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SCR脱硝工艺空气预热器堵塞对策分析


2012 年 12 月 吉 林 电 力 Dec. 2012             第 40 卷 第 6 期( 总第 223 期 ) Jilin Elect ric Po w er Vol. 40 No . 6 ( Ser. No. 223)

SCR 脱硝工艺空气预热器堵塞对策分析
Co unter -measurem ent Analysis o

n SCR Denitrat ion P rocess Caus ed Air Preheater Blocking

王 鑫1, 陈 城1 , 李富宝2 , 闫淑梅3
( 1. 吉林省电力有限公司电力科学研究院 , 长春  130021; 2. 吉林电力股份有限公司四平热电公司, 吉林 四平 136000; 3. 吉林省电力勘测设计院, 长春 130022)
摘 要 : 在对选择性催化还原法 ( SCR ) 脱硝系统硫酸氢铵形成机理及危害 详细论述的基础上 , 对 SCR 脱硝工艺引 起的空气预热器堵塞原因进行了分 析。 介绍了系统运行中对氨逃逸量、 SO3 生成量、运行温度控制及进行空气预热 器改造、 增强清灰效果、 降低漏风率等减轻堵塞的技术 措施。 关键词 : SCR ; 空气预热器 ; 堵塞 ; 技术措施 中图分类号 : X 701    文献标 志码 : B     文章编号 : 10095306( 2012) 060043-03

   选择性催化还原法 ( SCR) 作为目前技术成熟、 效果好的脱硝工艺被广泛应用于燃煤电厂脱硝工 程。随着 GB 13223- 2011《 火力发电厂大气污染物 排放标准》 的实施 , 对 NOx 的排放有了更严格的限 值要求 , 大多数燃煤电厂需加装 SCR 脱硝系统。由 于 SCR 工艺在运行过程中会产生粘性大、 腐蚀性强 的 ( NH 4) 2SO 4 和 NH 4 HSO 4 , 易引起空气预热器 ( 下 文简称空预器) 的堵塞和腐蚀, 影响机组稳定运行。 为 达 到 既 高 效 脱 硝 又 稳定 运 行 的 效 果 , 以 下 对 NH HSO 形成机理进行分析, 对减轻空预器堵塞的
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中低温段会发生液化 , 而液相 NH 4HSO 4 具有很强 的腐蚀性和粘性, 会对空预器中温段和冷段形成强 腐蚀 , 通常迅速粘在传热元件表面进而吸附大量飞 灰, 造成空预器堵塞, 一般的吹灰器无法清除, 如果 不采取有效措施, 几个月后机组就会因为空预器的 阻力增加过大, 引风机的压头不够而导致停机。 除了 空 预器 阻 力 大 幅 度 增 加 以 外, 由 于 积 灰 中 含 有 NH 4HSO 4、 ( NH 4) 2 SO 4 , 这 2 种物质都有极强的吸潮 性, 在 空 预 器 的 低 温 段 会 吸 附 水 蒸 气 和 硫 酸 ( H 2SO 4) , 在金属表面上形成酸性的环境, 对空预器 造成严重的腐蚀而导致报废。

技术措施进行论述。

1 NH 4 HSO 4 形成机理及危害
在脱硝反应器中 , 烟气中的 SO 2 在催化剂的作 用下与 O 2、 NH 3 反应生成 NH 4 HSO4 和( NH 4 ) 2SO 4。 运行中 , 烟气中部分 SO 2 在催化剂的作用下转化为 SO 3, 同时由于脱硝过程产生一定的氨逃逸量 , SO 3 和 氨发生反应生成 ( NH 4 ) 2SO 4 和 NH 4HSO 4, 其产
12〕 生量取决于烟气中 NH 3 和 SO 3 的含量 〔 。

