某大型火電廠投入脫硝系統(tǒng)后軸流風(fēng)機(jī)失速原因及對(duì)策

摘 要： 為了減少大氣污染，現(xiàn)役火電機(jī)組在增設(shè)脫硫設(shè)備的同時(shí)增設(shè)脫硝系統(tǒng)，以減少以一氧化氮為主的氮氧化物，降低排放量，隨著脫硝系統(tǒng)的投入，對(duì)相關(guān)設(shè)備的影響也隨之而來(lái)，尤其是對(duì)空預(yù)器、軸流風(fēng)機(jī)的影響較大，文中通過(guò)對(duì)一次風(fēng)機(jī)失速原因的分析，提出正常運(yùn)行采取的措施和停爐改造辦法，通過(guò)上述方法，消除一次風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象，解決空預(yù)器堵灰，保證的機(jī)組安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：脫硝 失速 一次風(fēng)機(jī) 空預(yù)器 堵灰

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）10-0266-02

引言

在全國(guó)大型火力發(fā)電機(jī)組中，目前廣泛采用軸流式一次風(fēng)機(jī)和正壓直吹式制粉系統(tǒng)，如果一次風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)、調(diào)整或制粉系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，極易引起風(fēng)機(jī)失速，風(fēng)機(jī)失速時(shí)，常常會(huì)引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)加大，風(fēng)機(jī)出口壓力下降，如果處理不及時(shí)，容易造成風(fēng)機(jī)損壞、燃燒不穩(wěn)、甚至鍋爐滅火機(jī)組停運(yùn)，因此做好一次風(fēng)機(jī)的選型、設(shè)計(jì)、調(diào)整工作，是保證機(jī)組安全運(yùn)行的重要手段。做為大氣主要污染物之一的氮氧化物，為滿足環(huán)保要求，配置低氮燃燒器和加裝脫硝系統(tǒng)是火電廠降低氮氧化物排放的主要手段，隨著脫硝系統(tǒng)的加入，對(duì)其他設(shè)備的影響也隨之而來(lái)。

一、鍋爐及脫硝設(shè)備介紹

某廠8號(hào)600MW機(jī)組采用東方鍋爐公司制造的亞臨界、自然循環(huán)、對(duì)沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的Π型汽包爐。爐膛燃燒方式為正壓直吹前后墻對(duì)沖燃燒，共配有30只低氮軸向旋流式煤粉燃燒器，分三層分別布置在鍋爐前后墻水冷壁上。燃燒器的配風(fēng)采用典型的MB形式，即一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)。 煙道下部布置有兩臺(tái)豪頓華公司生產(chǎn)的型號(hào)為32VNT1830三分倉(cāng)容克式受熱面回轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器。 制粉系統(tǒng)配置6臺(tái)磨煤機(jī)，鍋爐爐膛風(fēng)煙系統(tǒng)為平衡通風(fēng)方式。選用兩臺(tái)豪頓華公司生產(chǎn)型號(hào)為ANN-2660/1400N的動(dòng)葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)；兩臺(tái)成都電力機(jī)械廠生產(chǎn)的AN型入口靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)；兩臺(tái)豪頓華公司生產(chǎn)型號(hào)為ANT-1938/1250N的雙動(dòng)葉調(diào)節(jié)軸流式一次風(fēng)機(jī)。

該機(jī)組脫硝系統(tǒng)是由福建龍凈環(huán)保股份有限公司設(shè)計(jì)制造，采用液氨制備脫硝還原劑，“高含塵布置方式”的選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置。該脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原法（SCR）全煙氣脫硝工藝。SCR反應(yīng)器布置在省煤器出口與空預(yù)器入口之間的高含塵區(qū)域，其裝置在鍋爐B-MCR工況下進(jìn)行全煙氣脫硝。采用單爐體雙SCR結(jié)構(gòu)體布置，催化劑層數(shù)按2+1模式布置，初裝2層預(yù)留1層，在設(shè)計(jì)煤種及校核煤種、鍋爐最大連續(xù)出力工況（BMCR）、處理100%煙氣量、在布置1層催化劑條件下脫硝效率不小于50%。反應(yīng)器安裝雙吹掃裝置，即蒸汽吹灰器和聲波吹灰器。反應(yīng)原理如下：

