脫硝氨逃逸對空預器的危害及應對措施

安鵬羽

摘 要：隨著環保要求越發嚴格，火力發電廠陸續增加了脫硝設備，本文重點介紹了當前電廠脫硝技術中的常用的選擇性催化還原法（SCR）的工藝流程，介紹了在實際工作中氨逃逸的測量方法和原理，闡述了氨逃逸量過大的危害及NH4HSO4的生成原理，由于NH4HSO4粘性大、腐蝕性強，易捕捉煙氣中的飛灰，是造成空預器堵塞的主要原因，針對空預器堵塞的原因提出了應對措施。

關鍵詞：脫硝 氨逃逸 空預器

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0044-03

選擇性催化還原法（SCR）作為目前技術成熟、效果較好的脫硝工藝被廣泛應用于火電廠的脫硝工程中，但此方法在實際應用中出現了空預器堵塞、NOx排放超標、催化劑磨損等問題。其中，空預器堵塞問題最為嚴重，造成煙氣流動過程中的阻力增大，風機的能耗增加，嚴重時需要停機清理空預器。因此，研究如何防止空氣預熱器堵塞對電廠的安全運行和經濟性都具有重要的意義。

1 脫硝系統工藝流程

選擇性催化還原法（SCR）裝置，布置在省煤器和空氣預熱器之間，脫硝煙氣從省煤器至空氣預熱器之間的煙道接入，工藝流程圖如圖1所示。一般脫硝SCR反應器設計三層催化劑，煙氣豎直向下流經反應器，反應器入口設置氣流均布裝置，反應器入口及出口處均設置導流板，對于反應器內部易于磨損的部位設計必要的防磨措施。

隨著催化劑性能的不斷改進和反應操作條件的日趨優化，SCR技術也逐漸成熟，在我國也得到廣泛的應用。

2 氨逃逸的危害及硫酸氫氨的生成原理

由于脫硝反應過程中會產生一定量的氨逃逸，實際生產運行中，脫硝煙氣中部分SO2在催化劑的作用下轉化為SO3，SO3和氨發生反應生成（NH4）2SO4和NH4HSO4。NH4HSO4是一種易冷凝沉積在空器換熱元件表面的高粘性液態物質，極易粘附煙氣中的飛灰顆粒，堵塞換熱元件通道，增加空預器阻力并影響換熱效果。

反應的化學方程式如下：

NH3+SO3+H2O →NH4HSO4

2NH3+ SO3+H2O→（NH4）2SO4

當煙氣中的SO3濃度高于氨逃逸濃度（通常要求SCR出口不大于3ppm）時，主要生成硫酸氫氨（ABS），生成規律見圖2。

硫酸氫氨造成的堵灰清除比較困難，嚴重時需停爐進行離線高壓水清洗，既影響機組經濟運行，又消耗了大量的人力物力。為有效解決此類問題的產生，降低硫酸氫氨對煙道換熱效果的影響，主要從空預器本體改造和脫硝系統氨逃逸控制兩方面采取措施。

3 氨逃逸的測量方法及原理

氨逃逸一般采用NEOM激光氣體分析儀進行測量，分析儀包括3個獨立的單元：帶有吹掃的發射單元、帶有吹掃的接受單元、電源單元，如圖3所示。

NEOM激光氣體分析儀是一臺光學儀器，其工作原理是：在煙道一側發射器發射紅外激光到煙道另一側的接收器上，用煙道內存在的氣體分子測量對光的吸收量，大多數氣體只吸收特定波長的光，吸收量是煙道內氣體含量的一個直接反應。

4 空預器堵塞原因分析

目前火力發電機組安裝SCR煙氣脫硝系統后普遍存在氨逃逸的現象，過量的氨逃逸會導致空氣預熱器堵塞而阻力增加，嚴重影響機組安全經濟運行。噴氨總量控制不合理，煙道中氨逃逸較高是造成空預器堵塞的主要原因。

經分析，空預器堵塞物中主要是NH4HSO4為主的混合物，在空預器冷端結露生產具腐蝕性、粘粘性的液體，這種狀態下煙氣中的飛灰極易被NH4HSO4捕捉，積累在空預器蓄熱片上，煙氣中飛灰會進一步被吸附流通，形成惡性循環，經分析火電廠脫硝系統的投運是產生NH4HSO4的主要來源，此外，NH4HSO4具有的腐蝕性，造成空預器蓄熱片金屬原件腐蝕變脆，蓄熱片斷裂，引起空預器的局部堵塞和腐蝕，威脅機組的安全穩定運行?？疹A器堵塞不僅降低電廠運行的經濟性，也對機組的安全運行造成危害，因此，研究造成空預器堵塞的原因，解決空預器堵塞，已成為迫在眉睫的任務，如圖4所示。

