锅炉喷氨调平结果不能长期维持的原因分析及对策①

王承亮

摘   要：某单位2号炉在3年内多次出现空预器硫酸氢铵堵塞烟气侧差压突升情况，先后组织了4次喷氨调平试验，此种情况在多台机组上出现，且非常普遍;为分析原因，本文重点进行了系统分析和现场摸底，基本确定了出现此种状况的原因，并提出了相应对策，为脱硝系统安全经济运行和有效预防空预器硫酸氢铵堵塞积累了经验。

关键词：火电厂  喷氨调平  空预器  堵塞  硫酸氢铵

中图分类号：TM62                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（b）-0015-04

Abstract： During the past two years， air preheater gas differential pressure of No. 2 boiler in a company has been suddenly increased many times for the ammonium bisulfate blockage， Four ammonia spraying leveling tests were organized successively. To analyze the reasons， this paper focuses on systematic analysis and field investigation， basically identifies the causes of this situation， and puts forward corresponding countermeasures. Experience has been accumulated in Safe and Economic Operation of Denitrification and effective prevention of ammonium bisulfate blockage in air preheater.

Key Words： Power plant; Ammonia spraying leveling; Air preheater; Blocking;Ammonium hydrogen sulfate

国家环保形势异常严峻，火力发电厂作为重要排放大户，理所当然的作为重要的治理对象，经过近几年的努力，火电厂逐步实施了超低排放改造，氮氧化物和二氧化硫排放浓度均低于50mg/m3运行，给国家环保工作做出了突出贡献;但同时也给火电厂锅炉运行带来了一些新的问题，尤其突出的就是空预器发生硫酸氢铵堵塞问题严重，严重者因风机出力不足出现机组限制出力问题，应对空预器发生硫酸氢铵堵塞问题，脱硝喷氨调平试验是有效手段之一[1]，本文以某单位1号机组为研究对象，重点研究脱硝喷氨调平试验试验结果维持周期问题，并针对性提出改进和保持调平效果建议。

1  设备概况

某单位2号锅炉燃用烟煤，烟气脱硝采用SCR工艺，脱硝装置按照入口NOx浓度400mg/Nm3（干基，标态，6%O2）、出口低于50mg/Nm3（干基，标态，6%O2）进行系统设计。SCR按“2+1”模式布置催化剂，设1台SCR反应器。在设计煤种、锅炉最大连续出力工况（BMCR）、处理100%烟气量、2层催化剂条件下脱硝效率不小于75%。

2  问题提出

某单位2号炉因A、B空预器烟气侧差压上升较快，在7d之内机组75%负荷时A、B空预器烟气侧差压上升了500Pa，现场技术人员经过系统分析，认为是喷氨均匀性出了问题[2]，故联系专业技术服务单位进行喷氨调平试验;通过对脱硝系统喷氨装置进行优化调整试验，改善脱硝系统出口的NOx浓度偏差，减少氨逃逸和氨耗量，减轻空预器堵塞和尾部烟道腐蚀，提高机组运行的安全性、经济性。

3  试验情况

通过现场了解，2号炉在6个月前机组停机启动后刚进行的喷氨调平试验，调平效果也不错，SCR出口NOx浓度偏差基本调平在20%以下，空预器烟气侧差压也维持不错，但近段时间2号炉空预器烟气侧差压出现了较快的增长，为辅助分析原因，特联系进行喷氨调平试验。为简化分析，本文仅以2号炉A侧调平试验情况进行分析说明。

（1）SCR出口A侧NOx浓度分布摸底。

从试验数据分析（详见表1）：调整前SCR出口NOx浓度分布存在较大偏差，相对标准偏差值为42%，相比标准值15%偏差较大。

（2）SCR出口A侧NOx浓度调平。

经反复测量和多次调整后，SCR出口NOx浓度分布均匀性指标改进较为明显，相对标准偏差值由42%提高到20%。调平后的SCR反应器出口A、B侧两侧NOx 浓度分布数据见表2。

4  原因分析

2號炉在6个月前机组停机启动后刚进行的喷氨调平试验，SCR出口NOx浓度偏差基本调平在20%以下，但为什么短短的6个月时间又出现了脱硝出口NOx浓度偏差超过40%的情况，为了分析原因，进行了跟踪综合分析，并且利用机组停运备用时机对脱硝系统进行了检查。综合分析出现脱硝出口NOx浓度场不稳定的原因如下。

（1）脱硝喷氨喷头结垢。

利用2号炉停机机会检查发现，2号炉脱硝系统氨喷嘴积灰、阻塞严重，喷口流道截面减小喷口气流喷射扩散方向改变，喷氨与烟气混合不均匀，使脱硝系统喷氨量增大，氨逃逸率升高（见图1）。分析形成原因为：由于喷头较大，喷口孔径较小，氨气在流出喷头时在喷嘴处形成涡流，烟灰与氨气形成的粘性物质粘在喷嘴周围，逐步发展形成大的积灰硬壳。喷氨喷头结垢的发展性是导致脱硝出口NOx浓度场不稳定的主要原因之一。

（2）脱硝入口烟道导流板磨损。

利用2号炉停機机会检查发现，2号炉脱硝入口导流板磨损严重（见图2），导流作用降低，且部分内部支撑、膨胀节等磨损穿孔。脱硝系统是超低排放改造后新增加设备，因脱硝系统安装空间有限，使得脱硝入口烟气流场极不均匀[3]，为了均匀烟气流场，设计安装了烟气导流板;所以烟气导流板对于喷氨均匀性起着至关重要的作用。所以，由于2号炉脱硝入口烟气导流板出现严重的磨损，已基本失去了烟气导流作用，导致脱硝入口流量及NOx浓度场分布均匀性降低，间接影响脱硝出口NOx浓度场分布均匀性降低，使得局部氨逃逸率增加。脱硝入口烟气导流板磨损的发展性是导致脱硝出口NOx浓度场不稳定的主要原因之一。

