关于SCR脱硝系统对锅炉设备的影响分析及对策探讨

    吴涛

    摘 要：随着国家排放标准和环保政策的日趋严格，电站锅炉安装SCR脱硝装置是大势所趋。本文基于SCR脱硝系统本身的建设和运行要求，研究分析了SCR脱硝给电厂锅炉带来的影响，讨论了锅炉尾部烟道改造问题以及空预器运行安全问题。

    关键词：SCR脱硝系统；锅炉设备；影响分析；对策探讨

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.200

    空气污染是当前严峻的生态环境问题，电站锅炉排放NOx降低了空气质量，还容易形成酸雨。SCR脱硝装置有着脱硝效果好以及工艺水平先进等优点，在电站锅炉广泛应用。安装运行SCR的过程当中，既需要重视烟气脱硝的效率，还需要重视这一装置给锅炉经济性以及安全性带来的不良影响。当前情况下，我国火电厂在应用SCR脱硝的过程中，还需不断积累经验，提高装置安全性和运行效率。

    1 安装SCR脱硝系统对锅炉本体的影响及对策

    SCR脱硝催化剂在反应过程中，对进入SCR反应器的烟气有特定的温度要求。反应温度不仅决定反应物的反应速度，而且决定催化剂的反应活性。适宜的温度在300-400℃之间，若是烟气温度大于400℃，容易发生催化剂烧结问题，从而失去活性；若是烟气的温度不足300℃，就容易增加硫酸氢铵水平，严重情况下会堵塞腐蚀锅炉。锅炉在不同的负荷条件下，所需要燃料量和炉膛温度都各不相同，因此，烟气温度就会随之出现波动。为了满足锅炉变负荷运行时，烟气温度始终满足SCR高效脱除烟气中NOx的要求，需要改造锅炉尾部受热面及烟道，既要确保锅炉热效率不下降，又能使烟气温度符合SCR系统正常运行的要求。改造锅炉尾部受热面的具体方案可以分成两种类型，一种是改造省煤器，另一种是加装烟气旁路。

    （1）改造省煤器。根据锅炉运行中尾部烟道各处的温度变化，对尾部烟道进行热力计算，合理确定其吸热量，重新布置省煤器的安装位置及其管束数量。改造省煤器能够在不改动管路规格以及材质的的基础上，来处理换热管路。便于根据负荷变化的具体情况来确定确定省煤器吸热量，通过这样的途径来控制烟气温度的目的。

    （2）加装烟气旁路，在SCR反应器进口和省煤器上部之间加装挡板门和旁路烟道。改造后，当烟气温度太低，无法满足催化剂运行要求，影响到脱硝反应正常进行时，就可以调节旁路烟道以及原烟道的挡板，将高温烟气混入低温烟气。调节SCR反应器入口处的不同温度烟气的比例，就可以有效调节进入SCR的烟气温度。这一改造常常应用于锅炉启动初期和低负荷运行时，因其会使锅炉排烟温度升高，降低锅炉热效率，故当省煤器出口烟气温度达标时，应及时退出烟气旁路。

    2 SCR脱硝系统对锅炉钢结构的影响及对策

    SCR系统应用之后会影响到烟气走向，因此需要拆除空预器与省煤器间的烟道。烟气经过SCR反应器进入到空预器。新烟道垂直向上并且连接到SCR进口烟道，再经过SCR出口烟道转向锅炉方向。

    （1）SCR反应器钢架。通常条件下，SCR需要添加反应器到锅炉尾部，支撑SCR反应器的是从送风机上部新增的钢架。因为锅炉尾部结构不尽相同，支撑SCR反应器的钢架有可能与空预器支撑框架相连、与锅炉钢架相连、除尘器支撑框架相连、空预器出口烟道支撑框架相连等。对支撑反应器结构设计方面，在特定条件下应当考虑对锅炉以及其他结构产生的影响，并且需要重新计算钢结构。

    （2）锅炉钢架斜撑。有些机组缺乏应用脱硝系统的条件，锅炉尾部烟道存在斜撑，导致无法设置SCR煙道，所以需要重新设置原斜撑，从而改变锅炉钢结构，这就需要重新进行计算钢结构。

    3 SCR脱硝系统对空预器的影响及对策

    SCR脱硝系统设置在空预器的前方，烟气经过SCR之后进入到空预器的烟气侧与空气进行热量交换。烟道以及脱硝反应器都是额外添加的设备，同时脱硝系统在运行中处于负压状态，添加的SCR系统会增加引风机阻力，同时也会导致空预器漏风问题加大。SCR脱硝的主要目的就是使SO2到SO3的氧化率尽量减少，要控制在1%以下，但是加装SCR脱硝系统后反应器出口烟气中的SO含量会增加，从而也增加了硫酸铵和硫酸氢铵的生成量。硫酸氢铵属于粘性物质，温度在146-207℃时，硫酸氢铵会变成粘稠状液体。空预器的温段下部同冷段环节的温度与此温度较为接近。含有高灰分的锅炉烟气流经空预器时，硫酸氢铵容易粘附烟尘后附着在空预器换热元件上，轻则引起空预器换热效率下降和烟道流通阻力增大，严重情况下诱发低温腐蚀问题以及堵塞问题，甚至因未燃烬的煤粉或油雾沉积，引发空预器着火。加装SCR脱硝系统后，需要改造空预器，具体措施如下：

    （1）空预器换热元件需要改成两段布置，这一方案借助于加大冷端高度，涵盖液态硫酸氢铵的生成温度范围，避免硫酸氢铵在空预器受热面粘附，引发严重堵灰问题。

    （2）空预器的冷段材质使用波纹板。波纹板中的烟气流通属于直通，烟气流通平滑波形，在运行过程中烟尘、炉渣还有硫酸氢铵等不容易出现粘附问题。一旦发生粘附，也能够通过投用空预器吹灰器在短时间内清除，因此不会堵塞受热面。

    （3）在钢板镀搪瓷。这项技术能够强化空预器冷段元件抗粘附的效果。搪瓷元件可以最大限度防止发生低温腐蚀问题，同时搪瓷表面比较光滑，受热元件不容易受到沾污，也利于清除。

    （4）定期对SCR脱硝装置进行了AIG喷氨优化调整与性能评估试验。以某厂300MW机组为例，满负荷下，脱硝效率为87.8%时，出口氨逃逸浓度为2.28μL/L，出口NOx浓度为30mg/m3。经AIG喷氨优化调整后，A、B侧反应器出口截面NOx浓度CV值分别由调整前的62.1%、52.2%降低到调整后的24.5%、28.1%。SCR出口NOx分布均匀性显著提高，局部氨逃逸峰值明显下降，显著降低硫酸氢铵生成。

    综上所述，SCR脱硝系统的应用，会造成一些不良影响，例如影响到锅炉安全运行，降低锅炉运行的经济性，这就需要在设计锅炉的过程当中加以综合考虑，从而使其符合安全规范，尽量减少经济性下降。

    参考文献：

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