鍋爐SCR煙氣脫硝空氣預(yù)熱器堵塞原因及其解決措施

1、鍋爐SCR煙氣脫硝空氣預(yù)熱器堵塞原因及其解決措施截至2012年4月，建成、在建及簽訂合同的火電機(jī)組鍋爐煙氣脫硝裝置約650臺(tái)裝機(jī)容量共 計(jì)3.8億kW,其中投運(yùn)SCR裝置的機(jī)組容量超過1.0億kW。這些機(jī)組在安裝SCR裝置時(shí)，對(duì)部 分空氣預(yù)熱器（空預(yù)器）換熱元件進(jìn)行了改造，并配置了高效吹灰器。在已投運(yùn)煙氣脫硝裝置的機(jī)組 中，改造過的和尚未改造的空預(yù)器均出現(xiàn)過因硫酸氫氨堵塞而造成煙側(cè)阻力增加的現(xiàn)象，部分空預(yù)器 改造后還出現(xiàn)了排煙溫度升高，爐效降低的情況。1空預(yù)器硫酸氫氨堵塞燃煤鍋爐爐膛內(nèi)煙氣中的SO2約有0.5%1.0%被氧化成S03o加裝SCR系統(tǒng)后，催化劑在把 NOx還原成N2的同時(shí)，將約1

2、.0%的SO2氧化成S03O在空預(yù)器中/低溫段換熱元件表面，SC R反應(yīng)器出口煙氣中存在的未反應(yīng)的逃逸氨（NH3）、SO3及水蒸氣反應(yīng)生成硫酸氫氨或硫酸氨： NH3 +SO3 + H2O 一 NH4HSO4 2NH3+SO3 + H2O 一 （NH4）2SO4當(dāng)煙氣中的nh3含量遠(yuǎn)高于SO3濃度時(shí)，主要生成干燥的粉末狀硫酸氨，不會(huì)對(duì)空預(yù)器產(chǎn)生粘附結(jié) 垢。當(dāng)煙氣中的SO3濃度高于逃逸氨濃度（通常要求SCR出口不大于3 口L/L ）時(shí)，主要生成硫 酸氫氨（ABS），生成規(guī)律見圖1。50201000.50,10J 0.5 1.0 24 6 8】0 20 50$4米度3L , L 1圖1 ABS生成溫

3、度曲線在15 02 2 0 C溫度區(qū)間，ABS是一種高粘性液態(tài)物質(zhì)，易冷凝沉積在空預(yù)器換熱元件表面， 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。硫酸氫氨造成的堵灰清除比較困難，嚴(yán)重時(shí)需停爐進(jìn)行離線清洗。為降低硫酸氫氨的影響，目前主要 從空預(yù)器本體改造或者脫硝系統(tǒng)氨逃逸控制兩方面采取措施。2空預(yù)器本體改造2.1改造措施空預(yù)器煙側(cè)進(jìn)出口溫度范圍約110400C，涵蓋了高粘性硫酸氫氨的生成溫度區(qū)間。為了應(yīng)對(duì)硫酸 氫氨的影響，空預(yù)器采取了以下改造措施。傳統(tǒng)空預(yù)器元件分為高、中、低溫3段，冷段高度約300mm，主要為了防止硫酸低溫腐蝕。 當(dāng)硫酸氫氨溫度區(qū)間跨越2層換熱元件時(shí)，

4、接縫處的硫酸氫氨吸附飛灰結(jié)垢搭橋現(xiàn)象更加嚴(yán)重。為此， 需合并傳統(tǒng)的冷段和中溫段，將換熱元件改為2段，冷段高度加大到約8001200mm，涵蓋機(jī)組不 同負(fù)荷下硫酸氫氨的生成溫度范圍，保證全部硫酸氫氨在冷段完成凝結(jié)和沉積?？疹A(yù)器冷段元件較高，元件下部煙氣溫度較低，易受到煙氣中的酸結(jié)露低溫腐蝕，造成元件表 面銹蝕龜裂，加劇硫酸氫氨粘附掛灰。為提高冷段元件的表面光潔度和防腐蝕能力，通常采用高強(qiáng)度 低合金考登鋼材質(zhì)、表面鍍搪瓷或者表面使用硅作涂層。根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)2搪瓷鍍層能顯著降低硫 酸氫氨的結(jié)垢速率，但如鍍層因加工質(zhì)量而損裂，將不利于防止硫酸氫氨的吸附SCR空預(yù)器冷段 采用何種型號(hào)的換熱元件，主要受到煤

