楊勇軍

(中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司動力部，江蘇南京 210048)

淺析SCR對鍋爐設備的影響及對策

楊勇軍

(中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司動力部，江蘇南京 210048)

鍋爐 煙氣 氮氧化物 脫硝 防范措施

1 鍋爐現(xiàn)狀

中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司(以下簡稱南化公司)動力部鍋爐尾部煙道設備布置流程為：高溫省煤器—脫硝SCR反應器—高溫空預器—低溫省煤器—低溫空預器—布袋除塵器。

鍋爐脫硝系統(tǒng)采用低氮燃燒器+SCR的工藝路線。該工藝通過低氮燃燒器減少煙氣中NOx生成，為保證催化劑化學反應所需要的最佳還原溫度及安裝空間，對高溫省煤器進行強化換熱改造。在高溫省煤器后增加SCR反應區(qū)，在SCR反應區(qū)入口處增加1組噴氨格柵，向煙氣中噴入氨、空混合氣;再通過催化劑層進行選擇性催化還原反應，達到脫硝目的。

為了能布置SCR部分進出口煙道，對高溫省煤器、上層空預器、低溫省煤器及下層空預器進行改造，騰出空間的同時提高了爐效，確保不因低氮燃燒器改造導致鍋爐整體爐效降低。

低氮燃燒器改造在鍋爐的18.6 m和16.2 m各增加1層燃盡風，同時為保證鍋爐效率，將高溫省煤器和低溫省煤器更換為螺旋翅片管省煤器，高溫空預器改為內(nèi)螺旋管空預器，考慮到硝酸氫銨的存在，低溫空預器下層采用內(nèi)襯搪瓷的空預器。

SCR部分的催化劑采用FN-2G型脫硝催化劑、反應器內(nèi)“2+1”層催化劑設計，目前實裝2層，預留1層位置。按照目前安裝的2層來計算，總催化劑體積為62.1 m3，總質(zhì)量56 t，每層由20個催化劑模塊組成，每組模塊尺寸為1 850 mm×940 mm。

2013年5月南化公司改造1#鍋爐脫硝，10月29日開車，11月6日完成熱態(tài)調(diào)試，投運SCR系統(tǒng)。2014年2月改造2#鍋爐脫硝， 25月15日開車，5月21日完成熱態(tài)調(diào)試，投運SCR系統(tǒng)。2014年6月9日改造3#鍋爐脫硝， 11月14日開車，11月24日完成熱態(tài)調(diào)試，投運SCR系統(tǒng)。

2 脫硝SCR反應原理

2.1 脫硝反應原理主反應

SCR脫硝的還原劑是氨氣，氨氣在脫硝的催化劑作用下主要發(fā)生如下化學反應[1]：

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(2)

經(jīng)過式(1)和式(2)實現(xiàn)了脫除煙氣中氮氧化物的作用，但是在煙氣中NOx是以NO形式存在，在脫硝中是以第一個反應為主的。但是在脫除氮氧化物的過程中會發(fā)生氨氣分解的化學反應[1]：

(3)

(4)

2.2 脫硝反應中的副反應

在煙氣中因為不只存在著氮氧化物，還存在著與硫相關的一些氧化物，在煙道中總會存在一些漏風的情況，或者司爐工在操作燃燒時使煙氣中的含氧量過大，因而在SCR系統(tǒng)下游會發(fā)生一些次級反應[1]：

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(7)

(8)

這些硫酸銨與硫酸氫銨是非常細的顆粒物，在溫度高于230 ℃時以顆粒狀存在，硫酸氫銨在 180～230 ℃呈液態(tài)且具有很強的黏結性[1]。

3 脫硝SCR對鍋爐設備運行的影響

3.1 SCR對鍋爐低溫空氣預熱器的影響

低溫空預器進口溫度為260 ℃，出口溫度約140 ℃，由于脫硝中的NH3逃逸導致副反應中生成部分硫酸氫銨，硫酸氫銨黏結在空預器管線內(nèi)壁，與部分灰分黏結在一起堵塞空氣預熱器[2]，影響空氣預熱器的換熱效果，降低鍋爐效率。由脫硝反應原理可知：在脫除煙氣中的NOx時會產(chǎn)生很多水分子，當空氣預熱器內(nèi)壁抗腐蝕材料出現(xiàn)脫落或者磨損時，脫硝時存在的硫酸、硫酸氫銨、硫酸銨在黏結部分水分子會加劇低溫空預器腐蝕速度，腐蝕處一般在空預器管口處。

3.2 SCR對低溫省煤器的影響

1)硫酸銨、硫酸氫銨與鍋爐灰分黏結形成較大的固體顆粒物，在風機抽吸力作用下，以較大的速度下降，沖擊到省煤器管束，長時間的沖刷對省煤器管束造成巨大磨損，從而導致省煤器泄露。

2)硫酸銨與硫酸氫銨與灰形成的固體黏結物附著在低溫省煤器管壁與翅片上，造成省煤器內(nèi)部煙氣通道截面積縮小，流經(jīng)省煤器的煙氣流體在這一段的流速增加。流速越大，對管壁的沖擊力越大，磨損程度越厲害。

