SCR法烟气脱硝后空气预热器堵塞及应对措施

SCR法烟气脱硝后空气预热器堵塞及应对措施

王永雷

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司 内蒙古自治区呼和浩特市托克托县 010200

摘要：在 SCR 法烟气脱硝后，空气预热器堵塞的原因主要有:煤灰堆积、硫酸氢铵生成并附着空气预热器内、烟气中水蒸气含量过高。空气预热器的堵塞受到多种因素的影响:氨气浓度、燃煤中含硫量、空气预热器的除灰装置等。锅炉运行过程中，无论哪一个环节出现问题都可能会造成空气预热器出现煤灰堵塞现象，因此要采取多种有效的应对措施来预防空气预热器煤灰堵塞现象的发生，同时还要加强对空气预热器及除灰装置设备的维护，有效的减少空气预热器内的差压和管道内的阻力，减少空气预热器煤灰堵塞现象发生的概率，保证锅炉运行的高效率。

关键词：烟气脱硝；空气预热器；堵塞；措施

目前燃煤电厂增设的烟气脱硝设施主要以选择性催化还原SCR技术为主，采用SCR脱硝工艺后．烟气中的部分SO₂，将被脱硝催化剂氧化成SO₃．在氨逃逸率超过3×10^-6(体积浓度)后，温度为150～200 ^oC范围内，逃逸的氨与烟气中的S0₃将反应生成硫酸铵((NH₄）₂SO₄)和硫酸氢铵(NH₄HSO₄)。这些副反应产物会牢固粘附在空气预热器传热元件表面，使传热元件发生强烈腐蚀和积灰．通常．对于加装SCR脱硝装置且燃煤硫分大于1％的机组，建议对空预器进行配套改造。但由于部分机组空预器运行时间较短或刚大修完毕．同时出于工程投资考虑，部分燃煤电厂增设脱硝设施后暂未改造空预器。

一、空气预热器堵塞的机理

在火电厂空气预热器是安装在锅炉尾部烟道的脱硝反应器后部，在脱硝烟气 环境中，烟气含有一定 SO₃、NH₃ 及 H₂O 气体，会发生以下两个反应生成硫酸铵和硫酸氢铵：

其中：逃逸氨浓度：3ppm（不是平均值）；SO₃ 浓度：燃烧和灰中钒氧化物附着在受热面上催化生成，0.5-1.5% 生成SO₃；催化剂催化生成：催化剂中的活性成分 V2O5，SO₂→SO₃ 小于 1% ；H₂O 是由煤中内水和外水组成，燃烧生成水蒸气，进入空气预热器后又凝结成水。

二、空气预热器堵塞的机理

硫酸铵（AS）和硫酸氢铵（ABS）生成区域与 SO₃、NH₃ 浓度和温度的关系需要指出一点：硫酸氢铵生成的温度受到 SO₃ 和 NH₃ 浓度的影响，但此温度并不代表空预器发生堵塞的温度。硫酸氢氨在不同的温度下分别呈现气态、液态、颗粒状。只有液态的硫酸氢铵附着在空气预热器受热面上会捕捉烟气中的飞灰从而造成空气预热器的堵塞。而空气预热器堵塞的位置不仅与液态硫酸氢铵的生成温度有关系，在很大程度上也与烟气中的飞灰浓度大小相关。当烟气中飞灰浓度较低时（通常是在除尘器之后或是湿法脱硫系统中），发生硫酸氢铵沉积导致堵塞的区域的温度与硫酸氢铵生成的温度较为一致；但是当烟气中飞灰浓度高于 4g/Nm3 时，空气预热器开始发生堵塞的温度区间为300 ℉-375 ℉（150 ℃-190 ℃）。某厂在进行 SCR 改造后，发现空预器差压增加速度较快，10 天内空预器差压增加的幅度是过去未进行 SCR 改造 10 个月内差压增加幅度的两倍。经调研发现，该厂近期锅炉燃烧的是高硫煤，硫份达到 4%。经计算沉积系数为22486，属于中度偏上堵塞的可能性。

