锅炉脱硝改造后空预器堵塞问题及处理研究

陈震山

（国能（泉州）热电有限公司，泉州 362800）

1 SCR 脱硝改造的必要性

随着我国经济的快速发展，工业锅炉作为重要的能源转换设备，其废气排放问题日益凸显。特别是氮氧化物（NOx）的排放，不仅对环境造成了严重污染，还对人们的健康构成了威胁。因此，环保法规对锅炉NOx排放的限制越来越严格，促使对锅炉进行脱硝改造已经成为刻不容缓的任务。在此背景下，选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脱硝技术应运而生。

SCR 脱硝技术以其高效、成熟的特点成为当前控制NOx排放的最佳选择。首先，该技术能够有效降低锅炉排放的NOx，减少大气污染，改善空气质量，对于保护生态环境具有积极作用。其次，SCR 脱硝技术能够提高锅炉的能源效率，实现资源的综合利用和能源的高效转换，降低企业的运行成本。最后，SCR 脱硝技术的成熟可靠为其在锅炉改造中的应用提供了有力保障。经过多年的发展和应用，SCR 脱硝技术已经能够长期稳定地减少NOx排放，降低环境污染风险。企业通过实施SCR 脱硝改造可以使生产过程更好地满足环保法规的要求，并彰显环境保护的责任感和可持续发展理念，从而提升企业形象和品牌价值。因此，无论从环保法规的要求、大气污染的减少、能源效率的提高还是技术成熟可靠性来看，对锅炉进行SCR脱硝改造都是十分必要的。

2 锅炉空预器堵塞常见原因

2.1 低温硫吸附与腐蚀导致堵灰

在环保要求日益严格的背景下，许多电厂都调整了发电用煤，并采用了一些煤种的掺烧技术。但是，实践中锅炉出口的SO2含量往往难以达到排放标准，这主要是因为煤的高硫分和高水分特性导致烟气露点温度升高。烟气露点温度的上升会加剧烟气的腐蚀性，对锅炉设备造成损害。同时，煤的高灰分特性增加了SO3的吸附和腐蚀堵灰的风险。例如，SO3会与水蒸气结合形成硫酸，对锅炉的金属材料造成腐蚀，可能导致设备损坏和运行效率下降。以上问题长期存在，堵灰问题加剧，就会造成空气预热器（以下简称空预器）的堵塞现象[1]。

2.2 吹灰不符合规定

空预器在运行过程中通常采用蒸汽吹灰的方法来清除积灰，以保持正常运行。然而，吹灰过程中往往会因为各种因素出现吹灰压力不足、疏水不当或吹灰枪内漏等问题，从而导致空预器积灰板结，严重影响锅炉的运行效率。运行人员在吹灰时如果未按照科学的顺序进行，而是先吹空预器、炉膛或管束吹落的积灰，则可能会使积灰重新积聚在空预器中造成堵灰[2]。另外，如果没有按规定进行连续吹灰，也会导致油滴和煤粉附着于换热片，从而增加烟道的阻力，影响锅炉的燃烧效率。

2.3 NH4HSO4 堵塞

燃烧高硫分煤种的锅炉在超低排放改造后，普遍面临NH4HSO4堵塞空预器的问题。研究表明，空预器烟气环境中的SO3和NH3会反应生成（NH4）2SO4和NH4HSO4。这些化合物的生成比例受SO3和NH3浓度影响，且SO3浓度越高，越容易生成NH4HSO4。（NH4）2SO4通常以结晶或颗粒状存在，熔点达513 ℃，但在空预器换热段温度范围内（140～400 ℃）不易与飞灰结合，因此较少造成腐蚀或堵灰。相比之下，NH4HSO4的熔点为147 ℃，在空预器中下部换热面上呈液态，容易与飞灰结合造成堵塞。由于燃煤机组烟气中飞灰质量分数高，NH4HSO4在146～207 ℃时为液态，使得它更易与飞灰混合，并在空预器中下部换热面形成沉积，导致堵塞问题。这一现象对锅炉的运行效率和安全性产生了负面影响，因此需要采取相应的防护措施，如优化喷氨控制、提高催化剂活性等，以减轻NH4HSO4堵塞问题[3]。

