脫硝氨逃逸對空預(yù)器的危害及應(yīng)對措施

安鵬羽

摘 要：隨著環(huán)保要求越發(fā)嚴(yán)格，火力發(fā)電廠陸續(xù)增加了脫硝設(shè)備，本文重點(diǎn)介紹了當(dāng)前電廠脫硝技術(shù)中的常用的選擇性催化還原法（SCR）的工藝流程，介紹了在實(shí)際工作中氨逃逸的測量方法和原理，闡述了氨逃逸量過大的危害及NH4HSO4的生成原理，由于NH4HSO4粘性大、腐蝕性強(qiáng)，易捕捉煙氣中的飛灰，是造成空預(yù)器堵塞的主要原因，針對空預(yù)器堵塞的原因提出了應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：脫硝 氨逃逸 空預(yù)器

中圖分類號：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0044-03

選擇性催化還原法（SCR）作為目前技術(shù)成熟、效果較好的脫硝工藝被廣泛應(yīng)用于火電廠的脫硝工程中，但此方法在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了空預(yù)器堵塞、NOx排放超標(biāo)、催化劑磨損等問題。其中，空預(yù)器堵塞問題最為嚴(yán)重，造成煙氣流動過程中的阻力增大，風(fēng)機(jī)的能耗增加，嚴(yán)重時需要停機(jī)清理空預(yù)器。因此，研究如何防止空氣預(yù)熱器堵塞對電廠的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性都具有重要的意義。

1 脫硝系統(tǒng)工藝流程

選擇性催化還原法（SCR）裝置，布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間，脫硝煙氣從省煤器至空氣預(yù)熱器之間的煙道接入，工藝流程圖如圖1所示。一般脫硝SCR反應(yīng)器設(shè)計(jì)三層催化劑，煙氣豎直向下流經(jīng)反應(yīng)器，反應(yīng)器入口設(shè)置氣流均布裝置，反應(yīng)器入口及出口處均設(shè)置導(dǎo)流板，對于反應(yīng)器內(nèi)部易于磨損的部位設(shè)計(jì)必要的防磨措施。

隨著催化劑性能的不斷改進(jìn)和反應(yīng)操作條件的日趨優(yōu)化，SCR技術(shù)也逐漸成熟，在我國也得到廣泛的應(yīng)用。

2 氨逃逸的危害及硫酸氫氨的生成原理

由于脫硝反應(yīng)過程中會產(chǎn)生一定量的氨逃逸，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，脫硝煙氣中部分SO2在催化劑的作用下轉(zhuǎn)化為SO3，SO3和氨發(fā)生反應(yīng)生成（NH4）2SO4和NH4HSO4。NH4HSO4是一種易冷凝沉積在空器換熱元件表面的高粘性液態(tài)物質(zhì)，極易粘附煙氣中的飛灰顆粒，堵塞換熱元件通道，增加空預(yù)器阻力并影響換熱效果。

反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

NH3+SO3+H2O →NH4HSO4

2NH3+ SO3+H2O→（NH4）2SO4

當(dāng)煙氣中的SO3濃度高于氨逃逸濃度（通常要求SCR出口不大于3ppm）時，主要生成硫酸氫氨（ABS），生成規(guī)律見圖2。

硫酸氫氨造成的堵灰清除比較困難，嚴(yán)重時需停爐進(jìn)行離線高壓水清洗，既影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又消耗了大量的人力物力。為有效解決此類問題的產(chǎn)生，降低硫酸氫氨對煙道換熱效果的影響，主要從空預(yù)器本體改造和脫硝系統(tǒng)氨逃逸控制兩方面采取措施。

3 氨逃逸的測量方法及原理

氨逃逸一般采用NEOM激光氣體分析儀進(jìn)行測量，分析儀包括3個獨(dú)立的單元：帶有吹掃的發(fā)射單元、帶有吹掃的接受單元、電源單元，如圖3所示。

NEOM激光氣體分析儀是一臺光學(xué)儀器，其工作原理是：在煙道一側(cè)發(fā)射器發(fā)射紅外激光到煙道另一側(cè)的接收器上，用煙道內(nèi)存在的氣體分子測量對光的吸收量，大多數(shù)氣體只吸收特定波長的光，吸收量是煙道內(nèi)氣體含量的一個直接反應(yīng)。

4 空預(yù)器堵塞原因分析

目前火力發(fā)電機(jī)組安裝SCR煙氣脫硝系統(tǒng)后普遍存在氨逃逸的現(xiàn)象，過量的氨逃逸會導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞而阻力增加，嚴(yán)重影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。噴氨總量控制不合理，煙道中氨逃逸較高是造成空預(yù)器堵塞的主要原因。

經(jīng)分析，空預(yù)器堵塞物中主要是NH4HSO4為主的混合物，在空預(yù)器冷端結(jié)露生產(chǎn)具腐蝕性、粘粘性的液體，這種狀態(tài)下煙氣中的飛灰極易被NH4HSO4捕捉，積累在空預(yù)器蓄熱片上，煙氣中飛灰會進(jìn)一步被吸附流通，形成惡性循環(huán)，經(jīng)分析火電廠脫硝系統(tǒng)的投運(yùn)是產(chǎn)生NH4HSO4的主要來源，此外，NH4HSO4具有的腐蝕性，造成空預(yù)器蓄熱片金屬原件腐蝕變脆，蓄熱片斷裂，引起空預(yù)器的局部堵塞和腐蝕，威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行?？疹A(yù)器堵塞不僅降低電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，也對機(jī)組的安全運(yùn)行造成危害，因此，研究造成空預(yù)器堵塞的原因，解決空預(yù)器堵塞，已成為迫在眉睫的任務(wù)，如圖4所示。