2 减轻堵塞措施
2. 1 氨逃逸量控制 氨逃逸量的控制是改善空预器堵塞情况最直接 和有效的方法。测试表明当氨在烟气中的体积比为 1 m L / m 3 以下时, NH 4HSO 4 生成量很少 , 空预器堵 塞现象不明显。若氨体积比增加到 2 mL / m , 空预 器 运 行 半 年 后 其 阻 力 增 加 约 30% ; 若 增 加 到 3 mL / m 3, 空预器运 行半年后阻力增加约 50% , 对 引风机造成较大影响 , 因此必须加强对氨逃逸量的 控制 , 保证进入反应区的氨得到最大程度的反应。 a. 采用预留催化剂层的方法控制氨逃逸率。采
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SCR 脱硝系统布置在省煤器和空预器之间 , 经 过 空 预 器 的 烟 气 温 度 一 般 在 120 ~ 450 ℃, NH 4HSO 4 的 熔 点 为 147 ℃, 沸 点 为 350 ℃, ( NH 4 ) 2 SO 4 熔点为 513 ℃ , NH 4HSO 4 在 空预器的
收稿日期 : 20120917

作者简介 : 王 鑫 ( 1982) , 男 , 工程师 , 从事火电厂 环保设施技术与试验研究工作。

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2012 年 12 月 吉 林 电 力 Dec. 2012             第 40 卷 第 6 期( 总第 223 期 ) Jilin Elect ric Po w er Vol. 40 No . 6 ( Ser. No. 223) 用 2+ 1 或 3+ 1 的布置方式, 初期投运 2 或 3 层催 化剂, 使用 1× 104~ 2× 104 h 时, 增加 1 层新的催化 剂 , 使用 1. 6× 104~ 2. 4 ×10 4 h 时更换失效催化剂, 保证氨逃逸率在设计范围内。 b . 根据脱硝出口 NO 分布情况调整氨的分布, 实现脱硝系统喷氨优化 , 提高氨分布均匀性 , 促进反 应完全达到降低氨逃逸量的目的。针对涡流式静态 混合喷射 、 线性控制式喷射格栅喷氨及分区控制式 喷射格栅喷氨 3 种典型的喷氨技术 , 所做的喷氨系 统的优化调整试验研究结果表明, 其中效果最为显 著的是分区控制式喷射格栅喷氨技术 。 c . 氨逃逸量测量表布置应符合 HJ/ T 75— 2007 《 固定污染源烟气排放连续监测技术规范》 要求 , 安 装在烟道直管段且烟气成分分布均匀的适当的位 置 , 所测数据应具有代表性 , 并保证监测仪表正常稳 定工作, 发现氨逃逸量过高 , 立即对 SCR 系统运行 状态进行调整 。 2. 2 SO 3 生成量控制 烟气中的 SO 3 一部分来自于炉膛燃烧, 烟气在 氧浓度高、 温度高的燃烧区停留时间越长 , SO3 的生 成量就越多。 因此为抑制 NO x 生成而采用的低过量 空气系数燃烧或浓淡燃烧法, 形成的富燃料燃烧的 还原性气氛也有助于降低炉膛中 SO 3 的生成。此 外 , 通过低硫煤的掺混燃烧、 向炉膛内喷入钙镁等措 施也可减少 SO 3 的生成量 。 另一部分来自催化剂对 SO 2 的转化, 其反应方 程式如下: V 2O 5 + SO 2 V 2O 4 + SO 3 2SO 2+ O2 + V 2 O 4 2VOSO 4 2VOSO 4 V 2O 5 + SO 2+ SO 3 催化剂的选型 , 对于 V 2 O5 类商用催化剂 , 钒的 担载量不能太高, 通常控制在 1% 左右可减少 SO 2 氧化 , 同 时, 减少催化剂 孔道的壁厚也 可降低 SO 2 氧化率。此外 , 采用提高催化剂活性组分 WO3 含 量 , 亦可抑制 SO 2 氧化。 2. 3 运行温度控制 SCR 脱 硝 催 化 剂 的 反 应 温 度 一 般在 320 ~ 400 ℃ , SCR 装置最低运行温度必须高于催化剂最 低温度限值。 当运行温度低于该值时 , 催化剂活性下 降 , 喷入的氨无法被有效利用, 从而形成较高的氨逃 逸。如果运行温度长期过低 , 尤其是处于 NH 4HSO 4 液态温度区间时, NH 4HSO 4 长期粘附在催化剂层不 易清除 , 将导致催化剂活性明显降低 , 甚至导致催化 剂活性的不可恢复性破坏。在低于 NH 4H SO 4 露点 ? 44?
〔 5〕 〔 4〕 〔 3〕