3)脫硝的次級產(chǎn)物中有水、硫酸銨和硫酸氫銨，這些產(chǎn)物結合在一起呈強酸性，因而沖刷與化學腐蝕的雙重因素導致省煤器管束運行環(huán)境惡劣。

4)低溫省煤器內(nèi)部流場改變對省煤器的影響：脫硝SCR的次級產(chǎn)物與煙氣作用，其中一部分黏附在高溫空預器底端，另一部分黏附在低溫省煤器管束上。由于灰分堵塞與黏附，煙氣在低溫省煤器內(nèi)部的流道在部分省煤器管束上發(fā)生改變，低溫省煤器內(nèi)部局部流道發(fā)生改變后，局部流場也會發(fā)生相應改變。當煙氣流經(jīng)低溫省煤器內(nèi)部進行熱量交換時，由于灰分的堵塞與黏附改變了正常熱交換的流場，從而導致省煤器局部熱交換流場出現(xiàn)紊流。紊流形成后，煙氣流過省煤器時會對省煤器內(nèi)部某些固定的管束或者部位長期高速沖刷，這種長期高速固定的沖刷降低了省煤器管束壁厚變薄的承壓能力，最終導致省煤器泄漏。

3.3 SCR對布袋除塵器的影響

鍋爐脫硝改造后，鍋爐布袋除塵器的布袋壓差逐漸增大，導致鍋爐不能長周期穩(wěn)定運行。脫硝對鍋爐布袋除塵器內(nèi)部設備的影響如下:① 布袋糊帶嚴重，壓差高增加風機電耗。由于布袋長期運行，脫硝中產(chǎn)生的硫酸銨與硫酸氫銨逐漸黏結在布袋表面，這些黏結物黏性比灰大，使布袋透氣性差，從而導致布袋糊帶。② 對布袋使用壽命的影響。布袋在除塵過程中起過濾作用，噴吹的壓縮空氣有助于除去過濾時布袋表面的粉塵。過濾煙塵時，布袋抱緊在布袋內(nèi)部的袋籠架上，在噴吹作用下，壓縮空氣使布袋張開，使黏結在布袋表面的粉塵脫落。過濾煙塵時，布袋一開始處于收縮狀態(tài)，加上噴吹的壓縮空氣后布袋處于舒張狀態(tài)。在布袋處于舒張狀態(tài)時，部分次級反應產(chǎn)物殘留在布袋的纖維縫隙中，長時間運行會使這些次級反應產(chǎn)物堆積在布袋的纖維里，導致布袋收縮性與舒展性能變差。當這些次級反應產(chǎn)物堆積到一定數(shù)量后，布袋的收縮與舒展功能會逐漸失效，從而減少布袋使用壽命。③ 布袋內(nèi)部袋籠腐蝕加劇。由于次級反應產(chǎn)物的存在，內(nèi)部袋籠表面防護層脫落或出現(xiàn)裂紋，這些次級反應產(chǎn)物加劇內(nèi)部袋籠的腐蝕，被腐蝕的袋籠表面光潔度變差、摩擦力增大、黏結布袋能力增強，長期運行使布袋黏結到袋籠上，影響布袋的正常更換以及布袋的清理工作。

4 對鍋爐效率的影響

1)安裝SCR脫硝裝置后，煙道長度增加，散熱表面增加，導致熱量損失。

2)次級反應產(chǎn)物黏結在空預器管內(nèi)壁，嚴重時會導致空氣預熱器堵塞，降低空氣預熱器換熱效率，導致鍋爐排煙溫度升高，降低鍋爐熱效率。

5 防范措施

5.1 加強吹灰

加強鍋爐吹灰的管理，有效提高NH3在脫硝SCR的反應效率，從而降低NH3逃逸。空氣預熱器與省煤器能提高鍋爐換熱效率，從而降低次級反應產(chǎn)物黏結在空預器與省煤器上的幾率。

5.2 嚴格控制運行過程中的氨逃逸

為減少脫硝系統(tǒng)運行時對鍋爐的影響，需要控制硫酸氫銨的生成量，生成的硫酸氫銨主要與煙氣中NH3、水分、SO3以及溫度相關。在火電廠的實際運行中，控制煙氣中的水分、SO3、溫度較為困難，只有控制煙氣中NH3含量較為容易[2]。因此嚴格控制NH3逃逸率，減少生成的硫酸氫銨才能降低脫硝系統(tǒng)運行時給鍋爐帶來的影響。

6 結語

火力發(fā)電廠中的SCR會降低尾部煙道后續(xù)設備的使用壽命以及鍋爐熱效率，因此了解運行過程中的SCR系統(tǒng)對鍋爐運行的影響，采取有針對性的措施，才能確保鍋爐安全、穩(wěn)定、長周期運行。

[1] 蔣文舉.煙氣脫硫脫硝技術手冊(第2版)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2012：417.

[2] 寧獻武，劉樹民，劉志杰，等.SCR脫硝系統(tǒng)對鍋爐設備的影響及對策[J].電力環(huán)境保護，2009，12(6)：34-36.

TQ111.26；X701

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1002-1507(2017)08-0050-02

2017-06-01。

楊勇軍，男，中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司動力部助理工程師，主要從事鍋爐裝置管理工作。電話：15077894268；E-mail：yangyj.nhgs@sinopec.com。