火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運行的影響

隨著我國市場經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷增長和提高，對火力發(fā)電廠的要求也越來越高，在火電廠中，燃料還是主要以煤為主，而煤的燃燒會產(chǎn)生大量粉塵等廢棄物，面對日益嚴(yán)峻的環(huán)保排放要求，我國大部分火電廠都完成了脫硝改造，但是，火電廠引入煙氣脫硝裝�后，鍋爐運行會受到一定程度的影響，因此，本文主要是對火電廠煙氣脫硝裝置對鍋爐運行的影響進行分析和探討。

一、煙氣脫硝技術(shù)概論

脫硝技術(shù)是被廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠煙氣脫硝中的技術(shù)方法，根據(jù)催化劑設(shè)備儀器的架設(shè)高度不同，被劃分為兩種形式分別是：高塵段布置設(shè)計與低塵段布置設(shè)計。其中前者的技術(shù)應(yīng)用特點是煙氣熱能量溫度數(shù)值高，對催化劑反應(yīng)性能有加速、提效作用，并且該布置方法的資金成本投入少、運行維護支出費用經(jīng)濟合理，于是被火力發(fā)電廠普遍選擇適用。

后者與前者不同，其工作原理和效用與前者的明顯區(qū)別是減少了的煙氣中的飛塵含量，但是因為運行原理、設(shè)備操作流程、系統(tǒng)構(gòu)建過程繁瑣復(fù)雜，維持運行的資金成本投入高、后續(xù)維護管理費用也較高，因而在應(yīng)用范圍上不及前者。

選擇性催化還原法脫硝技術(shù)由多道反映流程組合構(gòu)成，其中溫度的數(shù)值范圍設(shè)定能夠?qū)γ撓醮呋瘎┌l(fā)生最直接的影響作用，并從一定程度上決定到了煙氣脫硝技術(shù)的實施效果。因此技術(shù)管理人員應(yīng)當(dāng)保證脫硝催化劑始終處于設(shè)計的溫度數(shù)值之內(nèi)，從而加速脫硝催化劑的反映效果，提高選擇性催化還原法脫硝的技術(shù)質(zhì)量和水平，構(gòu)建合理、穩(wěn)定的脫硝反應(yīng)運行系統(tǒng)。

在選擇性催化還原法煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用過程中，催化劑種類的選擇、性能系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定，是影響到煙氣脫硝成效質(zhì)量的核心要點問題。也就是說，如果火力發(fā)電廠想要提高煙氣脫硝技術(shù)水平，最直接有效的又簡便的方法就是選擇適當(dāng)?shù)拿撓醴磻?yīng)催化劑。對于脫硝催化劑的選用標(biāo)準(zhǔn)為：脫硝反應(yīng)速度快、脫硝后的排出煙氣中氨氣含量低、脫硝反應(yīng)對設(shè)施儀器的損壞影響程度輕微。

二、煙氣脫硝裝置對鍋爐運行的影響

1、增加煙道系統(tǒng)阻力

火電廠中煙氣脫硝裝置反應(yīng)器多布置在空預(yù)器入口以及省煤器出口前的高灰塵區(qū)域內(nèi)，在煙氣脫硝裝置的運行過程當(dāng)中，整個煙道的阻力明顯增大(包括煙氣在煙道傳輸中的沿程阻力、催化劑自身阻力、以及局部阻力等)。在煙氣脫硫反應(yīng)器內(nèi)，催化劑多采用分層布置的方案(目前一般將其設(shè)置為2+1結(jié)構(gòu))。同時，煙氣脫硫反應(yīng)器內(nèi)典型設(shè)計煙氣流動速度取值為6.0m/s，并設(shè)置符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸要求的催化劑模件，每層催化劑反應(yīng)過程中所對應(yīng)的煙氣阻力取值在200.0Pa左右。

在火電廠將脫硝裝置布置于整個系統(tǒng)內(nèi)后，煙氣脫硝裝置的運行會直接增加尾部煙道，導(dǎo)致鍋爐散熱損失高于布置前。同時，空預(yù)器入口位置的煙氣溫度有明顯下降趨勢，較布置前溫度差異在5.0℃左右。受此因素影響，會降低整個煙氣脫硝裝置運行過程中的一次、二次風(fēng)溫，影響空預(yù)器冷端煙氣溫度。

2、反應(yīng)器催化劑阻塞

在火電廠選擇性催化還原工藝運行過程當(dāng)中，增設(shè)煙氣脫硫裝置后，化合物與粉塵可能在催化劑表面發(fā)生堆積，覆蓋活性成分或?qū)е麓呋瘎┟?xì)孔的堵塞，對催化反應(yīng)產(chǎn)生一定影響。結(jié)合已有實踐經(jīng)驗來看，這種阻隔反應(yīng)物與催化劑的接觸，降低催化劑活性的問題，主要表現(xiàn)為飛灰顆粒沉積堵塞。

