為適應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)格的排放要求，火電機(jī)組紛紛進(jìn)行脫硝改造，其中，催化還原脫硝的SCR裝置，以其成熟的技術(shù)工藝和穩(wěn)定的脫硝效率，在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，在關(guān)注脫硝效率的同時(shí)，SCR脫硝裝置對(duì)鍋爐系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性方面的影響也應(yīng)引起重視。

機(jī)組概況

大唐信陽(yáng)華豫發(fā)電有限責(zé)任公司二期2×660MW超超臨界燃煤發(fā)電#3、#4機(jī)組分別于2009年3月、10月投產(chǎn)。鍋爐是由某鍋爐(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)的DG2000/26.15-II2型一次中間再熱，超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行，帶內(nèi)置式啟動(dòng)旁路系統(tǒng)的本生直流鍋爐。形式為單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、前后墻對(duì)沖燃燒方式。鍋爐采用中速磨煤機(jī)一次風(fēng)正壓直吹式系統(tǒng)，每臺(tái)爐配6臺(tái)中速磨煤機(jī)。B-MCR工況燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)，5運(yùn)1備，煤粉細(xì)度R90=16%，煤粉均勻性系數(shù)為1.05。每臺(tái)磨煤機(jī)為一層6臺(tái)燃燒器供應(yīng)氣粉混合物。鍋爐前、后墻各布置3層DBC-OPCC-Ⅰ型燃燒器，每層6只，共計(jì)36只燃燒器(后墻最下層F層為小油槍燃燒器)。每臺(tái)爐各安裝兩臺(tái)三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器，后期安裝SCR脫硝裝置，脫硝裝置采用尿素?zé)峤猱a(chǎn)生氨氣制備還原劑，選擇性催化還原法(SCR)的煙氣脫銷工藝，將氨(NH3)作為還原劑噴入煙氣中，使還原劑與煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)，生成無(wú)害的氮?dú)?N2)和水(H2O)，從而達(dá)到脫除氮氧化物的目的，每臺(tái)脫硝裝置的煙氣處理能力為相應(yīng)鍋爐ECR工況時(shí)的100%煙氣量，脫硝裝置入口NOx含量≤450mg/Nm3時(shí)，保證脫硝效率≥80%;NOx排放濃度不超過(guò)100mg/Nm3，能嚴(yán)格滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，但SCR脫硝裝置安裝后對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生了較大的影響。

SCR法脫硝對(duì)超超臨界鍋爐運(yùn)行的影響

煙道阻力的影響

SCR裝置安裝后增加了鍋爐煙氣系統(tǒng)的阻力。阻力的增大是與無(wú)SCR裝置時(shí)燃燒系統(tǒng)的最大區(qū)別。增加的阻力一般分為增加的煙道阻力、SCR反應(yīng)器內(nèi)的阻力和空氣預(yù)熱器增加的阻力三部分。本廠超超臨界鍋爐增設(shè)SCR裝置以后，SCR反應(yīng)器的阻力為500Pa左右，空氣預(yù)熱器增加阻力為200Pa左右。而整個(gè)鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力為2000～3000Pa(BMCR工況，330～660MW)。可見(jiàn)，SCR裝置對(duì)鍋爐的煙道阻力特性會(huì)有很大影響，同時(shí)，SCR內(nèi)的催化劑和空氣預(yù)熱器的積灰加重了這一影響。

鍋爐SCR裝置內(nèi)催化劑為蜂窩形，孔徑為7mm，很容易形成積灰堵塞，SCR裝置隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，壓損越來(lái)越大。噴氨裝置噴入的NH3在與NOx反應(yīng)后，殘余的NH3將與SO3和水蒸氣反應(yīng)生成粘結(jié)性強(qiáng)、腐蝕性強(qiáng)的化合物硫酸氫氨(NH4HSO4)。反應(yīng)方程式如下：

NH3+SO3+H2O—NH4HSO4

硫酸氫氨會(huì)附著在飛灰表面，在空氣預(yù)熱器的高溫段和低溫段表面沉積，使空預(yù)器換熱元件臟污堵塞，進(jìn)一步增加煙道的阻力。本廠兩臺(tái)超超臨界鍋爐在SCR裝置投運(yùn)半年后空氣預(yù)熱器阻力差壓均較剛投入時(shí)增加30%，約500Pa左右，導(dǎo)致鍋爐系統(tǒng)容易出現(xiàn)更大的壓力波動(dòng)。見(jiàn)下圖所示。


