SCR脱硝系统对锅炉经济性的影响

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SCR脱硝系统对锅炉经济性的影响

摘要：火电厂SCR烟气脱硝装置用于脱除烟气中氮氧化物（Nox）。该类技术通过将氨（NH3）作为还原剂喷入烟气中，使还原剂与烟气中的NOx发生还原反应，生成无害的氮气（N2）和（H2O），从而达到脱除氮氧化物的目的。然而SCR脱硝装置对锅炉也产生了一定的影响。

目前、烟气脱硝主流技术工艺之一选择性催化还原发（SCR）应用十分广泛，被大量在建电厂选用。SCR脱硝装置脱硝效率可达85%以上，能满足严格的环保排放标准。若锅炉设计煤种燃烧后产生的烟气中NOx含量较高，SCR烟气脱硝装置可保证烟气脱硝效率，大大降低烟气NOx排放量。
1.脱硝装置介绍
2014年河北龙山电厂2×600MW空冷燃煤机组实施烟气脱硝改造工程，采用选择性催化还原法（SCR）脱硝装置，每台锅炉配置2台SCR反应器。反应器内催化剂层按照两层，并预留一层设计，催化剂的型式采用蜂窝式。烟气系统安装位置是由锅炉尾部低温省煤器下部引出口引至SCR反应器本体入口、SCR反应器本体出口至回转式空预器入口之间的连接烟道。脱硝还原剂采用氨气（无水液氨制取），本工程配套建设氨站一座，包括液氨卸料、储存、蒸发及供应系统，满足两台机组脱硝需求。
2.SCR脱硝技术原理
“选择性催化剂还原烟气脱硝”技术，其主要化学反应如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O
其反应产物为对环境无害的水和氮气，但只有在800℃以上的条件下才具备足够的反应速度，工业应用时须安装相关反应的催化剂，在催化剂的作用下其反应温度降至400℃左右，SCR脱硝系统催化剂的工作温度是有一定范围的，温度过高（＞450℃）时催化剂会加速老化；当温度在300℃左右时，在同一催化剂的作用下，另一副反应也会发生：
2SO2+O2→2SO3
NH3+H2O+SO3→NH4HSO4
即生成氨盐，该物质粘性大，易粘结在催化剂和锅炉尾部的受热面上，影响锅炉运行。因此，只有在催化剂环境的烟气温度在300-420℃之间时方允许喷射氨气进行脱硝。
3.运行中SCR系统对锅炉的影响
长期运行后发现机组送、引风机电流上涨、电耗增加，空预器二次风和烟气出入口压差变大，在50%-100%负荷工况下由正常0.5-1.1Kpa增长到1.5-2.2Kpa，排烟温度也有所增长。在加装了SCR脱硝装置以后实际运作中也对锅炉系统有其他的的影响，根据实际参数和运行情况总结如下：
3.1SCR法脱硝对锅炉效率的影响。
（1）安装SCR脱硝系统后锅炉的热量损失主要是烟气通过脱硝系统后烟温会降低6℃左右，对锅炉效率将会产生一定的影响。
（2）造成空预器换热元件堵塞，排烟温度升高，增大引风机电耗。氨气和三氧化硫反应生成硫酸氢氨。硫酸氢氨在温度180～200℃的环境中的粘性物，因此在空预器高温段和低温段处烟气中的灰尘在该处容易和硫酸氢氨一块极易粘附于空预器换热面上，使空预器换热元件脏污，空预器的换热效果，是排烟温度升高，锅炉效率降低的主要原因。
（3）空预器漏风率增大。烟气通过SCR脱硝系统以后的压降将增加800Pa左右，为了使炉膛内部压力平衡，吸风机的出力将有所增加，从而导致空预器内部烟气压力降低，使空预器风/烟压差增大，导致空预器漏风率增加，锅炉效率降低。
3.2对烟道阻力的影响。
SCR脱硝装置使烟气阻力增加800Pa左右，而且对蜂窝式催化剂容积积灰堵塞，且随着运行时间的增长，催化剂堵塞程度也越严重，将导致吸风机的电耗增加，现在设计的SCR脱硝系统均不设计旁路系统，如果催化剂堵塞严重，将直接影响锅炉的安全、稳定运行。
3.3对空预器的影响。
