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燃煤机组超低排放改造后空预器堵塞研究与对策

北极星大气网  来源:《江西电力》  作者:朱雨清 陈昕等  2020/2/6 10:35:40  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:燃煤机组在超低排放改造后,SCR烟气脱硝系统运行时造成空预器堵塞,严重影响机组安全稳定运行,通过研究造成空预器堵塞的根本原因,提出对策和预防措施,解决了空预器堵塞问题。

0 引言

随着国家对环保指标的标准值进一步提高,火力发电机组都进行了超低排放改造,环保指标达到了2015 年环保部的标准值。针对氮氧化物(NOX),大部分电厂采用的是选择性催化还原脱销方法(SCR),在SCR化学反应结束后,反应过剩的还原剂NH3会在空预器中和三氧化硫(SO3)以及氮氧化物(NOX)反应生成硫酸氢氨(NH4HSO4),硫酸氢氨在一定条件下以液态形式粘附在空预器扇形板上,再粘附积灰,时间久了形成板结,造成空预器堵塞,严重影响机组安全稳定运行。

2016 年贵溪三期两台640 MW机组进行了超低排放改造,空预器差压逐渐升高,见图1。至2017 年8月,1 号炉空预器差压最高达2 540 Pa,造成风机频繁失速,机组被迫降负荷运行。

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1 空预器堵塞机理分析

1.1 脱硝机理

图2 为SCR 脱硝机理:利用催化剂和NH3 等还原剂与烟雾中的NO或者NO2发生化学反应生成N2和H2O,SCR 化学反应式如下:

4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O

2.jpg

1.2 硫酸氢氨生成机理

锅炉尾部烟气脱硝过程中逃逸的NH3与SO3反应生成硫酸氢氨(NH4HSO4),硫酸氢氨在146~207 ℃内为液态,液态NH4HSO4对飞灰的吸附能力极强,很容易与锅炉烟气含有的飞灰粒子相结合,然后吸附空预器表面沉积成灰甚至板结,造成空预器被积灰腐蚀和堵塞。发生的化学反应为:

NH3+SO3+H2O=NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O=(NH4)2SO4

1.3 空预器堵塞物化学分析

利用停机机会取出空预器波纹板上堵塞物进行化验分析,结果显示绝大部分是硫酸氢氨,见图3。

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2 空预器堵塞原因研究

2.1 煤质影响

因煤价上涨,火电机组经营形式严峻,很多电厂为了降低煤价,都不同程度的掺烧了劣质煤和高硫煤。因酸露点温度与煤的折算硫份的立方根成正比,当入炉煤的硫份增加时,酸露点温度升高,增加了SO3浓度对空预器的影响,空预器冷端金属表面腐蚀加重,空预器差压上升。

2.2 氨逃逸率影响

锅炉的喷氨量过大,造成氨逃逸率高。过量的氨气与烟气中的SO3、水蒸气反应,生成硫酸氨及硫酸氢氨(ABS)凝结物:NH3+SO3+H2O=NH4HSO4。实验测试结果:若烟气中气体氨的负荷体积分数小于1 mL/m3 时,发生反应的机会很小,生成NH4HSO4含量也很小,堵塞情况就不严重。如果氨气的体积分数达到了2 mL/m3,则空预器运行超过半年就会堵塞严重,空预器排烟阻力会增加30% 左右。当氨气体积分数达到3 mL/m3 时,阻力会增加到50% ,这样会给引风机带来严重的影响。

2.3 空预器本体温度影响

硫酸氢氨其物理性质在决定了其在146~207 ℃之间呈液态,极具腐蚀性和黏结性,与烟气中的飞灰粒子相结合,附着于预热器传热元件上形成熔盐状的机会,造成空预器腐蚀、堵灰,使空预器差压上升。火电机组锅炉排烟温度一般设计值在120 ℃左右,但是实际运行区间在100~160 ℃之间,正好有部分温度在硫酸氢氨液态区间,因此,空预器的排烟温度的控制非常重要。

2.4 吹灰动力不足影响

吹灰的作用是及时清除空预器受热面上的积灰和硫酸氢氨板结物,但是对压力和过热度都有明确的要求,如果吹灰压力低、吹灰时间短会造成空预器积灰不易吹尽,吹灰蒸汽温度低又会造成蒸汽带水,减弱吹灰效果。如果受热面积灰不能及时清除,时间长了就会造成板结,空预器差压迅速增大。

2.5 喷氨控制不佳

在对氨逃逸率管理上,对喷氨量调节逻辑进行优化,将NH3逃逸和NOX参数共同参与喷氨量的闭环调节,更好的控制脱销系统的运行。

在标准调节回路中,烟气流量值通过锅炉负荷(或锅炉总风量)换算,非实测数据,且反应器内的烟气量不均匀,导致理论计算在一定程度上失准。加上SCR 反应器入口、出口NOX浓度均为CEMS 表计实测,数据采集存在一定的滞后性,且CMES表计测量存在一定程度的误差,烟气分布不均也会导致CMES仪表的取样测点不具备代表性。由于以上的原因,导致喷氨量自动调节准确性降低。

采用网格法在SCR 反应器进出口截面测量NOx、O2浓度分布规律及出口氨逃逸分布,从图4 中测试数据来看三种工况呈相同的规律:

1)反应器进口NOx浓度分布均匀性较好,反应

器出口NOx浓度分布相对标准偏差大,呈锅炉两侧小,中间大的趋势。

2)SCR系统入口喷氨格栅阀门开度不合理导致实际运行喷氨量与NOx浓度分布匹配较差,个别测孔氨逃逸超标,造成空预器腐蚀、堵灰,使空预器差压上升。

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3 空预器堵塞解决方案

经过空预器堵塞的原因研究,提出一系列对策,从根本上降低或者杜绝空预器堵塞情况的发生。

3.1 合理配煤

尽可能保持单一煤种,在必须进行高硫煤掺烧过程中,保持六台磨煤机的折算硫份总数不大于7%,保证不抬高硫酸氢氨的酸露点。

3.2 喷氨系统优化

3.2.1 脱硝系统喷氨优化试验

通过试验了解反应器进出口的烟气速度场和NOX浓度分布场的偏差情况,再通过调整AIG氨喷嘴调节阀,在最大程度上改善喷氨系统的流量分配不均问题,消除SCR出口NH3及NOX分布不均及局部超标的情况,掌握脱硝装置最大性能出力,以实现机组在不同运行负荷下,脱硝效率合理、NOx排放浓度达标及氨逃逸浓度最低的最佳控制,提高脱硝装置后续运行可靠性与稳定性,降低对后续空预器的不利影响。

下图是对1 号炉的脱硝喷氨格栅做了AIG 优化试验,根据摸底试验得出的出口NOx浓度分布规律调节进口阀门开度,同时在A、B 侧反应器出口测量NOx、O2浓度,依次观察出口NOx分布情况,测试优化结果见图5。

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图5 优化后脱硝系统进、出口NOx浓度分布图优化后,因喷氨不均造成的个别孔氨逃逸高的现象得到改善且均小于3 ppm。

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