陳震山

（國能（泉州）熱電有限公司，泉州 362800）

1 SCR 脫硝改造的必要性

隨著我國經濟的快速發(fā)展，工業(yè)鍋爐作為重要的能源轉換設備，其廢氣排放問題日益凸顯。特別是氮氧化物（NOx）的排放，不僅對環(huán)境造成了嚴重污染，還對人們的健康構成了威脅。因此，環(huán)保法規(guī)對鍋爐NOx排放的限制越來越嚴格，促使對鍋爐進行脫硝改造已經成為刻不容緩的任務。在此背景下，選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脫硝技術應運而生。

SCR 脫硝技術以其高效、成熟的特點成為當前控制NOx排放的最佳選擇。首先，該技術能夠有效降低鍋爐排放的NOx，減少大氣污染，改善空氣質量，對于保護生態(tài)環(huán)境具有積極作用。其次，SCR 脫硝技術能夠提高鍋爐的能源效率，實現(xiàn)資源的綜合利用和能源的高效轉換，降低企業(yè)的運行成本。最后，SCR 脫硝技術的成熟可靠為其在鍋爐改造中的應用提供了有力保障。經過多年的發(fā)展和應用，SCR 脫硝技術已經能夠長期穩(wěn)定地減少NOx排放，降低環(huán)境污染風險。企業(yè)通過實施SCR 脫硝改造可以使生產過程更好地滿足環(huán)保法規(guī)的要求，并彰顯環(huán)境保護的責任感和可持續(xù)發(fā)展理念，從而提升企業(yè)形象和品牌價值。因此，無論從環(huán)保法規(guī)的要求、大氣污染的減少、能源效率的提高還是技術成熟可靠性來看，對鍋爐進行SCR脫硝改造都是十分必要的。

2 鍋爐空預器堵塞常見原因

2.1 低溫硫吸附與腐蝕導致堵灰

在環(huán)保要求日益嚴格的背景下，許多電廠都調整了發(fā)電用煤，并采用了一些煤種的摻燒技術。但是，實踐中鍋爐出口的SO2含量往往難以達到排放標準，這主要是因為煤的高硫分和高水分特性導致煙氣露點溫度升高。煙氣露點溫度的上升會加劇煙氣的腐蝕性，對鍋爐設備造成損害。同時，煤的高灰分特性增加了SO3的吸附和腐蝕堵灰的風險。例如，SO3會與水蒸氣結合形成硫酸，對鍋爐的金屬材料造成腐蝕，可能導致設備損壞和運行效率下降。以上問題長期存在，堵灰問題加劇，就會造成空氣預熱器（以下簡稱空預器）的堵塞現(xiàn)象[1]。

2.2 吹灰不符合規(guī)定

空預器在運行過程中通常采用蒸汽吹灰的方法來清除積灰，以保持正常運行。然而，吹灰過程中往往會因為各種因素出現(xiàn)吹灰壓力不足、疏水不當或吹灰槍內漏等問題，從而導致空預器積灰板結，嚴重影響鍋爐的運行效率。運行人員在吹灰時如果未按照科學的順序進行，而是先吹空預器、爐膛或管束吹落的積灰，則可能會使積灰重新積聚在空預器中造成堵灰[2]。另外，如果沒有按規(guī)定進行連續(xù)吹灰，也會導致油滴和煤粉附著于換熱片，從而增加煙道的阻力，影響鍋爐的燃燒效率。

2.3 NH4HSO4 堵塞

燃燒高硫分煤種的鍋爐在超低排放改造后，普遍面臨NH4HSO4堵塞空預器的問題。研究表明，空預器煙氣環(huán)境中的SO3和NH3會反應生成（NH4）2SO4和NH4HSO4。這些化合物的生成比例受SO3和NH3濃度影響，且SO3濃度越高，越容易生成NH4HSO4。（NH4）2SO4通常以結晶或顆粒狀存在，熔點達513 ℃，但在空預器換熱段溫度范圍內（140～400 ℃）不易與飛灰結合，因此較少造成腐蝕或堵灰。相比之下，NH4HSO4的熔點為147 ℃，在空預器中下部換熱面上呈液態(tài)，容易與飛灰結合造成堵塞。由于燃煤機組煙氣中飛灰質量分數(shù)高，NH4HSO4在146～207 ℃時為液態(tài)，使得它更易與飛灰混合，并在空預器中下部換熱面形成沉積，導致堵塞問題。這一現(xiàn)象對鍋爐的運行效率和安全性產生了負面影響，因此需要采取相應的防護措施，如優(yōu)化噴氨控制、提高催化劑活性等，以減輕NH4HSO4堵塞問題[3]。

