為適應(yīng)越來越嚴(yán)格的排放要求，火電機組紛紛進行脫硝改造，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，在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，在關(guān)注脫硝效率的同時，SCR脫硝裝置對鍋爐系統(tǒng)的經(jīng)濟性和安全性方面的影響也應(yīng)引起重視。

機組概況

大唐信陽華豫發(fā)電有限責(zé)任公司二期2×660MW超超臨界燃煤發(fā)電#3、#4機組分別于2009年3月、10月投產(chǎn)。鍋爐是由某鍋爐(集團)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)變壓運行，帶內(nèi)置式啟動旁路系統(tǒng)的本生直流鍋爐。形式為單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、前后墻對沖燃燒方式。鍋爐采用中速磨煤機一次風(fēng)正壓直吹式系統(tǒng)，每臺爐配6臺中速磨煤機。B-MCR工況燃燒設(shè)計煤種時，5運1備，煤粉細度R90=16%，煤粉均勻性系數(shù)為1.05。每臺磨煤機為一層6臺燃燒器供應(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36只燃燒器(后墻最下層F層為小油槍燃燒器)。每臺爐各安裝兩臺三分倉容克式空氣預(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)，生成無害的氮氣(N2)和水(H2O)，從而達到脫除氮氧化物的目的，每臺脫硝裝置的煙氣處理能力為相應(yīng)鍋爐ECR工況時的100%煙氣量，脫硝裝置入口NOx含量≤450mg/Nm3時，保證脫硝效率≥80%;NOx排放濃度不超過100mg/Nm3，能嚴(yán)格滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，但SCR脫硝裝置安裝后對鍋爐安全經(jīng)濟運行產(chǎn)生了較大的影響。

SCR法脫硝對超超臨界鍋爐運行的影響

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SCR裝置時燃燒系統(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。而整個鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力為2000～3000Pa(BMCR工況，330～660MW)。可見，SCR裝置對鍋爐的煙道阻力特性會有很大影響，同時，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裝置隨著運行時間的增長，壓損越來越大。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、腐蝕性強的化合物硫酸氫氨(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，進一步增加煙道的阻力。本廠兩臺超超臨界鍋爐在SCR裝置投運半年后空氣預(yù)熱器阻力差壓均較剛投入時增加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。見下圖所示。


上圖中，橫坐標(biāo)為鍋爐的負荷，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。若某一時刻鍋爐從工況A調(diào)節(jié)到工況B，工作點就從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，由原來的曲線l疊加上加裝SCR所增加的阻力得到。此時若同樣從工況A調(diào)節(jié)到工況B，工作點從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。風(fēng)機的壓力調(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。

鍋爐系統(tǒng)較大的壓力波動將影響爐膛的穩(wěn)定燃燒、燃燒的經(jīng)濟性，甚至?xí)龃鬆t膛內(nèi)爆的可能性。同時引風(fēng)機壓頭將會有很大提高.不利于鍋爐的安全穩(wěn)定運行。

對鍋爐熱效率的影響

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，煙氣通過超超臨界鍋爐脫硝系統(tǒng)后煙溫降低了5℃左右，對鍋爐效率將會產(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，煙氣通過空預(yù)器增加阻力500Pa左右，整個煙氣側(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。

對空預(yù)器的影響

相對來說，SCR脫硝裝置對空預(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，還將會在空預(yù)器的低溫段產(chǎn)生低溫腐蝕，同時造成空預(yù)器的積灰。本廠SCR脫硝裝置氨逃逸率設(shè)計為≤2.5mg/Nm3，逃逸率超過設(shè)計值時將會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)機電耗增加，一次風(fēng)機母管壓力波動大等情況。

另外，鍋爐排放的煙氣中含有一定量的水分，同時氨氣和NOx反應(yīng)產(chǎn)物為氮氣和水，燃用高硫煤時，煙氣中SO3含量較高，只要煙氣中有0.005%的SO3，煙氣的露點即可提高到150℃以上，此時空預(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)在運行過程中，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，將會使大量的灰塵帶入脫硝上層催化劑，即便加強脫硝系統(tǒng)吹灰仍不能避免蜂窩狀催化劑的堵塞。二是加強SCR反應(yīng)器區(qū)域和空預(yù)器的吹灰，尤其應(yīng)加強空預(yù)器低溫段的吹灰，當(dāng)發(fā)現(xiàn)空預(yù)器進、出口差壓增大時應(yīng)及時減少噴氨量，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效果較為明顯，并能對徹底吹除邊角的積灰。但灰量較大時蒸汽吹灰器能起到很好的作用。當(dāng)在投入蒸汽吹灰時，一定要充分疏水，否則會造成灰塵結(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，防止氨氣過量而造成氨逃逸，正常情況下應(yīng)控制氨逃逸率不超過3ppm。四是控制機組負荷，提高負荷可以使排煙溫度得到適當(dāng)?shù)纳仙?，另外冬天?yīng)及時投運二次風(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)露點溫度以下腐蝕情況的程度。五是啟動和運行中加強對燃油控制，優(yōu)化制粉系統(tǒng)的啟動條件，盡量使用熱值高、揮發(fā)份較高的煤種，同時提高一二次風(fēng)溫，以減少啟動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)計值以下，降低煙氣酸露點溫度，減少NH4HSO4生成，減少空預(yù)器的腐蝕及堵塞。

