锅炉加装SCR装置锅炉设备安全运行分析

【摘 要】随着国家对环保排放要求的不断提高，工厂选择采用技术工艺成熟和脱硝效率较高的SCR装置方式对尾部的烟气进行脱硝。本文以某工厂#3锅炉的脱硝工程为例，介绍了脱硝的原理以及工艺技术，分析了加装SCR装置对锅炉设备的影响，并针对问题提出了相应的解决措施。

【关键词】环保排放；SCR装置；锅炉

随着2004年我国《火电厂大气污染排放标准》的颁布实施，工厂废弃的排放开始考虑脱除废气中的NOX以达到国家的排放要求。电厂锅炉NOX的排放控制技术可以分为燃烧控制盒二次烟气净化两种方式，当采取的燃烧控制措施不能够满足要求的时候，就需要在烟气的尾部安装烟气脱硝装置。二次控制装置对烟气的处理过程是通过烟气脱硝装置，将燃烧过程中的产生的NOX还原成N2。

目前，工厂废气脱硝的方法主要有两种，即催化还原法（简称SCR法）以及非催化还原法，其中，催化还原法目前应用最为广泛，脱硝的效率可以达到90%以上。SCR法最早是由美国人提出，并于1959年申请发明专利，1972年日本开始正式的进行研究并进行开发，6年后实现工业化的应用。随着近些年的不断发展，SCR法得到不断的改进和完善，现在被广泛的应于工业锅炉、电站锅炉以及燃气锅炉等方面。

1 SCR装置对锅炉系统产生的影响

SCR装置对锅炉系统装置产生影响的主要原因是因为SCR装置使得锅炉系统烟气排放阻力受到了一定的影响，实际上，有无SCR装置的最大区别是烟气阻力是否得到了提高。在SCR装置系统中，阻力的增加主要有三部分，即烟道阻力的增加、空气预热器阻力增加以及SCR装置塔内阻力的增加。在增加设置SCR装置后，SCR装置的阻力一般是在1Kpa左右，而空气预热器的增加的阻力一般是在200Kpa左右，而对于整个锅炉系统而言，差不多提高2000-3000Kpa，由此可见，增设SCR装置使得系统的阻力得到了重大的提升，另外，SCR装置内设的催化剂以及空气预热器等对熊的积灰也有一定的影响。

SCR装置内使用的主要催化剂一般是呈现为蜂窝形或者平板形状，孔径一般都是设置在3-15mm之间，因此，很容易的形成积灰，并且随着使用时间的推移，积灰会越来的越重，最终对系统承受的压力也会越来越大。在喷氨装置摄入的NH3主要有两部分的反应，一部分是与NOX发生反应，另一部分是与SO3以及水蒸气发生反应，反应后生成具有较强粘接性和腐蚀性的化学物NH4HS04，其反应的化学方程式如下：NH3+SO3+H2O=NH4HSO4.

NH4HS04会附着在空气灰尘中的表面，当空气中的灰尘沉淀的时候，会增加对空气预热器的腐蚀性和积灰，从而进一步使得烟道的阻力，最终使得锅炉系统承受的压力波动得到提高。图1是某工厂3锅炉A空预器冷端换热元件，由图可知道，该空预器冷端换热元件，内部发生明显的堵塞现象。

2 SCR脱硝法对锅炉设备的影响

2.1 对锅炉效率的影响

2.1.1 热量损失

安装SCR后，锅炉系统热量的损失主要有两部分，一部分是在老机组改造时，由于受到场地的限制而使得烟道的热量损失增加，另外烟气管道长度的增加会使得脱硝系统的温度会降低5℃左右，从而对锅炉的效率带来一定的影响。

2.1.2 空预器换热器原件的污染程度会使得排烟的温度提升。

NH3与SO4发生化学反应生成NH4HSO4，如果NH4HSO4附着在空预器换热面上的时候，则会导致烟气中的灰尘粘贴在上面，会使得空预器换热元件受到一定的脏污，降低了空预器的换热效果，从而使得排烟的温度得到升高，降低了锅炉的运行效率。