上圖中，橫坐標(biāo)為鍋爐的負(fù)荷，縱坐標(biāo)為鍋爐煙道的阻力。曲線1為未加裝SCR裝置的鍋爐阻力特性曲線。若某一時(shí)刻鍋爐從工況A調(diào)節(jié)到工況B，工作點(diǎn)就從a1調(diào)整到b1，則壓力調(diào)節(jié)幅度為△P1。曲線2為加裝SCR裝置后鍋爐阻力特性曲線，由原來(lái)的曲線l疊加上加裝SCR所增加的阻力得到。此時(shí)若同樣從工況A調(diào)節(jié)到工況B，工作點(diǎn)從a2調(diào)整到b2.則壓力調(diào)節(jié)幅度為△P2。曲線3為曲線1向上平移的曲線。從圖中可看出安裝SCR裝置比未安裝SCR裝置多出(△P2一△P1)的壓力波動(dòng)。風(fēng)機(jī)的壓力調(diào)節(jié)幅度有很大增加，鍋爐系統(tǒng)更容易出現(xiàn)壓力波動(dòng)。

鍋爐系統(tǒng)較大的壓力波動(dòng)將影響爐膛的穩(wěn)定燃燒、燃燒的經(jīng)濟(jì)性，甚至?xí)龃鬆t膛內(nèi)爆的可能性。同時(shí)引風(fēng)機(jī)壓頭將會(huì)有很大提高.不利于鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)鍋爐熱效率的影響

安裝SCR脫硝裝置后降低了鍋爐熱效率。SCR脫硝裝置安裝了反應(yīng)器及其連接煙道，使煙道加長(zhǎng)增大了鍋爐的散熱面積，從而使鍋爐的散熱損失增大，煙氣通過(guò)超超臨界鍋爐脫硝系統(tǒng)后煙溫降低了5℃左右，對(duì)鍋爐效率將會(huì)產(chǎn)生一定影響。

空預(yù)器換熱元件堵塞使空預(yù)器排煙溫度升高。氨氣和三氧化硫反應(yīng)生成硫酸氫氨。硫酸氫氨在溫度180～200℃的環(huán)境中呈“鼻涕”狀的黏性物，因此，在空預(yù)器高溫段和低溫段，煙氣中的灰塵在該處和硫酸氫氨一塊極易粘附于空預(yù)器換熱面上，使空預(yù)器換熱元件臟污，降低空預(yù)器的換熱效果，從而使排煙溫度升高，鍋爐效率降低。

空預(yù)器漏風(fēng)率增大。本廠超超臨界鍋爐煙氣通過(guò)SCR裝置后壓降增加了500Pa左右，因安裝SCR裝置后空預(yù)器堵塞，煙氣通過(guò)空預(yù)器增加阻力500Pa左右，整個(gè)煙氣側(cè)阻力增加了1kPa左右，為了使?fàn)t膛內(nèi)部壓力平衡，引風(fēng)機(jī)的出力將增加，從而導(dǎo)致空預(yù)器內(nèi)部煙氣壓力降低，空預(yù)器風(fēng)側(cè)和煙氣側(cè)壓差增大，導(dǎo)致空預(yù)器漏風(fēng)率增加，鍋爐效率降低。

對(duì)空預(yù)器的影響

相對(duì)來(lái)說(shuō)，SCR脫硝裝置對(duì)空預(yù)器的影響更為突出。主要原因是硫酸氫氨的腐蝕性和粘結(jié)性。硫酸氫氨和灰塵一起粘附在空預(yù)器的換熱元件上，不僅降低換熱效果，還將會(huì)在空預(yù)器的低溫段產(chǎn)生低溫腐蝕，同時(shí)造成空預(yù)器的積灰。本廠SCR脫硝裝置氨逃逸率設(shè)計(jì)為≤2.5mg/Nm3，逃逸率超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)將會(huì)造成大量的硫酸氫氨生成，致使空預(yù)器嚴(yán)重堵塞，這將造成吸風(fēng)機(jī)電耗增加，一次風(fēng)機(jī)母管壓力波動(dòng)大等情況。

另外，鍋爐排放的煙氣中含有一定量的水分，同時(shí)氨氣和NOx反應(yīng)產(chǎn)物為氮?dú)夂退加酶吡蛎簳r(shí)，煙氣中SO3含量較高，只要煙氣中有0.005%的SO3，煙氣的露點(diǎn)即可提高到150℃以上，此時(shí)空預(yù)器的低溫段就可能有硫酸溶液凝結(jié)在換熱元件上，造成空預(yù)器的低溫腐蝕。

