NOx超低排放如何防止空预器堵塞

胡侃

摘要：为适应国内火电厂大气污染物控制的发展需要，响应国家“深度调峰”，达到超低排放的要求，满足脱硝SCR出口NOx浓度＜50mg/Nm3，我厂对#1、4炉脱硝SCR超低排放改造。改造后由于要控制脱硝出口NOx<50mg>，喷氨量必然增大，而喷氨量增大，易形成硫酸氢氨堵塞空预器。空预器堵塞会造成引风机耗电增加、喘振失速等问题，使机组最大出力受限，严重时空预器需停机清洗。通过#4炉空预器差压高原因的分析，制定相对应措施，探讨出适合我厂NOx超低排放下的运行管理方法和管理规定，并严格按规定操作，保证在满足环NOx超低排放的情况下，尽可能防止空预器堵塞。

系统概况：

空气预热器的型号：容克式三分仓29－VI。设计参数：

一次风进/出口温度： 23.9/319.4℃

二次风进/出口温度： 20.6/330.6℃

烟气进口温度：MCR 371.1℃

烟气出口温度：MCR 135.6℃（未修正）

MCR 127.8℃（修正）

漏风率：计算漏风率7.5%

实际漏风率10%左右

转子速度：主传动 1.147r·p·m，辅传动 0.263r·p·m

国电丰城电厂340MW烟气脱硝系统由北京国电龙源环保工程有限公司设计制造，采用选择性催化还原法（SCR）脱硝装置，设计脱硝处理能力锅炉最大工况下脱硝效率不小于82％，脱硝装置可用率不小于98%。 SCR脱硝反应器布置于低温省煤器和回转式空预器之间，烟气经高低温省煤器和尾部烟道后引出进入SCR脱硝反应器，再经过新增的回转式空预器后进入电除尘器。尿素水解产生的氨气在SCR脱硝反应器中催化剂的作用下与烟气中NOx按下述化学反应式进行反应，从而达到降低排烟中NOx含量的目的。

尿素水解反应方程式：

NH2CONH2 ＋ H2O → 2NH3 ＋ CO2

脱硝反应式：

4NO ＋ 4NH3 ＋ O2 → 4N2 ＋ 6H2O

6NO2 ＋ 8NH3 → 7N2 ＋ 12H2O

为适应国内火电厂大气污染物控制的发展需要，响应国家“深度调峰”，达到超低排放的要求，满足脱硝SCR出口NOx浓度＜50mg/Nm3，我厂对#1、4炉脱硝SCR超低排放改造。改造后喷氨量增大，易形成硫酸氢氨堵塞空预器。空预器堵塞会造成引风机耗电增加、喘振失速等问题，并使机组最大出力受限，严重时空预器需停机清洗。如何在NOx超低排放下避免空预器堵塞成为要点。

NOx超低排放，喷氨量增大，造成空预器堵塞，这是所有电厂都面临的问题。我厂自脱硝系统投运以来，空预器差压偏大，而在实行超低排放后，这一现象更加突出。#4炉NOx超低排放后，高负荷时A空预器烟气差压达1.9KPA，与未实行NOx超低排放前差压上升明显。

原因分析如下：

空预器硫酸氢氨堵塞---燃煤锅炉炉膛内烟气中SO2约有0.5%~1.0%被氧化成SO3。加装SCR系统后，催化剂在把NOx 还原成N2的同时，将约1.0%的SO2氧化成SO3。SCR反应器出口烟气中存在的未反应的逃逸氨(NH3)、SO3及水蒸汽反应生成硫酸氢氨或硫酸氨：

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

当烟气中的NH3含量远高于SO3浓度时，主要生成干燥的粉末状硫酸氨，不会对空预器产生粘附结垢。而硫酸氢氨在空预器冷段因烟温下降，低于硫酸氢氨露点而使之液化，液态硫酸氢氨是一种粘性很强的物质，在烟气中会粘附飞灰并附着在空预器表面，从而造成空预器堵塞和差压增大，危及机组运行安全。

影响硫酸氢氨生成的因素主要有2点：

1、NH3/SO3摩尔比。

2、NH3和SO3浓度乘积。

烟气SO3主要由煤中含硫量，我们只有控制NH3氨逃逸来控制硫酸氢氨的形成。

当氨逃逸量小于1以下时，硫酸氢氨生成量很小，空预器堵塞现象不明显。有测试结果表明，若氨逃逸量增加大2，空预器运行半年后其阻力增加约30%，若氨逃逸量增加到3，空预器运行半年后阻力增加50%。

通过以上的原因分析，结合#4机组的实际运行情况，引起空预器堵塞和差压增大的主要原因是SCR反应器出口烟气中存在的未反应的逃逸氨(NH3)、SO3及水蒸汽反应生成气态硫酸氢氨，气态硫酸氢氨在空预器冷段因烟温下降，低于硫酸氢氨露点而使之液化，液态硫酸氢氨是一种粘性很强的物质，在烟气中会粘附飞灰并附着在空预器表面，从而造成空预器堵塞和差压增大，危及机组运行安全。

