锅炉烟气脱硝中稀释风系统故障和处理

摘要： 针对马钢热电总厂南区三台220t/h煤粉锅炉，脱硝稀释风机系统在运行中出现的风机风箱和进口管道震动大、法兰面漏灰严重、叶轮磨损严重，运行和维护工作量等问题，进行研究和分析，提出解决方案，达到了预期效果。

1、简介：

马钢热电总厂南区三台煤粉锅炉，为上海锅炉厂生产的，单汽包自然循环锅炉，燃烧器布置在炉膛的正四角，低氮燃烧，布袋除尘，回转式空气预热器，最大耗煤量28.6 t/h，蒸发量为220t/h，可掺烧30%（热值比）高炉煤气。为应对“十二五”火电行业的二氧化硫及氮氧化物控制要求，满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的要求，2015年6月到12月，先后完成了三台煤粉炉脱硫脱硝建设工程，2018年6月又对三台煤粉锅炉进行了超净排（SO2<35mg/m3、NOx<50mg/m3、烟尘<5 mg/m3）改造。从第一次改造后，脱硝系统运行情况来看，三台锅炉脱硝系统，虽然排放指标能够达到排放标准，但脱硝稀释风系统运行震动大、风机叶轮和风箱磨大、管道系统漏灰严重、设备维护量大等一系列问题，一直困扰着我们。通过对系统检查、分析和研究，我们制定了详细改造方案，在2018年第二次超净排改造前逐步实施，系统所存在的问题得到了很好的解决，达到了预期效果。

2、SCR（选择性催化还原）脱硝装置的工艺流程：

尿素溶液通过尿素输送泵输送至尿素喷枪，在压缩氮气的作用下，于热解炉内分散成微小的雾滴，该雾滴在热二次风作用下热解生成含有NH3的热解风，该热解风经喷氨格栅进入烟道，与原烟气混合进入并进入反应器，在反应器内催化剂的作用下，氨气（NH3）将原烟气中的NOX还原成无公害氮气N2和H2O。该反应发生在装有催化剂的反应器里，烟气与喷入的氨在催化剂的作用下反应，实现脱出氮氧化合物。烟气中的氮氧化合物，通常由95%的NO和5%的NO2组成，它们通过以下反应转化成水和氮气。

4 NO + 4 NH3 + O2 -> 4 N2 + 6 H2O

4 NH3 + 2 NO2 + O2 -> 3 N2 + 6 H2O

1 NO2 + 1 NO + 2 NH3 -> 2 N2 + 3 H2O

3.1 系统概况：

稀释风系统最主要设备是稀释风机和进出口控制阀门。风机的作用是抽取锅炉一定量的热风，通过电加热将将氨气稀释到一定比例后，喷入反应器管道，防止氨气与空气混合达到爆炸比例，从而避免造成危险。稀释风机一般选用专用高压离心风机，以确保氨空气稀释比例不大于5%。每台机组设有两台稀释风机，一运一备，进行连锁保护试验，在锅炉点火时期就将稀释风机投入。

3.2 运行中的问题：

自2016 年初脱硝系统投运以来，发现3 台锅炉脱硝稀释风机系统，运行存在的普片现象为：风箱和进口管道震动大、法兰面漏灰严重、叶轮磨损严重，设备维护量大，现场噪音和粉尘大，运行环境差。期间多次停炉停机对稀释风系统解体检查，对磨损严重的部件进行补焊和更换。但稀释风机系统存在的问题，始终没有从源头解决，给设备维护和正常运行带来了不必要的麻烦，问题的解决势在必行。

4、原因分析及对策：

通过对稀释风系统认真研究分析，发现系统震动大、磨损大和噪音大的主要原因是系统的控制、连接方式和取风口位置存在设计缺陷，并根据原因分析制定了相应对策，具体的做法如下。

4.1 系统的控制方式：

原系统的控制方式，采用的是入口阀门全开，调节风机出口阀门来控制流量，由于该系统稀释风机选型较大，为减小流量，需要关小出口调节挡板，此时风道阻力增大，使管道特性曲线Q—ΔH从OA移动到OB，风机的工作点从A移到B，风机流量从Q2减小到Q1，而风机的压头相应升高了ΔH，但升高的压头是用来抵消因减小流量而附加的节流损失（图1），这是造成系统震动大的主要原因。采取的对策是：将风机流量的调节，由出口调节改为入口调节，风机的出口压头大幅度下降（见改造前后对比图A和B）。

4.2系统的连接方式：

原系统管道和阀门的连接方式为，入口手动隔离阀和管道连接为硬连接，由于稀释风系统运行温度在350℃左右，管道冷热膨胀变形较大，系统的硬连接无法吸收热膨胀生产的应力，同时也无法消除系统产生的震动。采取的对策是：在风机进口法兰硬连接处，增加金属补偿器，以消除热应力和系统震动（见改造前后对比图A和B）。

4.3取风口位置：

稀释风机入口气源来源与回转式空预器出口，由于回转式空预器漏风较大，因此，热二次风中粉尘含量较高，通过对系统的检查分析，原系统抽风口正好处在热二次风容易积灰的位置上（见上图标示的积灰点），这样会造成抽取的二次风含尘量大幅度上升。采取的对策是：改变取风口位置，将原先水平段取风改为垂直段取风，同时将取风口位置升高两米，有效的避开积灰点。

通过以上三方面改造，马钢热电总厂三台锅炉稀释风系统，彻底消除存在的问题，至今运行正常。

5、结束语：

风机和管道系统，产生的震动和设备磨损是比较常见的现象，但由于各电站现场条件和工艺流程相差很大，对出现的问题要具体分析，很多问题需要在各自实践中探索和总结，从该系统改造实施过程中，我们总结出如下经验：

5.1、风烟系统流量的调节控制，在出口压力要求不高的前提下，一般应优先使用出口调节方式，这样对减小了管道震动和节流损失都大有帮助。

5.2、风烟系统在系统设计时，特别是系统温度较高的系统，管道阀门和风机入口的连接应尽可能使用补偿器，以消除热应力和系统震动。

5.3、针对风机运行的介质含尘量较高问题，应充分考虑取风口位置的合理性，同时也要做好设备本身防磨措施。