2.1.3 空预器漏风率增大

经过锅炉SCR脱硝装置的系统的烟气的压降一般将会增加1KPa左右，为了使得炉膛内部的压力得到平衡，会适当的提高引风机的出力，从而导致空预器内部的烟气压力得到一定程度的降低，是的烟气侧和空预器侧的压差增大，最终提高了空预器的漏风率，降低了锅炉系统运行的整个效率。

2.2 烟道阻力的影响

SCR脱硝装置会使得烟气的阻力增加1Kpa左右，某厂采用的催化剂是蜂窝式，容易发生积灰堵塞的现象，并且随着运行时间的增加，催化剂堵塞的现象将会越来的越严重，最终导致引风机电耗的增加。同时，由于某厂SCR系统装置没有设置旁路烟道，这样就会使得全部的烟气只能使得SCR脱硝装置系统而排除，如果发生催化剂堵塞的现象会对整个锅炉的安全、稳定的运行产生重要的影响。

2.3 对空预器的影响

相比较SCR系统装置对其他的的元器件影响而言，脱硝系统对空预器的影响更为的严重，起主要原因是发生化学反应产生的NH4HSO4具有较强的腐蚀性和粘贴性，这样不仅会降低整个系统的换热效果，另外由于空预器在低温段会产生低温腐蚀的现象，同时还会造成空预热器积灰。一般而言，氨气的逃逸率降低，通常是在1x1011以下，并且NH4HSO4的生成量较少，堵塞的现象也很少。但是当氨气的逃逸率发生在2x1011时，据外国的国际测试机构表明，当空气预热器运行0.5a后，其阻力会增加约30%，如果氨气的逃逸率增加到3x1011以后，则当空气预热器运行0.5a以后，阻力约增加50%，这样会对送风机以及引风机造成重大的影响。

另外，锅炉排放的烟气中由于含有一定量的水分，虽然烟气中的水汽本身的结露温度一般不高，这样，当温度达到在30-60℃的时候，只要烟气中的SO3达到0.005%的时候，则在空预器的低温段就可能有硫酸溶液在换热元件上凝结，造成在低温段，空预器的腐蚀。

2.4 对电除尘的影响

SCR脱销装置对锅炉系统的而影响主要有两方面的，一方面是积极的，另一方面是消极的影响。实际上，当逃逸的氨气与空气中的灰尘结合的时候，在一定的程度上是可以减小灰尘的比电阻，从而可以使得系统的除尘效率在一定程度上得到提高。但是同时在另一方面，发生化学反应生成的NH4HS04可能导致部分灰尘附着在电除尘器的极线或者是极板上，造成其与烟气发生分离，从而对后续的灰尘的荷电产生一定的影响，并且NH4HSO4还具有一定的腐蚀作用。在某工厂进行安全检查的时候，根据#3锅炉和脱硝装置运行过程中可能产生的粘性物质，粘性物质主要成分应是硫酸氢氨，图2为锅炉A、B空预器烟气侧热端隔板粘稠状物质。

2.5 锅炉的防爆

众所周知，当空气中的氨气浓度达到16%～25%的范围之后，如果遇到明火等，氨气会发生爆炸现象，所有当首次进入氨气之前，需要利用氮气将系统中空气置换，将氧气的体积分数降低到1%～2%之间；当进入氨气的时候，需要先通入气态的氨气，检测系统是否有氨气泄露产生，如果没有，则启动卸料压缩机将液态的氨气通入，当氨气卸载结束后，需要按照一定的规范标准要求将相关的残留氨气清扫干净。