温度的条件下 , 连续运行的时间必须控制在 300 h 以内 , 同时每层催化剂各点的温度必须在 270 ℃以
6〕 上〔 。

鉴于当前严格的环保政策要求, 在低锅炉负荷 下仍需要保证脱硝装置的正常投运, 因此对于长期 低负荷运行的机组应设置调温旁路, 提高反应区温 度, 在提高脱硝效率的同时降低氨逃逸率, 提高空预
5〕 器入口烟气温度 , 减轻空预器腐蚀和堵灰〔 。

2. 4 空预器改造 低温段, 由于 NH 4HSO 4 沉积区 a . 合并布置中、 域主要在空预器的中、 低温段 , 为避免两段连接间隙 内的 NH 4H SO 4 堵塞搭桥, 将低温冷段和中温段合 并为一段, 通常将低温段传热元件从 300 mm 增高 到 1 000 m m 左右 , 保证全部 NH 4HSO 4 在该区域内 完成凝结和固化。 同时, 传热元件内部封闭型的气流 通道, 可使吹灰强度最小程度地衰减 , 保 证吹灰效 果
〔 78〕

。 b . 优化传热元件选型, 预热器低温段传热元件

板型及材料的选取应充分考虑到元件的防结露、 抗 腐蚀及堵灰性。烟气在通过低温段传热元件时应以 层流形式流动, 使元件不易积灰。 采用高吹灰通透性 的封闭通道波形传热元件, 能大幅提高吹灰及清洗 效果。 选材方面, 由于 SCR 脱硝装置的运行, 传统方 法所采用的考登钢已不能满足在 NH 4HSO 4 存在条 件下的防腐要求。 搪瓷传热元件在传热、 防腐性能上 优于考登钢, 价格便宜, 因此可将冷段更换为搪瓷表 面传热元件, 将金属与 NH 4HSO 4 隔离 , 搪瓷光滑的 表面也可减少积灰并有利于清扫 , 原高温段传热元 件可继续保留使用。 要严格控制搪瓷的质量, 搪瓷层要有一定的厚 度保证使用寿命 , 严格控制搪瓷层的微孔和裂纹, 防 止烟气渗入腐蚀低温传热元件 , 引起搪瓷层开裂或
9〕 者脱落〔 。

c. 增强清灰效果, 良好的清灰效果可提高传热 元件表面的光洁度 , 进而减轻 NH 4HSO 4 的结垢程 度。 由于 NH 4HSO 4 具有很强的粘性, 需采用高压蒸 汽 ( 空气) 清灰装置强力吹扫 , 此外 , NH 4 HSO 4 具有 较好的水溶性, 在积灰情况较重, 空预器进出口差压 增加较大时, 可采用高压水流进行清洗 , 形成双介质 ( 蒸汽、 高压水) 吹灰。 一般情况下, 经高压水清洗后 , 空预器阻力可恢复到正常水平。 清灰装置在运行中可能会被部分转子栅架遮挡 清灰路径 , 导致局部清灰效果差, 在不影响空预器整 体结构的条件下, 应考虑对这部分转子栅架取消或

2012 年 12 月 吉 林 电 力 Dec. 2012             第 40 卷 第 6 期( 总第 223 期 ) Jilin Elect ric Po w er Vol. 40 No . 6 ( Ser. No. 223) 进行改造, 保证清扫路径的畅通 。 d. 降低漏风率, 回转式空预器是一个转动机械 , 不可避免地存在漏风问题 , 空预器漏风会导致传热 效果变差 , 传热元件温度下降, 进而扩大 NH 4HSO 4 结垢的范围。 回转式空预器一般采用双密封技术 , 漏 风主要为密封漏风和携带漏风。 携带漏风不可避免, 密封漏风主要由空预器的各密封间隙决定, 可以在 检修和运转中进行调整。空预器的密封包括有径向 密封、 轴向密封、 环向密封和中心筒密封。在运行及 检修过程中, 最常见的空预器缺陷是其密封间隙不 合理, 实际间隙与设计值存在较大的差别
〔 10〕 〔 6, 8〕