SCR脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，催化劑和空預(yù)器堵塞是在所難免，防止催化劑和空預(yù)器堵塞應(yīng)采取以下措施：一是加強(qiáng)省煤器輸灰系統(tǒng)綜合治理，省煤器疏灰系統(tǒng)不能正常工作，將會(huì)使大量的灰塵帶入脫硝上層催化劑，即便加強(qiáng)脫硝系統(tǒng)吹灰仍不能避免蜂窩狀催化劑的堵塞。二是加強(qiáng)SCR反應(yīng)器區(qū)域和空預(yù)器的吹灰，尤其應(yīng)加強(qiáng)空預(yù)器低溫段的吹灰，當(dāng)發(fā)現(xiàn)空預(yù)器進(jìn)、出口差壓增大時(shí)應(yīng)及時(shí)減少噴氨量，增加空預(yù)器低溫段的吹灰次數(shù)。用于脫硝裝置的吹灰器有聲波和蒸汽吹灰兩種方式，聲波吹灰器在灰量較小時(shí)效果較為明顯，并能對(duì)徹底吹除邊角的積灰。但灰量較大時(shí)蒸汽吹灰器能起到很好的作用。當(dāng)在投入蒸汽吹灰時(shí)，一定要充分疏水，否則會(huì)造成灰塵結(jié)塊堵塞催化劑或?qū)Υ呋瘎┰斐伤g，影響催化劑的使用壽命。三是控制氨逃逸率，嚴(yán)格控制氨的噴入量，防止氨氣過(guò)量而造成氨逃逸，正常情況下應(yīng)控制氨逃逸率不超過(guò)3ppm。四是控制機(jī)組負(fù)荷，提高負(fù)荷可以使排煙溫度得到適當(dāng)?shù)纳仙硗舛鞈?yīng)及時(shí)投運(yùn)二次風(fēng)暖風(fēng)器以提高排煙溫度，可有效降低空預(yù)器低溫區(qū)露點(diǎn)溫度以下腐蝕情況的程度。五是啟動(dòng)和運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)燃油控制，優(yōu)化制粉系統(tǒng)的啟動(dòng)條件，盡量使用熱值高、揮發(fā)份較高的煤種，同時(shí)提高一二次風(fēng)溫，以減少啟動(dòng)初期大量不完全燃燒產(chǎn)物的生成，從而抑止空預(yù)器堵灰的發(fā)生。六是降低入爐煤硫份，控制入爐煤硫份盡量在鍋爐設(shè)計(jì)值以下，降低煙氣酸露點(diǎn)溫度，減少NH4HSO4生成，減少空預(yù)器的腐蝕及堵塞。

?對(duì)低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒的影響

SCR裝置對(duì)鍋爐系統(tǒng)的影響在低負(fù)荷時(shí)表現(xiàn)尤為明顯，會(huì)在很大程度上影響鍋爐的穩(wěn)定燃燒。鍋爐壓力波動(dòng)如上圖所示，增設(shè)SCR裝置后，當(dāng)出現(xiàn)鍋爐負(fù)荷變動(dòng)等情況時(shí)，風(fēng)機(jī)將產(chǎn)生比未安裝SCR裝置多(△P2一△P1)的壓力波動(dòng)。而且隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的增加，硫酸氫氨和灰塵粘附在空預(yù)器上導(dǎo)致空預(yù)器堵塞，引起空預(yù)器阻力逐漸增大，這將增大爐膛壓力調(diào)整的要求，使?fàn)t膛更容易出現(xiàn)壓力的波動(dòng)。

低負(fù)荷時(shí).爐膛平均煙溫降低.燃燒器區(qū)域的煙溫也降低，對(duì)煤粉氣流的著火不利，不易維持穩(wěn)定的燃燒。在額定負(fù)荷下某一大小的擾動(dòng)不致破壞燃燒過(guò)程，但在低負(fù)荷時(shí)則可能導(dǎo)致熄火。增設(shè)SCR裝置后鍋爐壓力波動(dòng)的增大將使鍋爐在低負(fù)荷或煤質(zhì)較差等惡劣的燃燒條件下，更容易出現(xiàn)燃燒的不穩(wěn)定，甚至引起熄火。本廠#4鍋爐增設(shè)SCR裝置連續(xù)運(yùn)行一年時(shí)，在50%負(fù)荷工況下?tīng)t膛負(fù)壓波動(dòng)增大至±400Pa，鍋爐燃燒不穩(wěn)，需對(duì)空預(yù)器進(jìn)行連續(xù)吹灰可降低負(fù)壓波動(dòng)范圍在±250Pa。

