探討脫硝自動優化對空預器堵塞問題的改善

寧夏天元熱電聯產有限公司 曹阿龍

空預器是工業領域中常見的設備，用于預熱燃燒所需的空氣。然而，由于燃燒過程中產生的廢氣中含有大量的氮氧化物（NOx），需要通過脫硝處理來降低對環境的污染。傳統的脫硝操作方式往往存在效率低下、操作復雜等問題，且容易導致空預器堵塞。因此，如何改善空預器堵塞問題成為亟待解決的難題。本文將探討脫硝自動優化技術對空預器堵塞問題的改善效果，以期為相關行業提供可行的解決方案。

1 脫硝自動優化概述

脫硝自動優化是一種利用自動化技術和智能控制算法來提高脫硝過程效率的方法。脫硝自動優化通過實時監測和分析脫硝過程中的關鍵指標，自動調節脫硝裝置的運行參數，以達到最佳的脫硝效果。

脫硝自動優化的核心是建立一個智能化的控制系統，該系統可實時采集和處理與脫硝相關的數據，基于這些數據，控制系統可運用先進的算法進行分析和優化，自動調整脫硝裝置的運行參數，使其在保證脫硝效果的同時，盡可能地減少廢氣處理裝置的負荷和能耗，例如圖1為某大型燃煤機組SCR 脫硝系統優化。

圖1 大型燃煤機組SCR 脫硝系統優化

脫硝自動優化技術的應用可以帶來多方面的好處。首先，可提高脫硝效率和穩定性，減少氮氧化物的排放，從而降低對環境的污染。其次，自動優化可減少人工干預和操作錯誤的可能性，提高操作的安全性和穩定性[1]。

2 運行中空預器堵塞造成的后果

首先，空預器是風煙系統中的關鍵組件，用于將鍋爐尾部煙道中排出的煙氣中攜帶的熱量，通過蓄熱元件傳導到進入鍋爐前的空氣中，將空氣預熱到一定的溫度?？諝忸A熱器可利用鍋爐出口煙氣所帶熱能，用來預熱鍋爐助燃空氣或其他烘干用途。當空預器堵塞時，煙氣無法順暢通過，導致脫硝劑和煙氣接觸面積減小，脫硝效率降低。這將導致氮氧化物無法完全還原，造成排放超標。

其次，堵塞的空預器會導致脫硝系統的運行不穩定?？諝夥植疾痪鶆?、煙道壓力變化等問題可能會導致脫硝劑噴射量不均勻，進而影響脫硝效果。系統的不穩定性會增加維護和調整的難度，甚至可能引發設備故障。此外，堵塞的空預器會導致局部溫度升高，加速金屬材料的腐蝕和損壞，從而縮短設備的使用壽命，并造成吸風機電耗增加、一次風機母管壓力波動大等情況。

3 空預器堵塞的原因

3.1 氮氧化物結垢

空預器堵塞的主要原因之一是氮氧化物（NOx）結垢。在火電廠中，脫硝系統用于降低煙氣中的氮氧化物含量，但同時也會產生一些副產物，其中包括一種稱為氮氧化物結垢的固體顆粒物質。當脫硝劑與煙氣中的氮氧化物反應時，會形成一系列氣相和固相產物。其中，固相產物中的氮氧化物結垢顆粒很小，但卻會隨著煙氣被帶入空預器中，并在內部表面上沉積和積聚。

隨著時間的推移，這些結垢顆粒會逐漸增多并形成覆蓋層，最終導致空預器內部通道的狹窄和阻塞。氮氧化物結垢對空預器的堵塞問題造成了嚴重影響。結垢物質會附著在空預器內壁和管道上，導致空氣通道變窄，阻礙煙氣的流動并影響傳熱效果。

3.2 入爐煤含硫量高

入爐煤含硫量高是導致空預器堵塞的一個主要原因。具體表現如下：首先，入爐煤中的硫分在燃燒過程中會生成SO2。如果入爐煤的硫含量高，燃燒過程中產生的SO2也會相應增多。其次，當SO2與脫硝劑反應時，會生成固體硫酸鹽顆粒。這些顆粒會隨著煙氣被帶入空氣通道，其中一部分會沉積在空預器內。再次，硫酸鹽顆粒會在空預器內積聚并形成結垢。隨著時間的推移，結垢物質會附著在空預器內壁和管道上，導致空氣通道變窄，甚至完全堵塞。此外，硫酸鹽顆粒的積累會影響脫硝劑與煙氣中的氮氧化物發生反應的接觸效果，從而降低脫硝效率[2]。