SCR脫硝系統(tǒng)是利用催化劑，在一定溫度下，使煙氣中的NOx與氨氣供應(yīng)系統(tǒng)注入的氨氣混合后發(fā)生還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，從而降低NOx的排放量，減少煙氣對(duì)環(huán)境的污染。其中SCR反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)如下：

（1）4NO + 4NH3 + O2 催化劑 4N2 + 6H2O

（2）NO + NO2 + 2NH3 催化劑 2N2 + 3H2O

（3）6NO2 + 8NH3 催化劑 7N2 + 12H2O

其中反應(yīng)（1） 是主反應(yīng)。因?yàn)闊煔庵械拇蟛糠諲Ox 均是以NO 的形式存在的，在沒(méi)有催化劑的情況下，這些反應(yīng)只能在很窄的溫度范圍內(nèi)（980 ℃左右） 進(jìn)行，通過(guò)選擇合適的催化劑，可以降低反應(yīng)溫度，并且可以擴(kuò)展到適合電廠實(shí)際工況的290 ℃～430 ℃范圍。

在反應(yīng)條件改變時(shí)，還可能發(fā)生以下反應(yīng)：

（4）4NH3 + O2 →2N2 + 6H2O

（5）2NH3 →N2 + 3H2

（6）4NH3 + 5O2 →4NO + 6H2O

NH3 的分解和NH3 氧化為NO 的反應(yīng)都在350 ℃以上才能進(jìn)行，450℃以上才能劇烈反應(yīng)。在一般的選擇性催化還原工藝中，反應(yīng)溫度?？刂圃?00 ℃以上，這時(shí)還有部分NH3 氧化為N2的副反應(yīng)發(fā)生。

但是在某些條件下，SCR 系統(tǒng)中還會(huì)發(fā)生如下不利反應(yīng)：

（7）SO2 + 1/2 O2 →SO3

（8）NH3 + SO3 + H2O →NH4HSO4

（9）2NH3 + SO3+ H2O →（NH4）2HSO4

（10）SO3 + H2O →H2SO4

反應(yīng)式（1） 、（2） 主要在催化劑表面進(jìn)行，催化劑的外表面積和微孔特性很大程度上決定了催化劑的反應(yīng)活性。

反應(yīng)式（8）、（9）中形成的NH4HSO4 和（NH4）2SO4很容易對(duì)空氣預(yù)熱器造成粘污，在運(yùn)行過(guò)程為了避免噴入太多的氨而發(fā)生副反應(yīng)生成NH4HSO4 、（NH4）2SO4，我們通過(guò)監(jiān)測(cè)SCR反應(yīng)器出口的氨逃逸含量來(lái)控制噴氨量。一般氨逃逸要求小于3ppm，在保證脫硝率>80%的情況下，可以不必再增加供氨量。

為了避免由于硫酸氫氨聚集引起的催化劑暫時(shí)失活，連續(xù)運(yùn)行時(shí)入口處溫度應(yīng)高于硫酸氫氨的露點(diǎn)溫度。硫酸氫氨將首先冷凝在催化劑的空隙里，冷凝過(guò)程是可逆的，當(dāng)運(yùn)行溫度高于硫酸氫氨露點(diǎn)溫度以上時(shí)，硫酸氫氨可蒸發(fā)，催化劑將恢復(fù)活性。

硫酸氫氨的沉積物會(huì)產(chǎn)生粘性，吸附飛灰。當(dāng)在露點(diǎn)以下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)增加吹灰的頻率。運(yùn)行溫度長(zhǎng)時(shí)間低于硫酸氫氨露點(diǎn)溫度時(shí)將導(dǎo)致催化劑活性的明顯降低。在這種情況下，即使將溫度升至露點(diǎn)以上也不可能使催化劑恢復(fù)活性。在低于露點(diǎn)溫度的條件下連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間必須控制在300小時(shí)以內(nèi)，同時(shí)催化劑的運(yùn)行溫度必須在280℃以上。

二、投入脫硝系統(tǒng)后帶來(lái)的問(wèn)題

投入脫硝系統(tǒng)以來(lái)，空預(yù)器差壓不斷增大，雖然每次停爐均對(duì)空預(yù)器進(jìn)行水沖洗，但是鍋爐啟動(dòng)一段時(shí)間后，各風(fēng)機(jī)電流、風(fēng)機(jī)出口壓力、爐膛負(fù)壓均小幅擺動(dòng)，一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)影響更大，風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象頻繁發(fā)生，如下記錄2015年3月21日上午，該機(jī)組發(fā)生A一次風(fēng)機(jī)失速異常事件經(jīng)過(guò)：