三、SCR 法烟气脱硝后空气预热器堵塞的原因

1、氨元素利用率不高，氨气和三氧化硫结合。由于喷射氨气的栅板没有水平放置，或者是由于催化剂堵塞管道，导致各个部分氨气投入量不均匀，从而导致氨元素利用率较低，造成资源的浪费。同时催化剂表面因煤灰堆积而失去效用，也会造成脱硝反应不完全，导致氨元素利用率较低的问题。另外，脱硝系统前段氮氧化物过高可能会导致氨气投入量过大而未被利用，脱硝系统前段烟气温度比较低，脱硝过程进行不完全，氨气未能完全反应，导致氨元素的利用率较低。

2、空气预热器除灰装置不齐全或效率低。锅炉烟气系统可能没有安装空气预热器除灰装置，除灰的压力不足或者是反应温度过低，不能高效去除煤灰，导致空气预热器以及管道堵塞。此外低温潮湿环境会使得空气预热器内的煤灰堆积堵塞更加严重，如果没有进行一定程度的除灰工作，或者是除灰次数少、力度小，就可能导致空气预热器内部气压不稳定不均匀，从而不能高效去除煤灰，不能解决空气预热器的煤灰堵塞问题。

3、锅炉内燃煤含硫量过高。锅炉内有部分燃煤的含硫量过高，在燃烧过程中硫元素会与氨气中的氨元素结合，产生硫酸氢铵晶体，如果硫酸氢铵产生量过高，就会和煤灰一起堆积，从而导致空气预热器和烟气管道被堵塞。

4、空气预热器后端未安装集灰斗和除灰装置。有的锅炉没有在空气预热器出口处的排气烟道后端安装集灰斗和去灰装置，这样就会在空气预热器入口的排气烟道后端堆积大量的煤灰，这样煤灰就不能随时排出空气预热器，那么在每次检修的时候就要清理出这些堆积的煤灰。此外堆积在空气预热器后端的煤灰中有部分较粗的颗粒会被倒吸入空气预热器内部，容易在空气预热器运行时造成煤灰堵塞问题。

5、空气预热器去煤灰效果不明显。空气预热器去煤灰效果会受到空气预热器内压力、去煤灰蒸汽质量、去煤灰次数和清理程度以及去煤灰装置安装情况等诸多因素的影响。有部分锅炉内部去煤灰压力不够大，同时管道内也存在一定的阻力，导致达到空气预热器的气体压力不足、去煤灰动力不足，从而不能有效去除空气预热器内的煤灰，造成堵塞。此外，当去煤灰气体干度不够或者去煤灰次数和清理程度不够时，也不能完全去除空气预热器中的煤灰颗粒，从而发生煤灰堆积堵塞现象。

6、空气预热器内温度过低。空气预热器的最低温度在设计的时候满足了所有要求，然而在实际运行过程中，特别是在天气寒冷的时候，空气预热器内的最低温度还是不能满足防止堵塞的要求，空气预热器的尾端特别容易形成霜冻，从而导致空气预热器内煤灰堆积结块，造成空气预热器的堵塞。

四、空气预热器堵塞的应对措施

1、充分利用氨元素，降低燃煤中硫含量，减少硫酸氢铵的生成。严格控制进入锅炉燃烧的燃煤的含硫量，加强燃煤的兑配管理工作，控制硫酸氢铵的产生量，减少空气预热器被反应物堵塞的概率。加强对氨气投入栅板的监控和调整，对栅板的开合程度进行精准控制，保证反应器内各区域的氨气含量稳定均匀，能充分有效地与氮氧化物进行反应，减少氨元素的浪费，增加资源的利用率。按时清理栅板上的堆积煤灰及反应物，防止个别管道出现堵塞。锅炉检修时要对氨气栅板进行全面的检查和清理，检修完成后，要检查氨气栅板是否水平，保证锅炉能安全正常运行。定期对去煤灰装置进行检查和维护，及时发现异常运行情况并进行合理的处理。锅炉停止运行时要检查催化剂和煤灰的堆积情况，及时进行清理，及时更换无效的催化剂，提高氨元素的利用率，减少资源的浪费。准确控制脱硝装置入口处的氮氧化物浓度，监视脱硝系统出口处的氨元素含量，将氨元素含量控制在合理范围内。