（3）制粉系统工作性能的变化。

因为制粉系统是为锅炉燃烧提供合格煤粉的设备，制粉系统提供每层煤粉的风粉浓度、风速、煤粉细度及风粉温度等指标均随着制粉系统性能而变化，而这些指标直接影响锅炉燃烧的排放特性，也就是如果某台制粉系统性能出现异常，将会导致炉膛燃烧热态动力场发生变化，炉膛出口NOx浓度场也就会发生明显变化，也就会间接影响喷氨调平均匀性。制粉系统工作性能的变化也是导致脱硝出口NOx浓度场不稳定的辅助原因之一。

（4）入炉煤煤质发生变化。

燃烧过程NOx的生成变化规律：在煤粉燃烧方式下，其NOx生成及变化规律如图3所示，不同的燃煤，其NOx生成变化规律不同。

由图3可知，NOx生成在其燃烧初期1s时段内达到最大，在随后的燃烧过程中，NOx含量反而逐步降低，这表明，燃料型NOx生成量主要产生在燃烧初期的1S 时段内，即挥发分燃烧阶段;所以高挥发分煤种因挥发分高在燃烧初期耗氧量高而易形成还原性气氛，抑制了NOx的生成，故燃煤挥发分的变化必然会导致锅炉燃烧排放特性发生变化，炉膛出口NOx出口浓度场也会发生变化，间接影响了喷氨均匀性。入炉煤煤质变化是导致脱硝出口NOx浓度场不稳定的辅助原因之一。

3  应对措施

（1）坚持“逢停必检”的原则，加强对喷氨喷头及烟气导流板的检查、维护;将烟气导流板及其辅助支撑件更换升级为耐磨材料;另外若通过试验发现烟气导流板未达到烟气导流、均流作用，应联系有资质且成熟业绩单位进行烟气导流板升级改造;也可在脱销喷氨格栅前加装分区域流量测量装置，实现在线测量烟道截面上各区域烟气流量和准确测量脱销入口烟气总流量，不仅可为脱销喷氨控制提供超前控制依据，同时也有效监控烟气导流板工作情况。

（2）制粉系统性能发生较大变化时，应尽快恢复磨煤机性能，若短时间无法恢复，应注意脱硝喷氨系统控制，尽量将脱硝出口NOx控制目标值提高[3]，相对降低喷氨量，防止氨逃逸量升高，增加空预器发生硫酸氢铵堵塞的风险;若仍无法有效控制，应联系进行喷氨调平试验。

（3）入炉煤煤质发生较大变化时，特别是入炉煤干燥无灰基挥发分发生较大变化时，应注意脱硝喷氨系统控制，尽量将脱硝出口NOx控制目标值提高，相对降低喷氨量，防止氨逃逸量升高，增加空预器发生硫酸氢铵堵塞的风险;若仍无法有效控制，应联系进行喷氨调平试验。

（4）加装脱硝喷氨在线调平装置，实现根据空预器烟气侧差压变化情况，主动进行喷氨在线调平，预防因喷氨喷头结垢、导流板磨损、制粉系统性能变化、入炉煤煤质等变化导致的局部区域喷氨过量。具体实现方法：利用已安装或新安装的网格法取样管路，每侧加装一套巡测式烟气分析仪，并将喷氨调节支阀由手动门改造为电动喷氨调节阀或手动调节，实现根据烟道截面氨逃逸率和NOx动态分布情况[4]，定期实现在线调平，实现分区域控制喷氨量，控制脱硝出口NOx浓度偏差在15%以内，有效预防空预器发生硫酸氢氨堵塞。

（5）因脱硝喷氨是大延迟非线性调节系统[5]，现DCS控制远不能达到控制要求，需进一步优化脱硝喷氨控制。具体实现方法：将锅炉燃烧数据、电网调度数据、SCR入口各分区流量、SCR出口氮氧化物和氨逃逸率指标作为优化控制平台的输入数据源，同时将脱销SCR在线和离线调平结果引入系统，平台进行数据分析、历史寻优和数据挖掘，形成优化控制指令经设定的合理设定范围输出至DCS实现优化控制喷氨调阀，实现超前、优化控制，降低喷氨量、氨逃逸率，同时降低SCR出口氮氧化物波动幅度。

4  结语

本文以某单位2号炉在2年内多次组织喷氨调平试验为研究背景，分析具体导致2号炉频繁进行喷氨调平、喷氨调平结果不能长期维持的原因，并针对性地提出了应对措施。为锅炉脱硝系统安全经济运行，为预防空预器发生硫酸氢铵堵塞积累了经验。

参考文献

[1] Chen Chyi-Tsong ，Tan Wei- Lun. Mathematical modeling， optimal design and control of an SCR reactor for NOx removal[J].Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers，2012，43（3）：409-419.

[2] 马双忱， 金鑫， 孙云雪， 等. SCR 烟气脱硝过程硫酸氢铵的生成机理与控制[J].热力发电，2010，39（8）： 12-16.

[3] Joshua R Strege，Christopher J Zygarlicke， Bruce C Folkedahl， etal. SCR deactivation in a full- scale cofired utility boiler[J].Fuel，2008，87（7）：1341-1347.

[4] 董建勋，李辰飞，王松岭，等.还原剂分布不均匀对SCR 脱硝性能影响的模拟分析[ J] .电站系统工程， 2007，23（1）：20-24.

[5] 雷达，金保升.氨氮比不均匀性对电站 SCR 系统脱硝效率的影响[J].锅炉技术，2010，41（6）：72-74.