3 鍋爐脫硝改造后空預器堵塞案例分析

3.1 鍋爐設備及脫硝改造情況

某廠生產的HG-1025/17.4-YM28 型亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐，代表著國內鍋爐制造業(yè)的先進水平。該鍋爐采納高效的四角切圓燃燒技術，結合先進的低氮燃燒器，顯著降低了NOx的排放。為進一步提升其環(huán)保性能，電廠對其進行SCR 脫硝系統(tǒng)改造。該系統(tǒng)采用3 層脫硝層的設計，每一層都使用國產高品質蜂窩式催化劑，確保脫硝過程的高效性和穩(wěn)定性。催化劑布置在高溫高塵區(qū)域，以適應鍋爐內部嚴峻的工作環(huán)境。SCR 脫硝系統(tǒng)的前后部位，分別安裝了用于測量NOx濃度、氧濃度的取樣探頭以及監(jiān)控氨逃逸率的測點，使得整個脫硝過程可以實現(xiàn)精確控制，確保NOx的有效去除和氨的適量使用。此外，系統(tǒng)裝備了36 臺聲波吹灰器，用以清除催化劑表面的灰塵和沉積物，保證脫硝效率不受影響。在還原劑的選擇上，該系統(tǒng)采納液氨法作為氨的制備方案，確保了還原劑的純凈度和反應效率，而且便于后續(xù)的脫硝反應。液氨法的使用使得整個脫硝過程更為綠色環(huán)保，同時保證脫硝效率不低于87.5%，有效控制NH3逃逸率在0.000 25%以下，進一步減少了污染物對環(huán)境的影響[4]。

3.2 脫硝改造后空預器堵塞問題分析

SCR 脫硝技術改造后發(fā)現(xiàn)，空預器差壓出現(xiàn)顯著上升，表明空預器的運行效率有所下降。同時，脫硝催化劑出現(xiàn)積灰現(xiàn)象，導致其失效。這些問題的綜合效應是氨逃逸率從改造前的0.000 25%激增至0.001 00%，嚴重影響了SCR 反應的效率。氨逃逸率的升高意味著脫硝反應不完全。為了達到相同的脫硝效果，電廠不得不增加噴氨量，從而增加了運行成本。氨的過量使用，還會產生其他環(huán)境問題[5]。此外，空預器差壓的上升導致引風機出力必須增加，以維持足夠的氣體流量。這種情況下引風機面臨失速的風險，會對機組的穩(wěn)定運行構成威脅，甚至影響整個電廠的經濟性和安全性。

進一步檢查發(fā)現(xiàn)，以上問題主要是由NH4HSO4引起的。NH4HSO4是一種液態(tài)物質，具有很強的黏性。當煙氣溫度低于NH4HSO4的露點溫度時，這種物質便會凝結在空預器的表面，并吸附飛灰，從而導致堵塞。導致堵塞的具體原因是噴氨量的調整不夠精確，使得氨逃逸率超過標準限值。氨逃逸率的增加意味著脫硝反應不完全，使得氨氣與煙氣中的SO3反應生成更多的NH4HSO4，加劇了空預器的堵塞。空預器的吹灰效果不佳也是原因之一，會造成灰塵積累，形成堵塞。此外，燃煤的含硫或含氮成分過多，導致煙氣中的SO2或NOx生成過多，會與氨氣反應生成更多的NH4HSO4，導致空預器堵塞。

3.3 空預器堵塞的處理措施

3.3.1 進行燃燒調整

該電廠經過摸索和經驗積累，總結出一系列有效的措施來降低NOx的排放。第一，通過深入分析入爐煤質、試燒新煤種以及實時監(jiān)測NOx和SO2的濃度變化來優(yōu)化燃燒過程，選擇最適合的煤種，從而在源頭上減少NOx的生成。第二，在鍋爐低負荷運行時進行煙溫和風量的精確調節(jié)，以確保脫硝催化劑保持最佳反應溫度，降低氨逃逸率。同時，適當?shù)臏囟群惋L量可以確保脫硝反應效率，減少氨的過量使用。第三，優(yōu)化磨煤機的風粉比，減少一次風量比例，可提高燃燒效率，減少NOx的生成。這一措施有助于提升煤粉的燃燒完全度，降低NOx的排放。第四，保持冷端溫度高于148 ℃，設計并投入熱風再循環(huán)或暖風器，防止NH4HSO4的生成，避免空預器的堵塞問題。第五，控制低氮燃燒器風門開度，精確控制燃燒過程中的空氣量，有效調節(jié)NOx的生成，避免NOx濃度急劇上升，以達到控制燃燒過程中NOx排放的目的。第六，控制進口NOx濃度，通過調整鍋爐負荷和制粉系統(tǒng)從源頭上減少NOx的生成。這需要電廠運行人員對鍋爐的運行狀態(tài)有深入的了解和精確的控制。第七，在自動增益控制時控制負荷變化率，避免NOx和氨逃逸率波動，以保持脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。必要時，運行人員需要手動干預SCR 噴氨和鍋爐氧量的調整，以應對突發(fā)的排放波動。