2、增强空气预热器的除灰处理。要定期对空气预热器进行除灰处理，空气预热器内压力比较大时，要适当增加去煤灰次数。使用气体去除煤灰时要去除气体内的水蒸气，防止煤灰在空气预热器内堆积成团。空气预热器内的压力要符合设计要求，确保容器内压力均匀稳定，保证去煤灰的效果。随时监视脱硝系统入口的烟气温度，当温度过高或者过低时，将锅炉停止运行进行检查，一旦不正确要及时停止氨气投入。锅炉运行过程中，要提高燃煤的燃烧完全率，防止未燃烧完全的燃煤堆积在空气预热器上。

3、在空气预热器的出口安装集灰斗和去煤灰装置。将集灰斗和去煤灰装置安装在空气预热器进口处的管道后端，这样空气预热器内的煤灰和反应物就能够通过集灰斗和输出装置将煤灰和反应物及时输送到空气预热器的后端，那么大颗粒的煤灰和反应物就不会被倒吸入空气预热器中，减少了空气预热器煤灰堵塞现象的发生。

4、提高空气预热器的去煤灰效果。加强空气预热器内去除煤灰的气体压力，提高除灰气体的品质，强化除灰气体的除水效果。比如在空气预热器入口处的排气管道上增加排水管道，这样可以减少去煤灰气体中的水蒸汽含量。增加去煤灰的次数，可以在空气预热器前端安装去煤灰装置。当前只在空气预热器后端有去煤灰装置，只能对后端堆积的煤灰和反应物进行清理，前端和中间区域的堆积煤灰和反应物只能依靠颗粒自身重力和烟气携带清除，这样就没有彻底清除堆积煤灰，造成容器前端煤灰堆积，在空气预热器前端追加安装去煤灰装置就可以清扫前端的堆积煤灰，防止或延缓空气预热器的堵塞。

5、送风机进口加装暖风器。在送风机进口处安装暖风机，可以避免天气寒冷时空气预热器内平均温度较低的问题。这样可以提高空气预热器内部温度，防止容器内温度过低而形成霜冻，使容器内充分进行反应，避免烟气中的煤灰遇水遇冷结块导致堵塞空气预热器。

6、锅炉停止运行时做好空气预热器内的清洗工作。锅炉停止运行进行检修的时候，根据空气预热器内的煤灰和反应物堆积情况，利用高压水进行冲洗，同时保证清洗效果，清洗结束后要对空气预热器进行充分的干燥，防止锅炉再次运行时大量煤灰颗粒附着在空气预热器内造成堵塞。该电厂锅炉燃煤煤质发生变化，高灰分增加了空预器换热元件的堵塞，高硫分致使脱硝后SO₃转化率增加。NO₂生成浓度随机组负荷波动而波动，机组负荷波动大，脱硝运行难以控制，造成喷氨调节滞后，氨逃逸率增加[1]，加之脱硝装置测量表计不准确，无法实现脱硝运行温度的精确控制．导致氨逃逸率增加。此外，低负荷下烟气温度偏低，达不到喷氨脱硝运行要求，即烟气温度低于催化剂最佳运行温度后，催化剂活性降低，也会导致氨逃逸率增加。

一般情况下空气预热器会安装在锅炉烟气管道后端，此时烟气管道内通常含有较高浓度硫酸水汽，同时排气管道后端温度较低，管道内环境比较潮湿，非常容易产生空气预热器被硫酸水汽腐蚀和被煤灰堵塞的现象。如果空气预热器被煤灰堵塞，进而就会导致排气管道被煤灰堵塞，空气进入的阻力增大，使得锅炉内燃烧不完全，可能会导致锅炉损坏事故。除此之外，大气中的冷空气进入锅炉烟气后使得煤灰堵塞更加严重，同时形成恶性循环，锅炉运行的安全性受到了严重的威胁。因此，对空气预热器进行煤灰堵塞原因分析就非常有必要，同时采取相应的解决措施来疏通空气预热器，使空气预热器安全稳定运行，锅炉生产的安全性也就能得到保障。

参考文献：

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