?對低負荷穩(wěn)定燃燒的影響

SCR裝置對鍋爐系統(tǒng)的影響在低負荷時表現(xiàn)尤為明顯，會在很大程度上影響鍋爐的穩(wěn)定燃燒。鍋爐壓力波動如上圖所示，增設(shè)SCR裝置后，當(dāng)出現(xiàn)鍋爐負荷變動等情況時，風(fēng)機將產(chǎn)生比未安裝SCR裝置多(△P2一△P1)的壓力波動。而且隨著鍋爐運行時間的增加，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。

低負荷時.爐膛平均煙溫降低.燃燒器區(qū)域的煙溫也降低，對煤粉氣流的著火不利，不易維持穩(wěn)定的燃燒。在額定負荷下某一大小的擾動不致破壞燃燒過程，但在低負荷時則可能導(dǎo)致熄火。增設(shè)SCR裝置后鍋爐壓力波動的增大將使鍋爐在低負荷或煤質(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)運行一年時，在50%負荷工況下爐膛負壓波動增大至±400Pa，鍋爐燃燒不穩(wěn)，需對空預(yù)器進行連續(xù)吹灰可降低負壓波動范圍在±250Pa。

對鍋爐內(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)機誤操作后，使得爐膛負壓非正常增大，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：一是調(diào)節(jié)鍋爐氣體流量的設(shè)備(送風(fēng)機、一次風(fēng)機、引風(fēng)機)誤動作，導(dǎo)致爐膛承受過大的引風(fēng)壓頭。二是因燃料輸入快速減少或鍋爐MFT。此時爐膛溫度急劇下降，由理想氣體公式PV=nRT，爐膛容積V不變，溫度的下降將會導(dǎo)致壓力的急劇下降，形成爐內(nèi)的瞬間高負壓。

裝設(shè)SCR系統(tǒng)的鍋爐因為管路阻力增大，采用大容量的引風(fēng)機，使鍋爐處在引風(fēng)機高壓頭下，容易產(chǎn)生很高的負壓。尤其是在負荷調(diào)節(jié)時，風(fēng)機的動作幅度更大，誤操作時會使?fàn)t膛出現(xiàn)更大的負壓，增大內(nèi)爆的可能性。本廠#3鍋爐裝設(shè)SCR系統(tǒng)后，在一次滅火時因為鍋爐內(nèi)爆導(dǎo)致電除塵內(nèi)部及出口喇叭嚴(yán)重損壞，原因是空預(yù)器堵塞差壓增大，導(dǎo)致機組高負荷運行時，引風(fēng)機入口負壓一直保持較高負壓，當(dāng)時引風(fēng)機入口負壓在-6000Pa以上(引風(fēng)機入口煙道設(shè)計壓力為±5800Pa)，此時遇到爐膛滅火，爐膛內(nèi)負壓急劇下降，在爐膛負壓和引風(fēng)機入口負壓的疊加之下，引風(fēng)機入口段煙道承受負壓遠大于設(shè)計瞬爆壓力值，造成煙道薄弱之處承受力過大損壞，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)計或增設(shè)SCR裝置時要充分考慮加裝SCR對內(nèi)爆的影響：一是要增大爐膛及煙道支撐結(jié)構(gòu)的強度，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)機入口負壓的監(jiān)控和保護：引風(fēng)機入口的負壓是產(chǎn)生爐膛內(nèi)負壓的源動力，是風(fēng)道系統(tǒng)中負壓最大的地方，加強對此位置的監(jiān)控，掌握系統(tǒng)中負壓的變化情況，可有效跟蹤煙風(fēng)道系統(tǒng)中的運行情況?？稍黾右L(fēng)機入口煙氣壓力測點，并根據(jù)引風(fēng)機入口負壓值增設(shè)報警提醒運行人員及增設(shè)閉鎖引風(fēng)機加負荷的保護，當(dāng)鍋爐MFT后，引風(fēng)機入口負壓達到危險值時，可增設(shè)聯(lián)跳引風(fēng)機的保護。三是優(yōu)化鍋爐MFT后爐膛壓力控制策略：增加MFT后引風(fēng)機超馳動作條件，及修改MFT后爐膛壓力低三值聯(lián)跳引風(fēng)機的定值。四是在運行中應(yīng)注意風(fēng)機的運行，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，增加送風(fēng)機的送風(fēng)量，減小爐膛內(nèi)的負壓，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)機在鍋爐的負荷調(diào)節(jié)中對內(nèi)爆的引發(fā)起著關(guān)鍵性作用，在選用風(fēng)機時需特別注意，要選用合適的風(fēng)機，使其高效區(qū)處于鍋爐的正常負荷區(qū)間，要有足夠高的揚程，以滿足增加的阻力的要求，同時盡量使運行點遠離喘振區(qū)。

SCR的加裝，不可避免地會對鍋爐系統(tǒng)帶來一些負面的影響，如鍋爐的經(jīng)濟性下降，安全性降低等。在鍋爐脫硝裝置設(shè)計時，應(yīng)充分考慮該裝置對鍋爐運行的影響，使其達到安全設(shè)計的規(guī)范，并使經(jīng)濟性盡可能的少降低。