3.3 操作和維護不當

空預器堵塞的原因之一是操作和維護不當。具體表現包括以下幾個方面：一是清灰不及時或清灰不徹底，會導致積灰和結垢物質在空預器內積聚，堵塞空氣通道。此外，如果采用了不恰當的清灰方法，例如高壓水洗或金屬刷子刮擦等，會損壞空預器內部表面的涂層和防腐層，進一步加劇結垢和堵塞問題。二是空預器進口過濾器是防止灰塵和雜質進入空氣通道的關鍵設備。如果過濾器未及時清洗或更換，就會降低通風效果，使得灰塵和雜質直接進入空氣通道，引發結垢和堵塞問題。三是脫硝劑是用于降低煙氣中氮氧化物含量的關鍵措施。如果脫硝劑投入不均勻或投加量過多，就會產生大量的固體顆粒物質，這些顆粒會隨著煙氣被帶入空氣通道，并在內部表面上沉積和積聚，形成結垢和堵塞問題。

4 脫硝自動優化對空預器堵塞問題的改善策略

4.1 火電機組SCR 脫硝工藝流程

火電機組中脫硝工藝（Selective Catalytic Reducation，SCR）是一種常用的降低煙氣中氮氧化物排放的方法。脫硝自動優化可有效改善空預器堵塞問題。下文是SCR 脫硝工藝的一般流程：第一，進入SCR 反應器。預熱后的煙氣進入SCR 反應器。SCR 反應器內部包含催化劑層，通常是由鈦硅催化劑或V2O5/TiO2催化劑組成。

注入脫硝劑。同時，將尿素溶液（或氨水）作為脫硝劑注入SCR 反應器。脫硝劑在催化劑的作用下與煙氣中的氮氧化物發生反應，生成氮和水蒸氣。

氮氧化物還原。在SCR 反應器中，NOx 會被還原成無害的氮氣（N2）和水蒸氣（H2O）。

控制系統監測和優化。脫硝過程中，控制系統會監測煙氣中的氮氧化物濃度，并根據設定的目標值對脫硝劑的投放進行自動調節，以實現最佳的脫硝效果。

第五，煙氣途經空氣預熱器。煙氣從SCR 反應器出口進入空氣預熱器（APH），在APH 中被預熱。通過自動優化脫硝過程，可以確保脫硝劑的投放量與煙氣中的氮氧化物濃度匹配，避免了脫硝劑的過量投放，減少了結垢物質的生成和堆積，從而改善了空預器堵塞問題，圖2為鍋爐SCR 脫硝系統裝置的基本流程圖。

圖2 鍋爐SCR 脫硝系統裝置的基本流程圖

4.2 脫硝NOx 控制系統優化控制方案

脫硝NOx 控制系統優化控制方案可以通過以下幾個方面來改善空預器堵塞問題：第一，確定最佳脫硝劑投放量。在脫硝過程中，脫硝劑的投放量會影響到反應效果，進而影響到空氣通道內的結垢情況。通過監測煙氣中的氮氧化物濃度，并根據設定的目標值對脫硝劑的投放進行自動調節，可以確保脫硝劑的投放量與煙氣中的氮氧化物濃度匹配，避免了脫硝劑的過量投放，減少了結垢物質的生成和堆積。

優化燃燒工藝。在燃燒過程中，氮氧化物的產生量與燃燒條件密切相關。通過優化燃燒工藝、控制燃燒溫度和增加燃燒時間等措施，可以降低氮氧化物的產生量，從而減少結垢物質的生成和堆積。