3.3.2 進行NOx控制

為更有效地控制進入SCR 反應器的NOx，并減少氨逃逸率，電廠決定采取以下措施來提高脫硝效率。首先，運行人員通過手動調整SCR 入口噴氨支管的噴氨量進行優(yōu)化試驗，以實現(xiàn)出口NOx和NH3分布的均勻性，促進更完全的反應，從而降低氨逃逸的質量濃度，同時避免過量噴氨，提高SCR 裝置的運行效率。其次，嚴格控制脫硝出口的氨逃逸率不超過0.000 3%，并在必要時切換噴氨調閥，改為手動模式，逐漸減少噴氨量，直到脫硝出口NOx出現(xiàn)上升趨勢，此時停止操作，以防止因噴氨過量造成的死區(qū)問題。此外，控制脫硝出口NOx排放濃度在43～50 mg·Nm-3，確保小時均值不超標，進而減少噴氨量。再次，開展氨耗量調整指標競賽活動，鼓勵運行人員早調整和精細調整，以降低噴氨量。當發(fā)現(xiàn)脫硝效率下降時，應先排查原因，而不是立即增加氨氣注入量，防止氨逃逸率上升。如果NOx分析儀的測量不準確，應聯(lián)系廠家進行重新調試和標定。最后，針對不同煤種或不同工況，對SCR 裝置入口噴氨支管的噴氨量進行多次優(yōu)化調整測試，逐步確定每個SCR 噴氨支管手動調閥的最佳開度，以改善SCR 出口NOx分布的均勻性，并降低氨逃逸率。

3.3.3 做好設備治理

為確保鍋爐脫硝設備能夠實現(xiàn)長周期的穩(wěn)定運行，該電廠從運行管理、停機檢修和維護保養(yǎng)3 個方面進行全面治理和強化。在運行管理方面，首要任務是確保空預器吹灰器的正常運行。定期檢查和維護吹灰器，及時處理故障問題，合理控制吹灰參數(shù)，并根據(jù)差壓變化情況適時投入連續(xù)吹灰模式，以保持空預器的清潔和效率。進一步加強對脫硝聲波吹灰器和省煤器輸灰系統(tǒng)的檢查，確保這些關鍵設備正常工作，及時發(fā)現(xiàn)并消除任何異常情況。

在停機檢修方面，該電廠堅持“逢停必檢”的原則，對脫硝催化劑進行定期檢查和更換，清理積灰，并嚴格控制空預器的漏風率，以提高設備的熱效率和脫硝效果。此外，定期進行噴氨閥門的活動試驗，確保閥門的靈活性和可靠性，及時排除任何故障。如果空預器出現(xiàn)堵塞問題，可以利用低谷時段降低負荷并進行在線沖洗，以恢復設備的正常運行。電廠還需積極學習和引入新的脫硝分區(qū)優(yōu)化技術，以降低氨逃逸率，提高脫硝系統(tǒng)的整體性能。

在維護保養(yǎng)方面，為確?？疹A器進出口差壓檢測儀表的正常運行，該電廠定期進行標定，確保SCR出口煙氣成分分析的準確性。在日常點檢中重點監(jiān)測關鍵參數(shù)，如差壓、溫度、氨逃逸率等，以便及時發(fā)現(xiàn)并排除潛在隱患。

4 結語

鍋爐進行SCR 脫硝改造是響應環(huán)保法規(guī)、減少大氣污染、提高能源效率的必然選擇。實踐中合理應用優(yōu)化噴氨控制、提高催化劑活性、控制SO3和NH3濃度等措施，可以有效降低氨逃逸率，提高脫硝效率，減少對環(huán)境的影響。加強設備的運行管理和維護保養(yǎng)，確?？疹A器等關鍵設備的正常工作，也是保障脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵。各電廠在生產實踐中必須結合自身實際情況探索有效的空預器堵塞預防與處理措施，以確保鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。