3 采取的安全措施

3.1 增加引风机的裕量

随着SCR装置在系统中运行时间的不断增加，锅炉的阻塞现象也会不断的得到增加，从而增加了引风机的功耗。为了使炉膛内部的平衡性得到保障，在选用引风机的时候需要适当的增加引风机的裕量，从而缓解锅炉运行过程中的阻塞现象，并最终解决该问题。但是对于那些脱销回路无旁路的机组，特别是在采用蜂窝煤形式的催化剂的时候，在系统运行的过程中需要特别加强对脱硝装置进行吹灰操作，放置在系统运行过程中发生由于蜂窝煤的堵塞现象而导致锅炉系统无法正常的运行。

3.2 对空预器进行重新设计

当系统采用SCR脱硝工艺的空预器的时候，其在防止积灰堵塞和低温段腐蚀以及清洗方面的时候，需要采用特殊的设计。

某厂在空预器低温段的时候，采用搪瓷表面的传热元件，其原因主要有两方面，一方面是搪瓷表面光洁，易于清洗，并且可以阻断金属与搪瓷表面的直接接触；另外，搪瓷具有较高的稳定性，不易磨损，使用寿命长，一般在50000h左右。

为了预防空预器被污染而降低了换热效果，及空预器堵塞现象的产生，空预器采购的过程中选用可以在线进行清洗的空预器，并配备了双介质吹灰器，当其在正常运行的时候，可以采用蒸汽对其进行吹扫，当发生严重堵塞的时候可以利用高压水清洗。

3.3 加强吹灰、定期对空预器进行水清洗

在SCR系统装置中，空预器和催化剂的积灰是难以避免的现象，因此，必须加强对空预器以及SCR反应区域的吹灰工作，机组正常投运期间，SCR系统每8小时用强声波进行吹灰一次。空预器每班由原进行二次辅汽吹灰，改为分别用主汽和辅助蒸汽进行吹灰各一次，以减少空预器堵塞机率。当发现空预器的出口和入口的压差不正常增大后，则采取连续吹灰方式，必要时停机后利用水对其进行清洗。

3.4 氨气逃逸率的控制

氨气的逃逸会对锅炉系统的安全性产生一定的影响。为了降低其对系统的影响，对于NH4HSO4的控制就显得相对重要。NH4HS04的声场速率与烟雾中NH3、SO3、H20的浓度以及温度相关，由于在实际的系统运行过程中，SO3和H20的含量是无法控制的。因此，对于氨气逃逸的防范措施主要有一下几方面的额内容

（1）对氨气的喷入量进行严格的控制，防止由于氨气的排入量过多而造成氨气逃逸现象。一般而言，应该讲氨气的逃逸率控制在3x10-6之内

（2）保持催化剂的活性。随着系统运行时间的增加，催化剂的活性也会在一定程度上得到降低，如果当催化剂的活性不能够满足设计要求的时候，则会导致氨气脱销效率的降低，这样就会使得氨气逃逸率增加，因此，在相隔一定的时间间隔内，需要对系统采用的催化剂进行更换。

（3）加强对脱销区域的吹灰工作也是降低氨气逃逸率的另一个重要措施。该措施可以避免催化剂的表面积灰太多而对活性造成影响，使得催化加的表面保持清洁，能够使其与氨气进行充分反映，减少安逸的逃逸。

4 结束语

锅炉安装SCR装置系统后可以大幅度的对烟气进行脱销，但是同时也会引起烟道阻力增加、空预器积灰等问题，给锅炉的安全生产带来了一定的隐患，因此，在空预器、引风机等设备的设计、选型过程中采取了具有针对性较强的措施，以此降低SCR脱硝装置对锅炉系统运行造成的影响，确保锅炉安全、高效的运行。

参考文献：

[1]胡永锋.SCR法烟气脱硝技术在火电厂应用[J].节能技术，2007（2）.

[2]杨冬，徐鸿.SCR烟气脱硝技术及其在燃煤电厂的应用[J].电力环境保护，2007（1）.