〔 1〕  高敬武 , 赵学峰 . 火电厂现有机组加装脱 硝装置对空气 预热 器的 影 响和 对策 〔 . 电 力系 统 装 备 , 2010, ( 6) : J〕 7678. 〔 2〕  钟礼金 , 宋玉 宝 . 锅炉 SCR 烟气 脱硝空 气预热 器堵塞 原因及其解决措施〔 J〕 . 热力发电 , 2012, 41( 8) : 4550. 〔 3〕  曹志勇 , 谭城 军 , 李建 军 , 等 . 燃 煤锅 炉 SCR 烟气 脱硝 系 统喷氨 优化调 整试验 〔 J〕 . 中 国电 力 , 2011, 44( 11) : 5558. 〔 4〕   张 志 强 , 宋 国 升 , 陈 崇 明 , 等 . 某 电 厂 600 M W 机 组 . 电 力建 设 , 2012, SCR 脱硝 过程 氨逃逸 原因 分析〔 J〕 33( 6) : 67-70. 〔 5〕  李 洋 . 燃煤电站锅炉及 SCR 脱硝中 SO3 的生成及危 害〔 . 锅炉制造 , 2011, ( 3) : 3640. J〕 〔 6〕  马双忱 , 金 鑫 , 孙云 雪 , 等 . SCR 烟气 脱硝过 程硫酸 氢 铵 的生 成 机理 与控 制〔 J〕 . 热 力发 电 , 2010, 39( 8) : 1217. 〔 7〕   卢作基 . 实 施 SCR 后对 空预器的改造及其 影响〔 .热 J〕 机技术 , 2005, ( 2) : 40-42. 〔 8〕  蔡明坤 . 装有脱 硝系统锅炉 用回转式 预热器设 计存在 问题和对策〔 J〕 . 锅炉技术 , 2005, 36( 4) : 8-12. 〔 9〕  王 建彦 , 蔡明坤 . 国华太仓 发电有限公司 2 × 600 M W 机 组空 气预热 器对 SCR 系统 的适应 性改造 〔 . 锅炉 J〕 技术 , 2007, 38( 5) : 5658. 〔 10〕  汪应林 , 朱光明 , 焦庆丰 , 等 . 回转式空气 预热器漏风 原理及检修方法〔 . 节能 , 2011, ( 7, 8) : 140-144. J〕 〔 11 〕   周  涛 , 王  强 . 脱 硝 空气 预 热器 设 计及 改 造研 究 〔 J〕 . 城市建设理论研究 , 2011, ( 26) : 58-61.

, 因此

要进行调整改造, 实际运行中控制好密封间隙, 对磨 11〕 损严重的密封片和密封板进行更换 〔 , 以减小漏风 间隙降低漏风率, 提高传热效果, 减少 NH 4HSO 4 结 垢的范围。

3 结束语
随着环保要求的日益严格, 越来越多的燃煤电 厂选择应用 SCR 工艺脱硝, 由于其工艺特点 , 不可 避免地会对空预器带来腐蚀及堵塞的不利影响 , 做 好脱硝系统的优化运行调整, 对空气预热进行合理 的选型及改造 , 可最大程度减小 SCR 工艺对空预器 带来的不利影响, 在保证 NO x 达标排放的同时 , 实 现安全生产。
参考文献 :

( 编辑 韩桂春 )

部分电力名词术语缩写形式及中文释义( 2)
缩写形式 BM CR BM S CCS CEMS CF B DAS DCN DCS DEH DMS DPU EM S ESD ET S 详细形式 Boiler m aximum co nt inuous rat ing Burner manag ement system Co ordinatio n cont rol sy st em Co nt inuous emissio ns m onit oring sy st em Circulat ing f luidized bed boiler Dat a acquisit ion syst em Dat a co mmunication net w ork Dist ribut ed cont rol syst em Digit al elect ric-hydraul ic Dist ribut ion management sy st em Dist ribut ed processing unit Energy management sy st em Em er gency shut -dow n sy st em Endanger tr ip syst em 中文释义 锅炉最大连续蒸发量 燃烧器管理系统 协调控制系统 锅炉烟气在线监测系统 循环流化床锅炉 数据采集系统 数据通信网络 分散控制系统 数字电液调节 配电管理系统 分散处理单元 需求侧管理系统 紧急停车系统 危急跳闸系统 ( 本刊编辑部 ) ?45?


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