第三，采用合適的結垢防護措施。在設計火電機組時，可以采用一些結垢防護措施，例如增加空氣通道內的流動板、設置結垢排放口等，以減少結垢物質在空氣通道內的積聚[3]。

4.3 新型預測控制在脫硝控制系統中的應用

新型預測控制在脫硝控制系統中的應用，可進一步改善空預器堵塞問題。具體來說，其可通過以下幾個方面來實現：第一，預測氮氧化物排放。利用新型預測控制技術，可對燃燒過程中的氮氧化物排放做出預測，從而更加精確地控制脫硝劑的投放量和投放時間，避免因脫硝劑投放不當而導致的結垢問題。

第二，優化控制策略。新型預測控制技術可根據預測結果，自動更新控制策略，以達到更好的控制效果。例如，在燃燒過程中出現異常情況時，控制系統可自動調整脫硝劑的投放量和投放時間，以確保氮氧化物排放滿足標準，同時避免結垢問題。

第三，實時監測和反饋。新型預測控制技術可實時監測煙氣中的氮氧化物濃度變化，并及時反饋給控制系統?？刂葡到y可根據實時數據進行自動調節，以確保脫硝效果和空預器堵塞問題的改善。

第四，提高控制精度。新型預測控制技術可通過對大量歷史數據的分析和建模，提高控制系統的精度和可靠性。這有助于減少脫硝劑的過量投放和結垢物質的生成和堆積，從而改善空預器堵塞問題。

4.4 自動清洗與維護

自動清洗與維護是脫硝系統中改善空預器堵塞問題的重要手段。通過使用自動清洗與維護技術，可以定期對空預器進行清洗和維護，減少結垢物質的積聚，從而減輕堵塞問題。下文是一些常見的自動清洗與維護技術。

第一，水沖洗系統。在脫硝系統中設置水沖洗系統，可定期對空預器進行水沖洗，清除積聚在表面的結垢物質。水沖洗系統可以通過噴嘴或噴淋裝置噴灑清洗劑，將結垢物質沖刷掉，保持空預器的清潔。第二，空氣吹掃系統。使用空氣吹掃系統可以通過向空預器表面噴射壓縮空氣，將結垢物質從表面吹掃掉。該方法常用于較輕度的結垢情況，可以快速有效地清除結垢物質。第三，振動清洗系統。振動清洗系統通過在空預器表面施加振動力，可以使結垢物質松動并脫落。這種方法適用于較為頑固的結垢情況，可以有效地解決堵塞問題。第四，自動維護系統。自動維護系統可以通過監測空預器的工作狀態和堵塞程度，自動判斷清洗和維護的時機。根據設定的閾值，系統可以自動啟動清洗程序，在必要時進行清洗和維護操作，保持空預器的良好工作狀態。

5 脫硝自動優化后的效果

脫硝自動優化對空預器堵塞問題的改善效果主要表現在以下幾個方面：首先，通過自動優化控制技術和自動清洗與維護技術的應用，可以及時有效地清除空預器上的結垢物質。定期的清洗和維護可以防止結垢物質的積累，從而減少空預器堵塞的發生。

其次，堵塞的空預器會影響煙氣的流通和分布，降低脫硝劑和煙氣之間的接觸效率，從而降低脫硝效率。通過改善空預器堵塞問題，脫硝系統可以正常運行，提高脫硝效率，使氮氧化物的排放達到標準要求。

再次，堵塞的空預器會導致脫硝系統的運行不穩定，甚至造成設備故障。通過自動優化控制和自動清洗與維護，可以保持空預器的清潔狀態，減少故障發生的可能性，提高設備的可靠性和穩定性。

最后，對空預器進行手動清洗和維護需要耗費人力和物力資源，而自動清洗與維護技術可以實現自動化操作，減少人力投入和運維成本。此外，通過減少堵塞問題的發生，還可以降低設備維修和更換的頻率，進一步降低運維成本。

綜上所述，脫硝自動優化技術可以實時監測和調節脫硝過程中的各項參數，從而提高脫硝效率，降低氮氧化物排放，并減少空預器堵塞的風險。然而，該技術在實際應用中仍存在一些挑戰和限制，需要進一步研究和完善。相信通過不斷的努力和創新，脫硝自動優化技術將能夠為解決空預器堵塞問題提供更加可靠和可持續的解決方案，推動工業生產向更加環保和高效的方向發展。