較寬，故取消旁路，簡(jiǎn)化了SCR脫硝裝置。另外，SCR反應(yīng)器未設(shè)置灰斗，僅對(duì)進(jìn)入空氣預(yù)熱器的SCR反應(yīng)器出口煙道的走向與角度進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，SCR吹灰器吹出的積灰直接進(jìn)入空氣預(yù)熱器。

2 對(duì)空氣預(yù)熱器的影響

由于裝設(shè)SCR脫硝裝置后，氨與NOx的反應(yīng)不完全，會(huì)有少量的氨逃逸進(jìn)入空氣預(yù)熱器。在150～230℃，氨與煙氣中的 SO3和 H2O反應(yīng)形成NH4HSO4，會(huì)對(duì)空氣預(yù)熱器冷段和中溫段形成強(qiáng)烈腐蝕，同時(shí)造成空氣預(yù)熱器積灰。氨的逃逸率低于1×10－6，堵塞現(xiàn)象不明顯;若氨逃逸率增加到2×10－6，空氣預(yù)熱器運(yùn)行半年后阻力增加約30%;若氨逃逸率增加到3×10－6，空氣預(yù)熱器運(yùn)行半年后阻力增加約50%，對(duì)引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)造成很大影響。所以，裝設(shè)SCR裝置的鍋爐，空氣預(yù)熱器需要進(jìn)行必要的改造，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行上都要改變相應(yīng)的技術(shù)措施。

(1)需要修改原空氣預(yù)熱器傳熱元件的高度和波形配置。采用高吹灰通透性的波紋板，合并傳統(tǒng)的冷段和中溫段，使其冷段傳熱元件高度增加，約增加15%的換熱面積;原傳熱元件由3層改為2層，總體高度由原來(lái)1880 mm改為1950 mm，保證NH4HSO4全部在該層內(nèi)完成凝結(jié)和固化，避免在兩層傳熱元件之間產(chǎn)生積聚。同時(shí)，傳熱元件內(nèi)部氣流通道為局部密閉型，可提高吹灰深度。

(2)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)需做局部修改。為防止空氣預(yù)熱器腐蝕，冷段采用搪瓷表面換熱元件，其使用壽命不低于5萬(wàn)h。因?yàn)镹H4HSO4具有很強(qiáng)的黏結(jié)性，會(huì)迅速黏附在傳熱元件表面并吸附大量飛灰，從而造成堵灰，使空氣預(yù)熱器嚴(yán)重堵塞。搪瓷元件可以隔斷腐蝕物和金屬接觸，而且具有表面光潔(容易清洗)、穩(wěn)定性好、耐磨損、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，故采用搪瓷換熱元件。

(3)空氣預(yù)熱器吹灰器采用雙介質(zhì)，增加了高壓沖洗水系統(tǒng)。運(yùn)行時(shí)采用蒸汽吹灰，停機(jī)清洗采用高壓水。熱段需增加1臺(tái)蒸汽吹灰器，吹灰次數(shù)比原來(lái)增加。建立空氣預(yù)熱器壓差臺(tái)賬，定期分析;嚴(yán)格控制氨逃逸率低于3×10－6，防止空氣預(yù)熱器堵塞、腐蝕。

(4)安裝SCR脫硝裝置后，空氣預(yù)熱器必須進(jìn)行改造，由于施工空間狹窄，熱段元件可以現(xiàn)場(chǎng)安裝，冷段元件必須吊裝完成;另外，空氣預(yù)熱器改造后重量發(fā)生較大變化，吊裝難度增大。

(5)由于熱段采用波紋板，雖然能保證吹灰和清洗效果，但造成換熱性能降低。為保證排煙溫度基本穩(wěn)定，必須追加熱段換熱面積，造成傳熱元件高度增加。另外，因?yàn)榧友bSCR脫硝裝置使煙氣阻力增加1.0 kPa左右，為了使?fàn)t膛內(nèi)部壓力平衡，引風(fēng)機(jī)的出力比原來(lái)有所增加，從而使空氣預(yù)熱器內(nèi)部煙氣壓力降低，空氣預(yù)熱器風(fēng)側(cè)和煙氣側(cè)的壓差增大，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率增加約1%，鍋爐效率降低。

3 對(duì)靜電除塵器的影響

脫硝裝置對(duì)靜電除塵器的影響既有正面的也有負(fù)面的，逃逸的氨氣與煙氣中灰塵混合，一定程度上可以降低灰塵的比電阻，有利于提高除塵效率;另一方面，生成的NH4HSO4可能將灰塵黏附在靜電除塵器的極板或極線上，使其與煙氣隔離，將影響后續(xù)的灰塵荷電;另外，NH4HSO4還有一定的腐蝕作用。

4 對(duì)引風(fēng)機(jī)的影響

氨逃逸量相對(duì)于煙氣量較少，對(duì)引風(fēng)機(jī)的危害可忽略，但因增加SCR脫硝裝置和空氣預(yù)熱器改造，煙氣側(cè)阻力增加約1.0～1.2 kPa，加上該機(jī)組取消了脫硫增壓風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，綜合脫硫原凈煙氣壓差情況對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。徐塘發(fā)電公司把原來(lái)的靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)改成了雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)。

(1)為了防止脫硝催化劑壓差增大而造成引風(fēng)機(jī)功耗增加，對(duì)于無(wú)旁路運(yùn)行的SCR脫硝裝置，尤其是蜂窩式催化劑，運(yùn)行中一定要加強(qiáng)監(jiān)視催化劑壓差，制訂嚴(yán)格的吹灰方案，防止因催化劑堵塞而導(dǎo)致鍋爐停運(yùn)。

(2)對(duì)于加裝SCR脫硝裝置的機(jī)組，因?yàn)镾CR脫硝裝置的壓差會(huì)逐漸增大，煙道阻力會(huì)增加，造成引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行不穩(wěn)定，易發(fā)生失速和喘振，平時(shí)要注意引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，監(jiān)視其電流、振動(dòng)、進(jìn)出口壓力參數(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

燃煤鍋爐加裝SCR脫硝裝置，會(huì)引起煙道阻力增大、空氣預(yù)熱器堵塞和腐蝕等問(wèn)題，因此，改造時(shí)應(yīng)對(duì)鍋爐本體、空氣預(yù)熱器及引風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)、選型采取針對(duì)性措施，降低SCR裝置對(duì)鍋爐及輔機(jī)的影響。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)SCR吹灰和噴氨量管理，嚴(yán)格控制催化劑壓差和氨逃逸率，確保電廠鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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