5、中硫含量、入口煙氣中$。3濃度、入口煙氣。2濃度、冷段綜 合溫度水平等因素的綜合影響。根據(jù)國外某公司的經(jīng)驗(yàn)(圖2)，煤中硫含量小于1.75%且冷段綜合 溫度大于138C時(shí)，冷段可采用考登鋼材質(zhì)。加裝SCR系統(tǒng)后，空預(yù)器冷段換熱元件通常采用局部封閉、高吹灰通透性的波形(如FNC 或DNF)替代傾斜的雙層皺紋形，使元件表面沉積的飛灰易于被吹灰器清掃?？疹A(yù)器冷段換熱元件即使采用鍍搪瓷元件，如果沒有有效的吹灰清洗裝置相配套，同樣會(huì)發(fā)生 嚴(yán)重的堵灰。目前，空預(yù)器冷段通常配置回轉(zhuǎn)式雙介質(zhì)高能量射流吹灰器，正常運(yùn)行過程中，采用高 壓蒸汽吹掃，當(dāng)空預(yù)器煙側(cè)阻力超過設(shè)計(jì)值的50%時(shí)，投運(yùn)高壓水沖洗。沖洗主要有離

6、線和在線2 種方式，前者是在保持60%左右機(jī)組負(fù)荷時(shí)，將單側(cè)空預(yù)器解列隔離進(jìn)行高壓水沖洗，完成后采用 同樣方式?jīng)_洗另一臺(tái)空預(yù)器；后者是在機(jī)組滿負(fù)荷或部分負(fù)荷下，對(duì)任一臺(tái)運(yùn)行中的空預(yù)器進(jìn)行高壓 水沖洗。高壓水沖洗時(shí)，水壓達(dá)1 0MPa以上，水量小于7 0kg/min，對(duì)煙氣成分或煙氣溫度影響甚 微。煤中收到基硫含量圖2冷段鍍搪瓷的臨界曲線2.2改造效果國內(nèi)部分進(jìn)行煙氣脫硝機(jī)組對(duì)空預(yù)器低溫段元件鍍搪瓷，改造前后的結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)見表1。其中， 案例1是6 0 0 MW機(jī)組，空預(yù)器低溫段元件高度增加271mm，換熱面積增加13.9%,漏風(fēng)率由12% 降低到4.15%，排煙溫度約降低7.8C，但與設(shè)計(jì)值

7、相比仍相差6.4C ；案例2是350MW機(jī)組，空預(yù) 器由28VIX1800 CRT ）型更換為2 9VI（T） 1 9 5 0 QMR，空預(yù)器低溫段元件高 度增加150mm，換熱面積增加9.2%，漏風(fēng)率由7.0%降低到4.58%，排煙溫度降低10.5C，但比設(shè) 計(jì)值高了 1316C；案例3是3 0 0 MW機(jī)組，空預(yù)器低溫段元件總高度不變（許多機(jī)組因空間所限， 無法增加空預(yù)器元件高度），冷段鍍搪瓷，換熱性能下降，BMCR工況和BRL工況計(jì)算出來的排 煙溫度比原設(shè)計(jì)分別高13.6。和8.4C。表1空預(yù)器改造案例項(xiàng)目案例】案例2案例3局溫段/mm1 0機(jī)8500300中溫段1 rr.m45L 21

8、 000800jlu 中溫段 2/mni800低溫段Fhm304.8300300總高度/舊孩1槌& 81 8002 200元件面秋36 fiOO23 S10局溫段mm3001 000400中溫段/mm9001 000改后1氐溫段mm900950800總高度./ mm2 1001 9502 200元件面積.靜43 978加000排煙溫度T149, 7改削漏風(fēng)率12. 0L0沖戶排煙溫度弋137, 0139,2+ 8. 4漏風(fēng)率4, 54. 58設(shè)計(jì)排煙溫度X13L41233案例1與案例2機(jī)組的空預(yù)器改造后，運(yùn)行過程中的排煙溫度降低，除因增加了換熱元件面積外，漏 風(fēng)率降低是其主要原因。案例3維持元