由于以下幾個直接原因?qū)е驴疹A(yù)器換熱元件堵塞更為嚴(yán)重。

（1）脫硝控制系統(tǒng)噴氨調(diào)整不當(dāng)，脫硝反應(yīng)器中NOX分布不均勻，導(dǎo)致噴氨過量，使氨逃逸增大造成硫酸氫氨結(jié)晶嚴(yán)重。

（2）機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，空預(yù)器冷端溫度過低，極易導(dǎo)致硫酸氫氨結(jié)晶，嚴(yán)重造成空預(yù)器堵塞。

（3）硫酸氫氨在空預(yù)器換熱片上結(jié)晶后，煙氣流動通道減少，更加劇造成空預(yù)器內(nèi)飛灰堵塞。

5 應(yīng)對措施

近年來，隨著安裝SCR煙氣脫硝系統(tǒng)火電廠空預(yù)器堵塞問題日益突出，國內(nèi)多家研究單位也已開展相關(guān)技術(shù)攻關(guān)研究工作，提出了脫硝機(jī)組空預(yù)器堵塞防治技術(shù)路線，在這些技術(shù)路線和方法中，SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化是必不可少的技術(shù)措施，其他措施應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場及機(jī)組實(shí)際情況進(jìn)行。

（1）控制NH4HSO4的生成，造成NH4HSO4生成的主要原因是脫硝系統(tǒng)的氨逃逸，因此為了防止空預(yù)器堵塞，必須控制脫硝反應(yīng)的氨逃逸，控制噴氨量，優(yōu)化脫硝反應(yīng)器流場分布，使反應(yīng)器內(nèi)的氮氧化物分布均衡，各區(qū)域噴氨分布相對固定，保持NOX分布均衡，才能避免局部過噴氨。同時，只有避免脫硝系統(tǒng)出口的NOX濃度過低，才能避免整體過噴氨。

（2）對空預(yù)器換熱元件進(jìn)行高壓水沖洗，解決NH4HSO4粘灰堵塞空預(yù)器的問題，沖洗過程中保證沖洗質(zhì)量，確保高壓沖洗水穿透3層蓄熱元件由熱端射出，沖洗完成后進(jìn)行透光率驗(yàn)收，空預(yù)器蓄熱元件表面清洗干凈并見金屬光澤，無損壞腐蝕現(xiàn)象；所有元件通透、透光；透光率達(dá)95%以上為合格。

對空預(yù)器換熱元件進(jìn)行改造，一般空預(yù)器元件由高、中、低溫?fù)Q熱元件構(gòu)成，硫酸氫氨沉積溫度正好處于空預(yù)器內(nèi)部溫度區(qū)間，在中、低溫段換熱元件接縫處的硫酸氫氨，吸附飛灰后加劇空預(yù)器換熱元件的堵塞和腐蝕，考慮將高、中、低溫段合并改為高、低溫段。同時，考慮換熱效率和防堵塞性能，換熱元件易采用大波紋形，更便于吹灰疏通，在低溫段采用鍍搪瓷換熱元件，使換熱元件表面光潔度和防腐蝕性能得以提高。

（3）對SCR脫硝反應(yīng)器的煙氣流場進(jìn)行優(yōu)化，保證SCR脫硝反應(yīng)器內(nèi)部流場的分布均勻性，通常在脫硝反應(yīng)器中設(shè)置導(dǎo)流板，使反應(yīng)器內(nèi)部煙氣流速均勻，保證SCR系統(tǒng)的脫硝效率、氨逃逸率、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率及系統(tǒng)阻力降的性能。

（4）加強(qiáng)空預(yù)器吹灰管理，在鍋爐運(yùn)行過程中保證吹灰質(zhì)量，根據(jù)空預(yù)器實(shí)際差壓變化的情況，合理調(diào)整吹灰頻次及強(qiáng)度。

（5）嚴(yán)格入爐煤的管理，使入爐煤灰分、硫分控制在規(guī)定范圍內(nèi)，防止高灰分、高硫分煤大量入爐，加劇空預(yù)器堵灰；當(dāng)實(shí)際燃煤煤質(zhì)硫分及灰分較高時，及時對空預(yù)器進(jìn)行沖洗。

（6）確保脫硝測量表計(jì)的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)表計(jì)維護(hù)，對控制系統(tǒng)邏輯進(jìn)行修改，增加脫硝運(yùn)行對機(jī)組負(fù)荷波動調(diào)節(jié)的靈敏性，減少滯后調(diào)節(jié)，低負(fù)荷狀態(tài)下可適時退出脫硝系統(tǒng)運(yùn)行。

6 結(jié)語

目前，在使用了選擇性催化還原法（SCR）進(jìn)行脫硝處理的火電廠中，空預(yù)器堵塞已成為普遍存在的現(xiàn)象，部分空預(yù)器雖然在設(shè)計(jì)過程中也充分考慮了如何預(yù)防堵塞，但是在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，空預(yù)器發(fā)生堵塞現(xiàn)象仍然普遍存在。對于已發(fā)生了的空預(yù)器堵塞，我們應(yīng)采取適當(dāng)措施，加強(qiáng)空預(yù)器吹灰管理，及時進(jìn)行水沖洗，提高排煙溫度，減少入爐煤含硫量、控制脫硝氨逃逸率等。這些方法我們應(yīng)根據(jù)各個機(jī)組實(shí)際情況，在運(yùn)行中不斷的改善修正，并在實(shí)際運(yùn)行中驗(yàn)證效果，實(shí)踐證明，只要措施適當(dāng)，空預(yù)器堵塞問題會得到有效改善。

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