異常發(fā)生前運(yùn)行工況：機(jī)組負(fù)荷600MW，ABCDE磨運(yùn)行，煤量320t/h，F(xiàn)磨煤機(jī)備用，A、B一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

11：12 負(fù)荷指令600MW，煤量從296 t/h逐漸升至320t/h，A空預(yù)器差壓2.1Kpa，B空預(yù)器差壓1.7Kpa。

11：14：53 A一次風(fēng)機(jī)出口壓力13.4kpa，風(fēng)機(jī)風(fēng)量從370t/h降至0，A一次風(fēng)機(jī)失速；A一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉83%跳手動(dòng)，電流120A；B一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉全開(kāi)，電流260A，一次風(fēng)壓降至7.3kPa并持續(xù)下降，各磨煤機(jī)風(fēng)量最低97t/h。

11：15：30手動(dòng)降低B一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度，防止B一次風(fēng)機(jī)過(guò)流；

11：16：02解除燃料主控自動(dòng)，打掉E磨煤機(jī)，關(guān)閉通風(fēng)及密封風(fēng)，一次風(fēng)壓力最低降至6.4kPa后回升，穩(wěn)定于7.2kPa左右；減小其余磨煤機(jī)煤量至50t/h，各臺(tái)磨煤機(jī)風(fēng)量100t/h。

11：22：00 關(guān)小B一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉，防止風(fēng)機(jī)并列后突然出力造成一次風(fēng)壓過(guò)高，關(guān)小失速A一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉至60%，A、B一次風(fēng)機(jī)重新并列運(yùn)行，一次風(fēng)壓回頭至9.5kPa；

11：28投入?yún)f(xié)調(diào)；

11：49啟動(dòng)E磨煤機(jī)，壓力上漲較快，停止其運(yùn)行，11：57 再次啟動(dòng)E磨煤機(jī)、E給煤機(jī)運(yùn)行；

12：01投AGC。

1.原因分析

造成風(fēng)機(jī)失速的原因一般為

1.1風(fēng)機(jī)動(dòng)葉沖角（氣流方向與葉片葉弦的夾角即為沖角）很小，氣流繞過(guò)機(jī)翼型葉片而保持流線狀態(tài)，隨著動(dòng)葉的不斷開(kāi)大，當(dāng)氣流與葉片形成正沖角即沖角大于零時(shí)，此沖角超過(guò)某一臨界值時(shí)，葉片背面的流動(dòng)工況開(kāi)始惡化，邊界層受到破壞，在葉片背面尾端出現(xiàn)渦流區(qū)，即所謂的失速現(xiàn)象。沖角大于臨界值越多，失速現(xiàn)象越嚴(yán)重，流體的流動(dòng)阻力越大，使葉道阻塞，同時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓也隨之迅速降低，風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定的工況區(qū)。[1]

1.2風(fēng)機(jī)或制粉系統(tǒng)發(fā)生故障，如擋板突然關(guān)閉，磨煤機(jī)跳閘，磨煤機(jī)風(fēng)門聯(lián)關(guān)，由于風(fēng)量瞬間減少，系統(tǒng)阻力增大，造成風(fēng)機(jī)壓力上升，風(fēng)量下降，風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)整較慢，使風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)域，從而發(fā)生失速。

1.3兩臺(tái)風(fēng)機(jī)特性曲線不同，使兩臺(tái)并列的風(fēng)機(jī)發(fā)生搶風(fēng)或自動(dòng)控制失靈，使其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)。

分析本次異常中由于漲負(fù)荷過(guò)程，煤量上漲過(guò)快，但風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度并不大，A側(cè)空預(yù)器差壓較高，B側(cè)一次風(fēng)機(jī)出力增速大于A側(cè)一次風(fēng)機(jī)，導(dǎo)致A一次風(fēng)機(jī)出口壓力升高，一次風(fēng)流量減小，A一次風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。失速時(shí)A一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量370t/h，壓力13.4Kpa，查一次風(fēng)機(jī)性能曲線，此工況正好落在風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定工作臨界區(qū)域內(nèi)。

