张文博,梁 锦
(陕西长青能源化工有限公司, 陕西宝鸡 721405)
随着国家及地方对煤粉锅炉排放要求的不断提高,脱硝装置高效、长周期、稳定运行尤为关键。陕西长青能源化工有限公司3台180 t/h煤粉锅炉在2016年加装了选择性催化还原(SCR)脱硝装置,以降低氮氧化物(NOx)排放量。笔者主要针对加装SCR脱硝装置后煤粉锅炉在运行过程中遇到的问题,分析原因并提出解决方法。
陕西长青能源化工有限公司SCR工艺采用纯氨(NH3)作为还原剂,NH3可以将NOx还原成氮气(N2),按反应方程式选择性地和NOx反应。锅炉烟气温度在305~450 ℃时催化剂才能有效反应,在n(NH3)∶n(NOx)为1的条件下,脱硝效率可以达到80%~90%。在反应过程中,NH3选择性地和NOx反应生成N2和水(H2O),而不是被氧化。在催化剂作用下,一小部分二氧化硫(SO2)被氧化为三氧化硫(SO3),在有水的条件下,SCR中未参与反应的NH3会与SO3生成硫酸氢铵和硫酸铵等副产品[1-2]。
锅炉尾部烟道加装脱硝催化剂后,锅炉尾部烟道阻力增加,催化剂之间通道小,锅炉运行期间容易造成催化剂积灰,影响脱硝效率,导致氨逃逸体积分数增加。当催化剂使用到寿命末期,脱硝效率降低,为了维持NOx排放量不超标,需要增加NH3消耗,导致氨逃逸体积分数增大。
锅炉烟气氨逃逸体积分数增大后,含NH3烟气进入中温空气预热器和低温空气预热器,对空气预热器造成腐蚀,使空气预热器管路堵灰,影响空气预热器换热,导致锅炉效率降低[3-4]。
2013年7月浙江大学热能工程研究所对陕西长青能源化工有限公司动力装置SCR脱硝反应器进行数值模拟,结果见图1~图4。
2018年5月陕西长青能源化工有限公司委托西安热工研究院专门对A、B 2台锅炉脱硝系统进行性能考核试验,试验使用的样气标态体积为18 L、定容体积为0.25 L,试验结果见表1。由表1可以看出,各个测点断面烟气流场存在不均匀的情况。
进入SCR脱硝反应器的烟气流场不均匀造成局部喷氨量过大,引起氨逃逸体积分数偏高。在脱硝反应的同时,催化剂也将部分SO2氧化成SO3,逃逸的NH3与SO3反应生成硫酸氢铵和硫酸铵。硫酸氢铵具有黏性,造成催化剂中毒、空气预热器腐蚀,同时硫酸氢铵黏度大,易吸附烟尘造成空气预热器堵灰。空气预热器堵灰会使空气预热器换热效率下降,空气预热器前后压差增大,造成排烟热损失增大,一、二次风温度偏低,烟道阻力增大。因此,每次停炉后都需要清理空气预热器。
表1 锅炉脱硝系统性能考核试验结果
加装SCR脱硝反应器使烟道烟气流程增长,换热面积增加,造成了空气预热器前排烟温度下降,热损失增加。SCR脱硝装置的增加使锅炉风烟系统阻力增大,包括烟道流程增长、反应器阻力和空气预热器阻力增大,最终造成了引风机出力增大,电耗增加。空气预热器堵塞腐蚀,造成了空气预热器换热效果差,排烟温度上升,一、二次风温偏低,热效率下降,排烟温度偏高影响布袋除尘器稳定运行。
(1) 控制SCR脱硝反应器前后压差大于500 Pa,及时对系统进行吹灰,尤其是在锅炉高负荷工况下,应增加吹灰频次。
(2) 控制SCR脱硝反应器出口氨逃逸体积分数,防止喷氨量过大,控制副反应和氨腐蚀。由于NOx排放标准的愈加严格,造成了加氨量增大,目前氨逃逸体积分数为6×10-6,高于设计值(3×10-6)。
(3) 使用灰分、硫含量低的煤,并适当提高排烟温度,减少硫酸氢铵的生成量。当n(NH3)∶n(NOx)小于2,主要生成硫酸铵,在空气预热器运行温度范围内,硫酸铵为干燥固体小粉末,对空气预热器的影响较小。
(4) 投运风机暖风器,以提高一、二次风温度,保证磨煤机干燥出力和炉内稳定燃烧。
(5) 适当均等调整燃尽风二次风量,降低NOx的生成量。
(6) 及时更换催化剂,提高脱硝效率,降低氨逃逸体积分数,减少NH3浪费,控制副反应和NH3腐蚀。
随着环保要求的提高,国内火电机组纷纷进行了SCR脱硝改造,运行中也都出现了共性问题,运行还不够成熟。脱硝装置运行异常,往往影响锅炉安全、经济运行,这就需要在实际生产中分析和总结不利影响,采取相应的运行防范措施,以保证锅炉环保、经济、安全、稳定运行。