脱销工艺对锅炉效率及锅炉设备的影响

摘要：脱硝工艺已经成为一种新型的、成熟的工艺。随着脱硝工艺的大量应用，对锅炉产生的影响也越来越得到电厂的重视，本文将针对脱硝工艺对锅炉效率及对锅炉设备产生的影响进行介绍。

关键词：脱硝；锅炉效率；锅炉设备

0前言

脱硝工艺通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统，将还原剂喷入炉膛或烟气温度适合的烟道内，在高温下还原剂与烟气中的NOx在没有催化剂参与的情况下发生还原反应，实现脱氮。脱硝反应过程中氨逃逸和喷入的水容易会对炉膛受热面和锅炉效率产生影响。

1、氨的逃逸率对锅炉设备的影响

无论SNCR、SCR、还是SNCR/SCR都是采用氨基作为脱硝还原剂，即最终参与脱硝反应的都是氨气。在实际工程应用中，由于氨与NOx混合与分布不匀、NH3过量、温度窗的限制等，使得氨与NOx的不能完全反应，这样就会有少量的氨与烟气一道逃逸出反应器。这种情况称之为氨逃逸。

氨的逃逸是不希望看到的。主要原因是逃逸的氨本身是一种二次污染，另外一个很重要的原因就逃逸的氨将会引起锅炉后部设备包括空预器、电除尘等造成沾污与腐蚀。脱硝反应中氨逃逸主要可导致：

――生成硫酸铵沉积和腐蚀空气预热器等下游设备。

――造成FGD废水及空气预热器清洗水中含NH3

――增加飞灰中的NH3化合物

锅炉的燃烧过程中，燃煤中的元素硫绝大多数燃烧生产SO2，但是不可避免有少量的SO3生成，虽然燃烧的过程中SO3的生成量非常有限，但是其所产生的影响不可低估。

SCR比SNCR脱硝工艺的氨逃逸要求严格的原因，就是因为SCR由于采用了脱硝催化剂，使得SO2/SO3转化率增加。当烟气中的SO3与未参与脱硝反应的逃逸产生反应，将会生成铵化合物NH4HSO4以及（NH4）2SO4。NH4HS04在180～240qC温度之间呈液态，当温度低于180℃时呈固态。硫酸铵具有腐蚀性和粘性，可导致锅炉尾部烟道设备包括空预器、电除尘等的腐蚀与损坏。

另，这种冷凝物部分会沉积在飞灰上，部分粘附在空气预热器表面，因此80%以上逃逸氨被传递给飞灰进入电除尘器。研究发现，气态NH3在电除尘器中会被吸附在飞灰上。经过除尘器后有少量的氨会被带入其下游的FGD。

因此无论SCR还是SNCR对氨的逃逸都有严格的限定，SNCR工艺由于相对的SO3较少，一般限定其氨逃逸控制在10ppm以下，SCR要严格控制氨逃逸在3ppm以下。

2、炉膛喷尿素溶液对锅炉效率的影响

尿素水溶液喷入锅炉炉膛出口的烟气中，对锅炉内烟气的辐射特性和热物理性质有影响，并增加烟气的流量，吸收烟气的热量。

以灞桥项目为例，脱硝前烟气含水量为64t/h，烟气中水份体积浓度为8%；尿素水溶液蒸发后在烟气中的浓度大约为1%，由于浓度很低，不会明显影响烟气的辐射传热，亦不会明显改变烟气的热物理性质和增加烟气的流量，从而不会明显影响对流传热。

尿素水溶液的蒸发会吸收一些烟气热量，相当于煤的水分增加，使水蒸发吸收的汽化潜热总量增加。由于锅炉排烟温度高于水的蒸发温度，所以这部分热量无法被锅炉受热面回收，从而增加锅炉排烟热损失，使锅炉热效率降低。这部分热损失的计算如下：

Q=Mr・r+M1・Q1-M1・Q2

式中：Mr和r分别为尿素水溶液的质量流量和汽化潜热，M1为尿素用量（525kg/h），Q1为尿素分解吸收热（100kj/mol），Q2为脱硝反应释放热（406kJ/m01）。由此造成的锅炉热效率降低值如下：