如何防止空预器烟气差压上升呢：

一、减小运行中的氨逃逸

１、减小喷氨量

1.1降低锅炉的过量空气系数，保持低氧量运行。

1.2降低燃烧中心，适当的降低燃烧中心能降低锅炉出口烟气中的NOx含量。

1.3降低一次风压，一次风压能满足送粉要求即可，降低一次风压可保证锅炉主燃烧区浓度，提高主燃烧区产生的NOx被还原的比例。

1.4控制煤粉细度，合理的煤粉细度能保证煤粉在主燃烧区的燃烧，防止未燃烧完全的煤粉进入还原区及燃尽区燃烧，造成炉膛出口NOx含量增加。

２、完善设备的定期调整试验与更换机制

2.1加强对喷氨隔栅均匀性的调整，制定喷氨隔栅定期调整试验机制，每次检修或每半年均应对喷氨隔栅进行一次优化，防止喷氨不均匀造成反应效率下降，浪费氨气的同时造成空预器硫酸氢氨堵塞。

2.2定期更换催化剂层。建立各炉催化剂台账，对催化剂进行全寿命管理，及时更换失效的催化剂，保证脱硝反应效率。

加强设备监测、巡检和消缺

3.1对脱硝各测点加强监视，发现测点显示有误，及时入缺，联系检修处理，防止因测点有误造成喷氨量大。

3.2加强对SCR管道伴热的巡检，发现故障及时入缺联系检修处理，防止SCR各管路结晶。

3.3控制氨逃逸浓度。运行中加强对氨逃逸浓度的监视，发现氨逃逸浓度异常升高，应立即降低喷氨量，查找原因，若因喷口堵塞或脱落，应及时修复，避免长时间不均匀运行。

3.4定期对水解反应器排污，保证氨蒸汽的纯度，提高催化剂的反应效率。

3.5控制低负荷运行时间，保证催化剂活性，加强对催化剂吹灰。

二、加强空预器吹灰

1、对空预器进行定期吹灰且吹灰蒸汽要保证足够的过热度，空预器吹灰管道疏水要充分。

2、加强吹灰阀门的综合治理，当锅炉空预器吹灰进汽阀门不严密时，会导致水蒸汽漏入空预器内部，造成空预器堵塞，阀门关不严时应及时入缺联系检修处理。

三、空预器改造

硫酸氢氨在空预器的中温段至低温冷段的温度区间具有很强的粘性，容易吸附灰尘堵塞空预器，危及其正常运行，因此可以对空预器进行适当的改造。

1、由于空预器的绝大部分中温段和部分低温冷段处于产生硫酸氢氨堵塞的温度区间，为了避免两段连接间隙内的硫酸氢氨堵塞搭桥可将传统的低温冷段和中温段合并为一段，鉴于搪瓷传热元件在传热、防腐性能上优于合金钢，可将冷段更换为搪瓷表面传热元件，原高温段传热元件保留使用。

2、空预器转子等结构也可做局部修改，将转子内部取消栅架，将横向隔板延伸到冷段，并直接安放加高后的冷段传热元件。

从2017年06月以来，部门制定措施，致力于防止空预器堵塞，降低空预器烟气侧差压，总结如下几点：

1、控制脱硝SCR入口NOx。通过降低一次风压。减小氧量，合理的配风，降低燃烧中心以及定期联系测量煤粉细度，发现不合格及时调整等措施控制脱硝SCR入口NOx。

2、加强对空预器吹灰。吹灰前疏水充分，使吹灰压力满足。发现吹灰调阀有内漏及时入缺处理。发现差压有上涨趋势，及时增加吹灰次数。空预器吹灰可以有效的降低空预器差压，吹灰后空预器差压约下降0.1KPA。

3、认真执行部门规定。对脱硝水解反应器定期排污。认真检查脱硝电伴热、蒸汽伴热的情况。声波吹灰罐定期排污。确保声波吹灰效果。

4、控制氨逃逸浓度。运行中加强对氨逃逸浓度的监视，调整喷氨量，控制氨逃逸在正常范围内。

采取以上措施后#4炉A空预器烟气差压下降约0.2KPa。

随着我厂标准化的逐步推进，我厂设备焕然一新，设备更可靠，更清洁，作业环境有了明显提升。设备安全是标准化的重中之重，在实际的运行工作中我们时刻把控设备的安全，空预器堵塞直接影响锅炉的安全及负荷接带。通过这一系列的措施，空预器堵塞的情况得到了控制，但让空预器烟气差压恢复到NOx超低排放前的目标还没有达成，仍需努力。建议机组停运后，检修检查脱硝SCR催化剂的情况及喷氨格栅，检查A空预器的堵塞情况，如果堵塞严重应对空预器清洗，确保空预器的安全运行，确保机组的安全运行。

作者简介：胡侃（1977年-），男，江西南昌，国电丰城发电有限公司，助理工程师，学士学位，研究方向：热能与动力工程