由于以下幾個直接原因導致空預器換熱元件堵塞更為嚴重。

（1）脫硝控制系統噴氨調整不當，脫硝反應器中NOX分布不均勻，導致噴氨過量，使氨逃逸增大造成硫酸氫氨結晶嚴重。

（2）機組低負荷運行狀態下，空預器冷端溫度過低，極易導致硫酸氫氨結晶，嚴重造成空預器堵塞。

（3）硫酸氫氨在空預器換熱片上結晶后，煙氣流動通道減少，更加劇造成空預器內飛灰堵塞。

5 應對措施

近年來，隨著安裝SCR煙氣脫硝系統火電廠空預器堵塞問題日益突出，國內多家研究單位也已開展相關技術攻關研究工作，提出了脫硝機組空預器堵塞防治技術路線，在這些技術路線和方法中，SCR脫硝系統噴氨優化是必不可少的技術措施，其他措施應根據現場及機組實際情況進行。

（1）控制NH4HSO4的生成，造成NH4HSO4生成的主要原因是脫硝系統的氨逃逸，因此為了防止空預器堵塞，必須控制脫硝反應的氨逃逸，控制噴氨量，優化脫硝反應器流場分布，使反應器內的氮氧化物分布均衡，各區域噴氨分布相對固定，保持NOX分布均衡，才能避免局部過噴氨。同時，只有避免脫硝系統出口的NOX濃度過低，才能避免整體過噴氨。

（2）對空預器換熱元件進行高壓水沖洗，解決NH4HSO4粘灰堵塞空預器的問題，沖洗過程中保證沖洗質量，確保高壓沖洗水穿透3層蓄熱元件由熱端射出，沖洗完成后進行透光率驗收，空預器蓄熱元件表面清洗干凈并見金屬光澤，無損壞腐蝕現象；所有元件通透、透光；透光率達95%以上為合格。

對空預器換熱元件進行改造，一般空預器元件由高、中、低溫換熱元件構成，硫酸氫氨沉積溫度正好處于空預器內部溫度區間，在中、低溫段換熱元件接縫處的硫酸氫氨，吸附飛灰后加劇空預器換熱元件的堵塞和腐蝕，考慮將高、中、低溫段合并改為高、低溫段。同時，考慮換熱效率和防堵塞性能，換熱元件易采用大波紋形，更便于吹灰疏通，在低溫段采用鍍搪瓷換熱元件，使換熱元件表面光潔度和防腐蝕性能得以提高。

（3）對SCR脫硝反應器的煙氣流場進行優化，保證SCR脫硝反應器內部流場的分布均勻性，通常在脫硝反應器中設置導流板，使反應器內部煙氣流速均勻，保證SCR系統的脫硝效率、氨逃逸率、SO2/SO3轉化率及系統阻力降的性能。

（4）加強空預器吹灰管理，在鍋爐運行過程中保證吹灰質量，根據空預器實際差壓變化的情況，合理調整吹灰頻次及強度。

（5）嚴格入爐煤的管理，使入爐煤灰分、硫分控制在規定范圍內，防止高灰分、高硫分煤大量入爐，加劇空預器堵灰；當實際燃煤煤質硫分及灰分較高時，及時對空預器進行沖洗。

（6）確保脫硝測量表計的準確性，加強表計維護，對控制系統邏輯進行修改，增加脫硝運行對機組負荷波動調節的靈敏性，減少滯后調節，低負荷狀態下可適時退出脫硝系統運行。

6 結語

目前，在使用了選擇性催化還原法（SCR）進行脫硝處理的火電廠中，空預器堵塞已成為普遍存在的現象，部分空預器雖然在設計過程中也充分考慮了如何預防堵塞，但是在實際生產運行中，空預器發生堵塞現象仍然普遍存在。對于已發生了的空預器堵塞，我們應采取適當措施，加強空預器吹灰管理，及時進行水沖洗，提高排煙溫度，減少入爐煤含硫量、控制脫硝氨逃逸率等。這些方法我們應根據各個機組實際情況，在運行中不斷的改善修正，并在實際運行中驗證效果，實踐證明，只要措施適當，空預器堵塞問題會得到有效改善。

參考文獻

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