9、件高度和漏風(fēng)率不變，則換熱效果降低。因此，針對(duì)煙氣脫硝 進(jìn)行空預(yù)器改造時(shí)，需考慮空預(yù)器的內(nèi)部空間及性能現(xiàn)狀，否則可能造成排煙溫度增加，鍋爐效率降 低。3氨逃逸影響分析 煙氣脫硝裝置運(yùn)行過程中，除了極端工況造成短時(shí)間內(nèi)過量噴氨外，當(dāng)氨噴射系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)、煙氣流 場(chǎng)分布不均勻或者噴氨格柵局部噴嘴被堵塞時(shí)，也會(huì)造成反應(yīng)器出口局部區(qū)域的氨逃逸過量。不同程 度的氨逃逸是造成空預(yù)器堵塞的主要原因。對(duì)于煙氣脫硝裝置，除通過氨噴射系統(tǒng)、導(dǎo)流系統(tǒng)、混合 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提高煙氣流場(chǎng)的分布均勻性外，日常運(yùn)行過程中，還需嚴(yán)格控制噴氨量，防止過度噴氨， 并定期進(jìn)行氨噴射系統(tǒng)的噴氨流量平衡調(diào)整，防止局部過大氨逃逸。某 1 0

10、0 0 MW機(jī)組鍋爐煙氣脫硝裝置的SCR反應(yīng)器截面為14mxl7m，在出口截面測(cè)得煙氣中 的NOx濃度分布很不均勻（圖3）：沿爐寬方向，測(cè)點(diǎn)1至17，NOx濃度逐漸增加；沿爐深方向， 測(cè)孔P1至P7，NOx濃度逐漸增加。在反應(yīng)器入口 NOx濃度分布相對(duì)較均勻的情況下，出口 NOx 濃度高的區(qū)域氨逃逸濃度較低，對(duì)應(yīng)氨噴射格柵區(qū)域的氨噴射量較低，而出口 NOx濃度低的區(qū)域氨 逃逸濃度較大，對(duì)應(yīng)氨噴射格柵區(qū)域的氨噴射量較高。氨噴射系統(tǒng)局部噴氨量過大，將造成局部氨逃 逸過大，會(huì)加劇空預(yù)器的硫酸氫氨堵塞。圖3 反應(yīng)器出口 NO.濃度分布根據(jù)豪頓華公司經(jīng)驗(yàn)，SCR出口氨逃逸控制在較低濃度時(shí)，空預(yù)器阻力仍會(huì)

11、因少量硫酸氫氨沉積而 緩慢增長。當(dāng)空預(yù)器煙側(cè)阻力超過設(shè)計(jì)值5 0%時(shí)，則需要啟動(dòng)高能量雙流體噴槍對(duì)空預(yù)器冷段進(jìn)行 高壓水沖洗。高壓水沖洗啟動(dòng)周期與氨逃逸濃度有關(guān)，氨逃逸濃度越大，空預(yù)器阻力增長的越快，沖 洗周期越短（圖4） 4：氨逃逸濃度為48 口L/L時(shí)，沖洗周期約為3個(gè)月；氨逃逸濃度為3 6 口L/L時(shí)，周期約為56個(gè)月；氨逃逸濃度為24口L/L時(shí)，周期約為11個(gè)月；氨逃逸濃 度為12L/L時(shí)，即使運(yùn)行12個(gè)月也無需沖洗。2.50 I 2 S 4 5 6 7 8 9 10 II 12月份圖4嬴逃逸濃度和空預(yù)器阻力對(duì)沖洗周期的影響4結(jié)論與建議對(duì)于投運(yùn)時(shí)間較短或者運(yùn)行效果良好的空預(yù)器，建議不進(jìn)行空預(yù)器改造，但要求適當(dāng)放大煙氣 脫硝裝置的脫硝效率設(shè)計(jì)裕量，通過流場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和定期進(jìn)行氨噴射流量平衡調(diào)整提高噴氨均勻性， 并嚴(yán)格控制噴氨量，防止局部或整體過量噴氨，減少硫酸氫氨的生成。對(duì)于運(yùn)行效果較差的空預(yù)器，可結(jié)合降低