3 锅炉脱硝改造后空预器堵塞案例分析

3.1 锅炉设备及脱硝改造情况

某厂生产的HG-1025/17.4-YM28 型亚临界自然循环汽包锅炉，代表着国内锅炉制造业的先进水平。该锅炉采纳高效的四角切圆燃烧技术，结合先进的低氮燃烧器，显著降低了NOx的排放。为进一步提升其环保性能，电厂对其进行SCR 脱硝系统改造。该系统采用3 层脱硝层的设计，每一层都使用国产高品质蜂窝式催化剂，确保脱硝过程的高效性和稳定性。催化剂布置在高温高尘区域，以适应锅炉内部严峻的工作环境。SCR 脱硝系统的前后部位，分别安装了用于测量NOx浓度、氧浓度的取样探头以及监控氨逃逸率的测点，使得整个脱硝过程可以实现精确控制，确保NOx的有效去除和氨的适量使用。此外，系统装备了36 台声波吹灰器，用以清除催化剂表面的灰尘和沉积物，保证脱硝效率不受影响。在还原剂的选择上，该系统采纳液氨法作为氨的制备方案，确保了还原剂的纯净度和反应效率，而且便于后续的脱硝反应。液氨法的使用使得整个脱硝过程更为绿色环保，同时保证脱硝效率不低于87.5%，有效控制NH3逃逸率在0.000 25%以下，进一步减少了污染物对环境的影响[4]。

3.2 脱硝改造后空预器堵塞问题分析

SCR 脱硝技术改造后发现，空预器差压出现显著上升，表明空预器的运行效率有所下降。同时，脱硝催化剂出现积灰现象，导致其失效。这些问题的综合效应是氨逃逸率从改造前的0.000 25%激增至0.001 00%，严重影响了SCR 反应的效率。氨逃逸率的升高意味着脱硝反应不完全。为了达到相同的脱硝效果，电厂不得不增加喷氨量，从而增加了运行成本。氨的过量使用，还会产生其他环境问题[5]。此外，空预器差压的上升导致引风机出力必须增加，以维持足够的气体流量。这种情况下引风机面临失速的风险，会对机组的稳定运行构成威胁，甚至影响整个电厂的经济性和安全性。

进一步检查发现，以上问题主要是由NH4HSO4引起的。NH4HSO4是一种液态物质，具有很强的黏性。当烟气温度低于NH4HSO4的露点温度时，这种物质便会凝结在空预器的表面，并吸附飞灰，从而导致堵塞。导致堵塞的具体原因是喷氨量的调整不够精确，使得氨逃逸率超过标准限值。氨逃逸率的增加意味着脱硝反应不完全，使得氨气与烟气中的SO3反应生成更多的NH4HSO4，加剧了空预器的堵塞。空预器的吹灰效果不佳也是原因之一，会造成灰尘积累，形成堵塞。此外，燃煤的含硫或含氮成分过多，导致烟气中的SO2或NOx生成过多，会与氨气反应生成更多的NH4HSO4，导致空预器堵塞。

3.3 空预器堵塞的处理措施

3.3.1 进行燃烧调整

该电厂经过摸索和经验积累，总结出一系列有效的措施来降低NOx的排放。第一，通过深入分析入炉煤质、试烧新煤种以及实时监测NOx和SO2的浓度变化来优化燃烧过程，选择最适合的煤种，从而在源头上减少NOx的生成。第二，在锅炉低负荷运行时进行烟温和风量的精确调节，以确保脱硝催化剂保持最佳反应温度，降低氨逃逸率。同时，适当的温度和风量可以确保脱硝反应效率，减少氨的过量使用。第三，优化磨煤机的风粉比，减少一次风量比例，可提高燃烧效率，减少NOx的生成。这一措施有助于提升煤粉的燃烧完全度，降低NOx的排放。第四，保持冷端温度高于148 ℃，设计并投入热风再循环或暖风器，防止NH4HSO4的生成，避免空预器的堵塞问题。第五，控制低氮燃烧器风门开度，精确控制燃烧过程中的空气量，有效调节NOx的生成，避免NOx浓度急剧上升，以达到控制燃烧过程中NOx排放的目的。第六，控制进口NOx浓度，通过调整锅炉负荷和制粉系统从源头上减少NOx的生成。这需要电厂运行人员对锅炉的运行状态有深入的了解和精确的控制。第七，在自动增益控制时控制负荷变化率，避免NOx和氨逃逸率波动，以保持脱硝系统的稳定运行。必要时，运行人员需要手动干预SCR 喷氨和锅炉氧量的调整，以应对突发的排放波动。