結(jié)合已有的現(xiàn)象觀察來看：飛灰顆粒沉積會造成催化劑表面的微孔被堵塞，或受到毛細(xì)管作用影響，固體顆粒產(chǎn)生結(jié)垢并凝結(jié)，進而堵塞催化劑表面微孔。出現(xiàn)此問題將會嚴(yán)重威脅到整個火電廠鍋爐裝置的安全運行，必須引起重視。

分析認(rèn)為：相較于蜂窩狀催化劑而言，用板式催化劑進行催化時的柔性水平更高，出現(xiàn)飛灰顆粒堵塞的可能性較低，且無需工作人員頻繁進行清掃維護。此類催化劑在應(yīng)用于煙氣脫硝工藝時需配置16只伸縮式吹灰器，其反應(yīng)介質(zhì)多來源于自屏過汽源，按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共布置為2層結(jié)構(gòu)。

在整個反應(yīng)器投入運行的過程當(dāng)中，除借助于蒸汽機械式定期吹灰以外，還需要在反應(yīng)器煙道中增設(shè)導(dǎo)流板，以起到疏導(dǎo)煙氣流向的目的，同時可發(fā)揮減少飛灰沉積量的價值。為解決催化劑表面灰塵大量沉積的問題，還可以在反應(yīng)室第一層催化劑上方增設(shè)網(wǎng)篩。

3、空預(yù)器堵塞及腐蝕

一般鍋爐增加煙氣脫硝系統(tǒng)后煙道的煙氣阻力會增加1kPa左右，空氣預(yù)熱器出口段煙氣負(fù)壓增加較多，使得空氣預(yù)熱器漏風(fēng)差壓升高，煙溫有所下降。燃料中的硫分在燃燒過程中會產(chǎn)生SO2和SO3，SCR煙氣脫硝裝置在催化劑V2O5的作用下將更多的SO2轉(zhuǎn)化為SO3。

一般情況下脫硝效率越高，SO2向SO3的轉(zhuǎn)換率也越高，導(dǎo)致煙氣中的酸露點溫度有所提高，當(dāng)排煙溫度低于酸露點溫度時就會使硫酸蒸汽凝結(jié)，進而加劇空氣預(yù)熱器冷端腐蝕和堵塞的可能性。

催化劑中的氨與煙氣中的NOx反應(yīng)或者被氧化后，多余的氨被排入下游煙道。煙氣中的氨與SO3接觸在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件(約在230℃左右)下生成硫酸氫銨和硫酸銨。

硫酸氫銨可能沉積在空氣預(yù)熱器中溫段及冷段，由于具有很強的粘附性，會吸附煙氣中的顆粒物，造成大量灰分粘附在換熱器金屬表面和層間，引起換熱元件堵塞，使得空氣預(yù)熱器的煙氣阻力增加、換熱效率降低，甚至無法正常運行的現(xiàn)象。

從這一角度上來說，為了預(yù)防火電廠鍋爐設(shè)備運行在增設(shè)煙氣脫硝裝置后產(chǎn)生質(zhì)量或安全方面的問題，避免硫酸氫銨和硫酸銨在空預(yù)器的沉積與粘附問題，可采取的措施有以下幾個方面：

(1)從改進材質(zhì)屬性的角度入手，將火電廠空預(yù)器冷端換熱元件材質(zhì)更改為搪瓷耐腐蝕性材質(zhì)，以達(dá)到提高其耐腐蝕性能的目的;

(2)改造空預(yù)器冷端吹灰器行程，如從原有的1.2m行程提高至2.0m，通過延長空預(yù)器冷端吹灰形程的方式，達(dá)到提高吹灰壓力蒸汽的目的，以免空預(yù)器冷端因積灰或低溫腐蝕等質(zhì)量問題對鍋爐運行產(chǎn)生不良影響。

三、結(jié)語

由于國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展水平的提升、城市現(xiàn)代化進程的加快，火力發(fā)電廠應(yīng)當(dāng)對如何優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)，減少對不可再生資源的消耗，降低對生態(tài)環(huán)境、自然資源的破壞進行思考研究與技術(shù)創(chuàng)新，但是火電廠在安裝煙氣脫硝裝置的同時，會導(dǎo)致煙道系統(tǒng)阻力增加、造成反應(yīng)器催化劑阻塞以及空預(yù)器堵塞腐蝕等方面的問題出現(xiàn)，影響鍋爐運行效率。

因此，在對火電廠煙氣脫硝裝置進行設(shè)計時，工作人員必須充分考慮煙氣脫硝裝置對鍋爐運行性能產(chǎn)生的影響，通過技術(shù)經(jīng)濟評價得出最確切的結(jié)論，采取有效措施以確保鍋爐運行的經(jīng)濟性與安全性。