【技术汇】燃煤锅炉脱硝工艺存在问题及优化

【摘 要】

燃煤电厂锅炉脱硝系统的作用是将燃煤锅炉燃烧产生的烟气进行净化处理，减少氮氧化物对大气的污染。分析了脱硝工艺在实际应用中的问题,并进行了技术攻关处理。

【关键词】 SNCR脱硝工艺；结焦；堵灰

引言

国内电厂锅炉烟气脱硝处理大多采用 SCR 工艺。甘肃某电厂 2×125 MW机组在执行国家《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)要求时，对两台锅炉实施了脱硝改造，采用低氮燃烧器+SN-CR+SCR 联合脱硝工艺。项目改造验收后机组运行的一个检修周期内，脱硝系统出现了一系列问题，造成锅炉出口屏式过热器及高温段再热器管排结焦严重、低温段空气预热器积灰严重、排烟温度异常升高，对机组安全稳定运行造成了严重威胁。

1 脱硝系统运行中出现的异常问题

该电厂 2×125 MW 机组锅炉脱硫脱硝及除尘改造项目工程全面结束，机组运行后，在对脱硝调试过程中，为保证环保参数达标排放，运行采取了低氧燃烧的控制手段来控制 NOx 的生成，同时将喷入炉膛的尿素溶液量控制在 500~800 L/h。导致 2台锅炉排烟温度逐渐由机组刚启动时的 160 ℃左右上升至 190 ℃左右，在运行过程中打开屏式过热器区域人孔及低温段空气预热器人孔进行检查，发现屏式过热器区域及高温段再热器管排结焦严重，空预器上表面积灰较多，导致排烟温度超出规程允许范围较多。两台机组分别进行非计划申请停炉清焦、清灰。停炉期间对两台炉受热面、过热器、再热器结焦、SCR反应器堵灰、空预器堵灰和空预器漏风情况进行了全面检查，主要现象如下：

(1）屏式过热器下部区域挂焦严重，见图1（a）。

(2)高温再热器管排间积焦严重，影响烟气流通，见图1（b）。

(3)SCR 反应器靠炉前侧上部区域积灰严重，见图1（c）。

(4)下级空预器堵管严重，平均堵管率在 50% 左右 ，靠 炉 前 区 域 堵 管 率 在 70%~80% 之 间 ，见图1（d）。

图1 脱硝系统运行中出现的异常现象

2 问题原因分析

2.1 屏过和高再挂焦的原因

(1)根据项目调试单位出具的配风卡进行一、二次风调整配比后，出现了主汽压力调整滞后，火焰中心高度提升、炉膛出口温度升高至 900~1 000 ℃，超过了飞灰的熔化温度，造成屏过与高再区域的煤灰处于软化状态，粘结在屏过和高再上形成挂焦，因屏式过热器区域无吹灰器而逐渐扩大、积聚。

(2)锅炉进行低氮燃烧器改造后，对燃烧器的调整特性掌握不足，缺乏经验。为降低 NOx 的生成量，减少了燃烧区域送风量，使燃烧中心上移过多、燃烧不充分，烟气中 CO 含量高（0.1% 以上），导致炉内呈还原性气氛增加，使灰熔点降低，造成屏式过热器附近大面积结焦。

2.2 空预器堵灰的原因

(1)两台锅炉在改造后的调试期间为了保证烟气 NOx的排放达标，尿素喷入量控制在 500~800 L/h之间，尿素喷入量过多，导致炉内尿素热解后反应不彻底，造成氨逃逸量增大，生成的硫酸氢氨在低温段空预器处遇冷与烟尘粘附在管式空预器的内壁上，使低温段预热器管束发生严重堵塞。

(2)锅炉烘炉期间投粉过早及点火初期送风机入口温度较低，空预器温度低于 80 ℃时，当烟气温度达到露点温度时与烟尘混合后附着在在空预器管内壁上，随着温度的升高，湿灰烘干后在管内形成灰壳，加剧了堵灰。

(3)改造期间对空预器安装的施工质量把控不严，密封件的焊接及浇注质量不到位，造成漏风量过大，影响空预器的换热效率,烟气流速降低，加剧了空预器的堵灰。

(4)在对新#1 炉空预器射流冲洗时发现 A 侧约30% 防磨套管焊接偏斜，导致流通面积减小甚至堵塞，也是造成空预器堵塞的原因之一。

2.3 SCR反应器前侧堵灰的原因

(1)受锅炉空间的限制，两台 125 MW 锅炉 SCR反应器安装在竖井烟道内，因其入口滤网隔栅仅5 mm，造成上部掉落的较大灰粒逐渐积聚而堵灰（因其它锅炉烟气需要再次爬坡后才进入 SCR 反应器，不存在大颗粒灰渣的影响）。