SCR脱硝装置对空预器的影响更为突出。主要原因是硫酸氢氨的腐蚀性和黏结性。硫酸氢氨于灰尘一起粘附在空预器的换热元件上，不仅降低换热效果，还将会在空预器的低温段产生低温腐蚀，同时造成空预器的积灰。SCR脱硝装置氨逃逸率一般设计为不大于3ppm，逃逸率超过设计值时将会造成大量的硫酸氢氨生成，致使空预器严重堵塞，这将造成吸风机电耗增加，一次风机母管压力波动大等情况。另外，燃用高硫煤时，烟气中SO3含量较高，空预器的低温段就可能有硫酸溶液凝结在换热元件上，造成空预器的低温腐蚀。
4.采取的针对性措施
针对以上情况，为减弱SCR脱硝对锅炉的负面影响我们总结了一些经验，借鉴其他各厂的技术措施，在实际运行中有以下措施：
4.1减少SCR脱硝催化剂积灰情况。
烟气中灰尘的含量与煤种的灰份、燃烧调整有很大关系，但影响脱硝催化剂积灰的因素还于省煤器疏灰系统运行情况、脱硝装置所安装的吹灰器有关。省煤器疏灰系统不能正常工作，将会使大量的灰尘带入脱硝上层催化剂，即便加强脱硝系统吹灰仍不能避免蜂窝状催化剂的堵塞。用于脱硝装置的吹灰器有声波和蒸汽吹灰两种方式，声波吹灰器在灰量较小时效果较为明显，并能彻底吹除边角的积灰。但灰量较大时耙式蒸汽吹灰器能起到很好的作用。
4.2空预器传热元件及冲洗改造
安装SCR脱硝工艺的空预器在防止起低温段腐蚀、积灰堵塞和清洗方面需要进行特殊设计。为防止由于空预器脏污使传热效果降低，或空预器堵塞导致被迫停炉事件的发生，空器低温段传热元件应采用搪瓷表面传热元件。为避免锅炉运行期间由于出现空预器有严重堵塞而被迫停炉事件的发生，在空预器吹器选型时不妨可以考虑采用双介质吹灰器（蒸汽和水），实现对空预器在线水冲洗。正常运行时采用蒸汽定期吹灰，空预器堵塞严重时采用高压水冲洗。如果空预器传热元件由于未采用搪瓷材质，在SCR脱硝系统投入半年时间即出现严重堵塞情况。所以一般要对空预器传热元件低温段进行更换，更换为搪瓷管空预器。
4.3加强吹灰，定期对空预器进行冲洗和维护
SCR脱硝系统在运行过程中，催化剂和空预器积灰堵塞是在所难免的，必须加强SCR反应器区域和空预器的吹灰，尤其应加强空预器低温段的吹灰。发现烟道阻力增大时，及时对催化剂进行清理，发现空预器进、出口差压增大，应及时加强空预器或者水冲洗。要想从根本解决麻烦更换为搪瓷管空预器。
4.4控制氨逃逸率
为减少脱硝装置运行时对锅炉的影响，控制硫酸氢氨的生成量就显得尤为重要。生成硫酸氢氨的反应速率主要与温度、烟气中氨气、SO3及水含量有关。对于实际运行的火电机组，锅炉烟气中SO3及水的含量无法控制。因此，必须严格控制氨的逃逸率。
（1）严格控制氨的喷入量，防止氨气过量而造成氨逃逸，正常情况下应控制氨逃逸率超过3ppm，保证计量设备的正确全时的投入，加强维护。
（2）保持催化剂的活性。SCR脱硝催化剂的寿命一般在5～6年，SCR脱硝装置设计均为2＋1方式，当脱硝效率达不到设计值或不能满足国家环保排放要求时，为确保锅炉的安全运行，就必须对催化剂进行清洗或安装备用层催化剂。
（3）加强空预器进、出口差压的监视，发现空预器进、出口差压增大时及时减少喷氨量，增加空预器低温段的吹灰次数。
采用SCR脱硝装置，对锅炉尾部受热面（主要是空预器）的沾污、堵塞和腐蚀可通过限制氨逃逸量及催化剂的SO2/SO3氧化率加以控制；对锅炉热效率的影响可通过减少烟长度从而减少散热面积加以控制；对引风机的影响（即锅炉烟气阻力的增加）可通过合理设计烟道形状、合理选取烟气流速、加装导流装置、缩短烟道长度等加以控制。
5.结束语
由于近年来的环保排放标准越趋严格，脱硝设备的投入是以后各厂所必行的，脱硝所带来的问题也是不可避免的，要利用现有的运行经验进行技术总结，加强治理维护，保证环保达标排放的同时，减弱脱硝设备运行对锅炉的负面影响，增加经济效益。

内容来源：电力设备

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