3.3.2 进行NOx控制

为更有效地控制进入SCR 反应器的NOx，并减少氨逃逸率，电厂决定采取以下措施来提高脱硝效率。首先，运行人员通过手动调整SCR 入口喷氨支管的喷氨量进行优化试验，以实现出口NOx和NH3分布的均匀性，促进更完全的反应，从而降低氨逃逸的质量浓度，同时避免过量喷氨，提高SCR 装置的运行效率。其次，严格控制脱硝出口的氨逃逸率不超过0.000 3%，并在必要时切换喷氨调阀，改为手动模式，逐渐减少喷氨量，直到脱硝出口NOx出现上升趋势，此时停止操作，以防止因喷氨过量造成的死区问题。此外，控制脱硝出口NOx排放浓度在43～50 mg·Nm-3，确保小时均值不超标，进而减少喷氨量。再次，开展氨耗量调整指标竞赛活动，鼓励运行人员早调整和精细调整，以降低喷氨量。当发现脱硝效率下降时，应先排查原因，而不是立即增加氨气注入量，防止氨逃逸率上升。如果NOx分析仪的测量不准确，应联系厂家进行重新调试和标定。最后，针对不同煤种或不同工况，对SCR 装置入口喷氨支管的喷氨量进行多次优化调整测试，逐步确定每个SCR 喷氨支管手动调阀的最佳开度，以改善SCR 出口NOx分布的均匀性，并降低氨逃逸率。

3.3.3 做好设备治理

为确保锅炉脱硝设备能够实现长周期的稳定运行，该电厂从运行管理、停机检修和维护保养3 个方面进行全面治理和强化。在运行管理方面，首要任务是确保空预器吹灰器的正常运行。定期检查和维护吹灰器，及时处理故障问题，合理控制吹灰参数，并根据差压变化情况适时投入连续吹灰模式，以保持空预器的清洁和效率。进一步加强对脱硝声波吹灰器和省煤器输灰系统的检查，确保这些关键设备正常工作，及时发现并消除任何异常情况。

在停机检修方面，该电厂坚持“逢停必检”的原则，对脱硝催化剂进行定期检查和更换，清理积灰，并严格控制空预器的漏风率，以提高设备的热效率和脱硝效果。此外，定期进行喷氨阀门的活动试验，确保阀门的灵活性和可靠性，及时排除任何故障。如果空预器出现堵塞问题，可以利用低谷时段降低负荷并进行在线冲洗，以恢复设备的正常运行。电厂还需积极学习和引入新的脱硝分区优化技术，以降低氨逃逸率，提高脱硝系统的整体性能。

在维护保养方面，为确保空预器进出口差压检测仪表的正常运行，该电厂定期进行标定，确保SCR出口烟气成分分析的准确性。在日常点检中重点监测关键参数，如差压、温度、氨逃逸率等，以便及时发现并排除潜在隐患。

4 结语

锅炉进行SCR 脱硝改造是响应环保法规、减少大气污染、提高能源效率的必然选择。实践中合理应用优化喷氨控制、提高催化剂活性、控制SO3和NH3浓度等措施，可以有效降低氨逃逸率，提高脱硝效率，减少对环境的影响。加强设备的运行管理和维护保养，确保空预器等关键设备的正常工作，也是保障脱硝系统稳定运行的关键。各电厂在生产实践中必须结合自身实际情况探索有效的空预器堵塞预防与处理措施，以确保锅炉系统的稳定运行。