2.為防止風(fēng)機(jī)失速，正常運(yùn)行時(shí)采取的措施

2.1根據(jù)磨煤熱風(fēng)門開(kāi)度控制一次風(fēng)母管壓力，維持一次風(fēng)機(jī)在大風(fēng)量低壓頭工況運(yùn)行，高負(fù)荷一次風(fēng)機(jī)出口壓力超過(guò)13KPa或一次風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度大于80%時(shí)調(diào)整一次風(fēng)壓力負(fù)偏置，降低一次風(fēng)機(jī)出力；

2.2漲負(fù)荷時(shí)注意監(jiān)視一次風(fēng)機(jī)電流變化，當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出力不平衡時(shí)，及時(shí)調(diào)平，保持兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出力相同，并注意監(jiān)視一次風(fēng)機(jī)控制油壓力變化，壓力升高說(shuō)明動(dòng)葉有卡澀問(wèn)題，立即限制機(jī)組負(fù)荷，降低風(fēng)機(jī)出力；

2.3加強(qiáng)空預(yù)器吹灰，正常運(yùn)行時(shí)控制A側(cè)風(fēng)機(jī)出力略大于B側(cè)。

3.針對(duì)空預(yù)器堵灰采取的措施

由于引起風(fēng)機(jī)失速的主要原因在空預(yù)器，因此，對(duì)投入脫硝系統(tǒng)后的空預(yù)器堵灰適當(dāng)采取措施，以防止因脫硝系統(tǒng)投入造成其他設(shè)備損壞：

3.1通過(guò)提高空預(yù)器進(jìn)口冷風(fēng)溫度，來(lái)提高空預(yù)器冷端綜合溫度

開(kāi)大一二次風(fēng)暖風(fēng)器供汽門，提高供汽壓力，使進(jìn)入空預(yù)器的一、二次冷風(fēng)溫度升高。針對(duì)北方地區(qū)氣溫情況，進(jìn)入冬季后，鍋爐暖風(fēng)器提早投入，推遲推出，提高空預(yù)器冷端綜合溫度。

3.2控制機(jī)組噴氨量

由于鍋爐風(fēng)道大，可能造成氮氧化物分布及噴氨不均勻，從而導(dǎo)致煙氣中氨氣量過(guò)剩。優(yōu)化機(jī)組脫硝系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)位置，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性和有效性，控制出口氮氧化物滿足要求的同時(shí)，氨逃逸不大于3ppm，減少副反應(yīng)的發(fā)生，降低硫酸氫銨的生成量，降低空預(yù)器堵灰的同時(shí)節(jié)省液氨的消耗量。

3.3加裝空預(yù)器高壓水沖洗裝置

利用硫酸氫銨易溶于水的特性，在空預(yù)器上裝設(shè)在線高壓水沖洗裝置，用高壓水（30MPa左右）通過(guò)噴頭均勻的噴灑在空預(yù)器受熱面上，以消除受熱面上的堵灰，降低空預(yù)器進(jìn)出口差壓，實(shí)現(xiàn)不停爐解決空預(yù)器堵灰。

3.4加裝干粉吸附劑注射系統(tǒng)，減少煙氣中的三氧化硫

把堿性物質(zhì)（氫氧化鈣）注射到煙氣中，與煙氣中的三氧化硫反應(yīng)，減少進(jìn)入脫硝反應(yīng)區(qū)的三氧化硫，從而減少副反應(yīng)的發(fā)生，降低硫酸氫銨的生產(chǎn)，解決因投入脫硝系統(tǒng)造成的空預(yù)器堵灰的問(wèn)題。

通過(guò)熱工優(yōu)化各項(xiàng)表計(jì)，在滿足環(huán)保要求的前提下減少機(jī)組噴氨量，降低硫酸氫銨的生成，全開(kāi)鍋爐一二次風(fēng)暖風(fēng)器供汽，提高空預(yù)器冷端綜合溫度，利用停爐機(jī)會(huì)對(duì)空預(yù)器進(jìn)行徹底沖洗和加裝在線水沖洗設(shè)備后，空預(yù)器堵灰現(xiàn)象基本消失，風(fēng)機(jī)電流也隨之下降，在保證設(shè)備正常運(yùn)行的同時(shí)也節(jié)約了廠用電。

參考文獻(xiàn)

[1]高西，李勤剛，某大型火電廠一次風(fēng)機(jī)失速原因分析與預(yù)防措施，[J]，華電技術(shù)，2014（6）55-60。

作者簡(jiǎn)介：邵寶坤，男，（1986-），大學(xué)本科，助理工程師，從事火電廠集控運(yùn)行方面工作。