11=AQ/（Mc・Qar）×100%

式中，Mc为额定负荷时锅炉的燃煤量（132.1t/h），Qar为煤的收到基低位发热量（21200kj/kg）。每小时喷入炉膛的水量为12.3t/h，锅炉排烟温度为126℃，水汽化吸收热量为34670000kj/h：脱硝反应放热6230000kj/h。

对于即将采用SNCR.脱硝工艺的燃煤发电机组，计算的锅炉热效率的降低值为1.02%。

3、SCR脱硝装置对锅炉及辅助系统的影响

3.1.对锅炉性能和安全的影响

安装SCR脱硝装置会使锅炉的散热表面积增加和烟气阻力增大。锅炉散热表面积的增加使锅炉的散热量增加，影响锅炉的热效率，再加之氨气的喷入，使进入空气预热器的烟气温度降低，一般烟气温度降低的幅度很小，对空气预热器的换热和锅炉排烟温度影响很小。

SCR和烟道的阻力大约增加800～1000Pa左右，这将增加引风机的电耗。烟道阻力增加后，对烟道设计的影响相将分成三部分：在省煤器出口至SCk入口范围，烟道压力与原设计相同，与炉膛承受压力基本一致，对烟道强度计算没有影响；在SCR出口至空气预热器入口范围，烟道压力与省煤器出口相比，将增加SCR阻力损失和部分烟道阻力损失，烟道设计压力将提高，对烟道强度计算有影响，加强筋须加强；在空预器出口烟道，烟道设计压力除考虑SCR和部分烟道阻力的影响外，还要考虑预热器本身阻力增加的影响，烟道外形尺寸不变，烟道强度须重新计算并增加加强筋。

安装SCR后，空气预热器段烟气负压增加较多，空气预热器风侧和烟气侧压差值增加，压差的增加通常会使空气预热器漏风率增加0.8～1.5%左右。

另外，如果把空气预热器的冷段材料改变为防腐材料，传热效果变差，要求增加受热面，将在一定程度上影响锅炉排烟温度和效率。SCR脱硝装置中催化剂和空气预热器可能的积灰和堵塞也将会影响锅炉的安全运行。当然，这种影响完全可以通过加强对SCR系统的运行检测、吹灰与维护而消除。

3.2.对空气预热器的影响

3.2.1对空气预热器产生影响的原因

1）SO2向SO3的转换率增加。

SO2在催化剂和一定温度下能被空气中的O2所氧化，即在催化剂活性成分V2O5的作用下，SO2向SO3的转换率会相将增加，SO3与烟气中的水份生成硫酸。

2）逃逸（逸出）氨与硫酸反应生成硫酸氢铵或硫酸铵，硫酸氢氨在150～230℃的粘稠状态下易造成堵灰。

3）SCR及其烟道的阻力引起空气预热器内负压值增加。

3.2.2空气预热器运行维护

1）严格控制SCR出口NH3逃逸率，尽量控制在3ppm以下，这是保证空气预热器不堵灰的重要前提。

2）在烟气阻力上升30%左右时，需对空预器进行在线清洗，打开冷端吹灰器高压水系统，同时投运蒸汽吹灰（保证及时吹干换热元件表面）。

3）在用高压水不能有效缓解空预器堵灰时，可以在停炉阶段用大流量水_洗设备彻底清洗转子。

4）不主张用过高压头蒸汽对预热器吹灰，长期吹灰压头超高，可能会损坏空预器冷端传热元件，烟气通道因元件变形后会更易堵塞，而且很难清理。

5）空气预热器其它运行要求与传统空预器相同。

综上所述，采用SCR烟气脱硝系统后，空气预热器通过合理的改造，不会危及锅炉安全运行；但控制NH3的逃逸量，是保证空预器性能和稳定运行的关键。

4、结束语

采用脱硝装置，有可能影响还原剂喷射区受热面的布置，但不会对高温受热面造成腐蚀；对锅炉尾部受热面（主要是空预器）的沾污、堵塞和腐蚀可通过限制氨逃逸量加以控制；对锅炉热效率的影响原则上是不可控制的。