(2)因大灰粒的质量相对较重，随烟气脱离水平烟道后，在水平烟道与竖烟井的交叉区域下落，是造成 SCR 反应器上表面前侧靠炉膛部位堵灰的又一原因。

3 脱硝系统运行中防结焦、积灰的优化及防范措施

3.1 炉膛氧量、尿素量控制优化

(1)通过优化尿素系统调整试验，编制下发了125 MW 锅炉脱硝尿素系统运行规定。规定正常运行净烟气 NOx 浓度按 165~180 mg/m3之间，氨逃逸小于3×10-6，CO浓度小于0.05%控制。

(2)在进行给粉机启停、煤气火嘴投停及制粉系统启停等对炉内燃烧有较大扰动的操作前，应提前将净烟气 NOx 降至 165 mg/m3以下后再进行操作（调整过程要缓慢操作各风门，保持炉膛出口氧量稳定在2.0%～3.5%）。

(3)当净烟气 NOx 浓度瞬时值超过 185 mg/m3，投入备用尿素喷枪运行（控制一区单枪流量小于220 L/h、三区单枪流量小于 150 L/h），同时应适当降低送风量运行，但保持炉膛出口 CO 含量小于0.1%。当一区、三区尿素喷枪全部投运且尿素溶液喷入量已达到 500 L/h，净烟气 NOx 浓度小时平均值超过 190 mg/m3，值长按 5 MW/次申请降负荷，降负荷直至环保参数达标。

(4)定期对新#1、#2 炉脱硝尿素系统喷枪雾化效果及喷枪流量进行专项检查，形成检查记录。

3.2 对低温段空气预热器漏风点进行了处理

（1）将低温段空气预热器浇注料打开后对密封点进行了重新焊接、浇注，使空预器漏风降至 10%以下的合格值。

（2）通过调整试验与燃烧工况对比，确定将脱硝反应器处的氧量控制在3.5~4.0%

3.3 调整燃尽风，提高火焰炉内充满度

（1）将燃尽风档板逐步全开，并将反切风摆角增加 10°，使反切风切圆扩大、炉膛火焰充满度增加，燃烧工况优化（使烟气中 CO 的浓度降至 0.03%以下），降低了氮氧化物生成量；

（2）任何工况下，SOFA风开度不低于50%，正常运行开度保持在80%~100%。

3.4 调整二次风配比，降低火焰中心高度

正常运行，下层 HG、AA 层二次风挡板开度不大于50%，以降低火焰中心高度，使炉膛出口温度下降至800 ℃以下。

3.5 其它措施

（1）锅炉启动过程中，低温段空气预热器入口温度大于 90 ℃时，方可投入煤粉火嘴，可减少硫酸氢氨在低温段空预器区域的形成量。

（2）锅炉启动过程中，将空预器热风再循环门开启 50% 左右，可干燥低温段空气预热器管束，防止管束积灰。

（3）正常运行期间，NOx的控制，投、停一区喷枪进行控制；三区尿素喷枪的投入，只作为事故情况下使用，禁止长时间投运。

4 效果验证

#2 锅炉同等负荷下，脱硝系统优化前、后炉膛出口温度对比，明显下降，详见表1。

表1 #2锅炉脱硝系统优化前、后炉膛出口温度对比

#2 锅炉脱硝系统优化调整后，运行一个检修周期(6~8个月）停炉后，检查低温段空气预热器上表面及 SCR 反应器上表面积灰情况，低温段空气预热器仅 A 侧前部区域有约 30% 左右的堵管，其它区域良好。

5 结束语

通过不断对 2×125 MW 机组锅炉脱硝系统的进一步优化，对机组不同工况下，脱硝系统一、二、三区尿素喷枪的配合投运，及每周定期对各尿素喷枪进行就地拔枪进行雾化试验，杜绝了喷枪在炉内雾化不均匀，造成屏式过热器区域、过热器区域、高温段再热器管区域排结焦，减少了空气预热器积灰现象，锅炉排烟温度在设计范围内。