對(duì)鍋爐內(nèi)爆的影響

鍋爐內(nèi)爆是指當(dāng)平衡通風(fēng)鍋爐由于主燃料跳閘或者風(fēng)機(jī)誤操作后，使得爐膛負(fù)壓非正常增大，致使?fàn)t膛或者煙道系統(tǒng)由外向內(nèi)的壓差驟增而產(chǎn)生壓塌的事故現(xiàn)象。鍋爐內(nèi)爆的原因主要有兩點(diǎn)：一是調(diào)節(jié)鍋爐氣體流量的設(shè)備(送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī))誤動(dòng)作，導(dǎo)致?tīng)t膛承受過(guò)大的引風(fēng)壓頭。二是因燃料輸入快速減少或鍋爐MFT。此時(shí)爐膛溫度急劇下降，由理想氣體公式PV=nRT，爐膛容積V不變，溫度的下降將會(huì)導(dǎo)致壓力的急劇下降，形成爐內(nèi)的瞬間高負(fù)壓。

裝設(shè)SCR系統(tǒng)的鍋爐因?yàn)楣苈纷枇υ龃螅捎么笕萘康囊L(fēng)機(jī)，使鍋爐處在引風(fēng)機(jī)高壓頭下，容易產(chǎn)生很高的負(fù)壓。尤其是在負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)機(jī)的動(dòng)作幅度更大，誤操作時(shí)會(huì)使?fàn)t膛出現(xiàn)更大的負(fù)壓，增大內(nèi)爆的可能性。本廠#3鍋爐裝設(shè)SCR系統(tǒng)后，在一次滅火時(shí)因?yàn)殄仩t內(nèi)爆導(dǎo)致電除塵內(nèi)部及出口喇叭嚴(yán)重?fù)p壞，原因是空預(yù)器堵塞差壓增大，導(dǎo)致機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓一直保持較高負(fù)壓，當(dāng)時(shí)引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓在-6000Pa以上(引風(fēng)機(jī)入口煙道設(shè)計(jì)壓力為±5800Pa)，此時(shí)遇到爐膛滅火，爐膛內(nèi)負(fù)壓急劇下降，在爐膛負(fù)壓和引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓的疊加之下，引風(fēng)機(jī)入口段煙道承受負(fù)壓遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)瞬爆壓力值，造成煙道薄弱之處承受力過(guò)大損壞，電除塵出口的槽板、框架、極板、極線受到嚴(yán)重的撞擊，遭受嚴(yán)重破壞。

因此，今后鍋爐在設(shè)計(jì)或增設(shè)SCR裝置時(shí)要充分考慮加裝SCR對(duì)內(nèi)爆的影響：一是要增大爐膛及煙道支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，使其有充分的裕度，避免內(nèi)爆的破壞性影響。二是完善引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓的監(jiān)控和保護(hù)：引風(fēng)機(jī)入口的負(fù)壓是產(chǎn)生爐膛內(nèi)負(fù)壓的源動(dòng)力，是風(fēng)道系統(tǒng)中負(fù)壓最大的地方，加強(qiáng)對(duì)此位置的監(jiān)控，掌握系統(tǒng)中負(fù)壓的變化情況，可有效跟蹤煙風(fēng)道系統(tǒng)中的運(yùn)行情況。可增加引風(fēng)機(jī)入口煙氣壓力測(cè)點(diǎn)，并根據(jù)引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓值增設(shè)報(bào)警提醒運(yùn)行人員及增設(shè)閉鎖引風(fēng)機(jī)加負(fù)荷的保護(hù)，當(dāng)鍋爐MFT后，引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓達(dá)到危險(xiǎn)值時(shí)，可增設(shè)聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)的保護(hù)。三是優(yōu)化鍋爐MFT后爐膛壓力控制策略：增加MFT后引風(fēng)機(jī)超馳動(dòng)作條件，及修改MFT后爐膛壓力低三值聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)的定值。四是在運(yùn)行中應(yīng)注意風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，并盡量避免出現(xiàn)燃料的快速切斷。如爐膛壓力急劇下降，應(yīng)迅速關(guān)小引風(fēng)機(jī)，增加送風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量，減小爐膛內(nèi)的負(fù)壓，避免出現(xiàn)“內(nèi)爆”現(xiàn)象造成爐內(nèi)設(shè)備的損壞。五是由于引風(fēng)機(jī)在鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)中對(duì)內(nèi)爆的引發(fā)起著關(guān)鍵性作用，在選用風(fēng)機(jī)時(shí)需特別注意，要選用合適的風(fēng)機(jī)，使其高效區(qū)處于鍋爐的正常負(fù)荷區(qū)間，要有足夠高的揚(yáng)程，以滿足增加的阻力的要求，同時(shí)盡量使運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離喘振區(qū)。

SCR的加裝，不可避免地會(huì)對(duì)鍋爐系統(tǒng)帶來(lái)一些負(fù)面的影響，如鍋爐的經(jīng)濟(jì)性下降，安全性降低等。在鍋爐脫硝裝置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮該裝置對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響，使其達(dá)到安全設(shè)計(jì)的規(guī)范，并使經(jīng)濟(jì)性盡可能的少降低。