SCR烟气脱硝过程中硫酸氢铵的形成原因及清洗方法

　第３７卷第１期华电技术Ｖｏｌ．３７　Ｎｏ．１　　　２０１５年１月ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪａｎ．２０１５　ＳＣＲ烟气脱硝过程中硫酸氢铵的形成原因及清洗方法曾壁群１，姚友工１，杨博１，王乐乐２（１．华能海门电厂，广东汕头　５１５１３２；２．西安热工研究院有限公司，西安　７１００３２）摘　要：分析了选择性催化还原法（ＳＣＲ）烟气脱硝装置空气预热器冷端硫酸氢铵（ＡＢＳ）形成原因及特点，提出了一种离线热水冲洗ＡＢＳ污垢的方法，论述了该清洗方法的工艺组成、操作参数及清洗过程中应注意的事项，经实际应用，该清洗方法清洗效果良好。关键词：选择性催化还原法；空气预热器；硫酸氢铵；热水；冲洗中图分类号：ＴＫ２２３．３＋４　　　文献标志码：Ｂ　　　文章编号：１６７４－１９５１（２０１５）０１－００４０－０２收稿日期：２０１４－０５－２１；修回日期：２０１４－１１－１１０　引言随着国内火力发电厂选择性催化还原法（ＳＣＲ）烟气脱硝系统的相继投入运行，硫酸氢铵（ＡＢＳ）对锅炉运行安全性的影响也越来越受到关注。ＡＢＳ具有吸湿性、腐蚀性、黏性等特点，易造成锅炉空气预热器低温端换热元件的堵塞和腐蚀［１－３］。传统的在线高压水冲洗技术对锅炉运行参数要求较高，运行中水冲洗的风险较大，离线状态下用化学药剂清洗成本高、周期长，而用常温高压水冲洗清除效果不理想。１　ＡＢＳ的生成机制ＳＣＲ或非选择性催化还原法（ＳＮＣＲ）烟气脱硝是利用氨气脱除烟气中的ＮＯｘ，脱硝过程中，氨与烟气中的ＳＯ３反应生成硫酸铵（ＡＳ）和ＡＢＳ，ＡＢＳ的生成量与ＮＨ３和ＳＯ３的含量成正比［４－５］。由于ＳＣＲ脱硝催化剂中存在Ｖ２Ｏ５，可将烟气中的部分ＳＯ２转化为ＳＯ３，因此，产生ＡＢＳ的概率大于ＳＮＣＲ。ＮＨ３＋ＳＯ３＋Ｈ２→ＯＮＨ４ＨＳＯ４，ＮＨ４ＨＳＯ４＋ＮＨ→３（ＮＨ４）２ＳＯ４，２ＮＨ３＋ＳＯ３＋Ｈ２→Ｏ（ＮＨ４）２ＳＯ４，ＳＯ３＋Ｈ２→ＯＨ２ＳＯ４，ＮＨ３＋Ｈ２ＳＯ→４ＮＨ４ＨＳＯ４。ＡＳ是一种干燥状粉末，无腐蚀性，易通过吹灰清除；而ＡＢＳ具有黏性，通常情况下熔点为１４７℃［６］，以液态形式在物体表面聚集或以液滴形式分散于烟气中，在烟气中会黏附飞灰。电厂锅炉空气预热器冷端运行温度一般低于ＡＢＳ的露点，当ＳＣＲ喷氨不均匀或催化剂失活严重时，下游空气预热器的ＡＢＳ腐蚀风险加大。２　空气预热器运行情况某电厂２×１０３６ＭＷ机组的ＳＣＲ脱硝系统由东方锅炉厂配套设计制造，与主机同步设计、制造、安装及投运。每台锅炉配置２台ＳＣＲ脱硝反应器，设计入口ＮＯｘ质量浓度为３００ｍｇ／ｍ３，催化剂层按“２＋１”模式布置，２层催化剂脱硝效率可达６０％，３层可达８０％以上。由于投运较早，锅炉空气预热器受热面按常规三段式设计。ＳＣＲ装置自２０１１年开始提高脱硝效率，在ＮＯｘ排放质量浓度控制在１００ｍｇ／ｍ３后，脱硝喷氨量增加，反应器出口氨逃逸超过设计值，根据运行经验［７］，氨逃逸质量浓度超过２．２８ｍｇ／ｍ３时，空气预热器连续运行０．５ａ后阻力增加约５０％。２０１２－１１—２０１３－０２，＃１锅炉空气预热器烟气侧差压增加超过２００Ｐａ，＃２锅炉空气预热器差压增加超过１００Ｐａ，２０１３年＃２锅炉大修时发现Ａ，Ｂ空气预热器冷端换热元件均存在ＡＢＳ黏状污垢（如图１所示），采用高压冷水冲洗效果不明显。后采用７５℃以上的热水进行冲洗，清污效果较好，机组启动后空气预热器差压恢复正常。３　热水冲洗法清除ＡＢＳ图２为热水冲洗空气预热器系统图。由于脱硫岛离空气预热器较近，增加一路辅助蒸汽至脱硫工艺水箱，加热工艺水箱废水；利用原有的工艺水泵，接一路水管至空气预热器热端吹灰器，增加一个手动隔离门，冲洗时隔离吹灰蒸汽，开启供水门进行冲洗［３］。海门电厂＃１，＃２锅炉检修时，在空气预热器冷端发现有ＡＢＳ黏状污垢，采用热水冲洗法清除，　第１期曾壁群，等：ＳＣＲ烟气脱硝过程中硫酸氢铵的形成原因及清洗方法·４１·　图１　空气预热器冷端受热面下部的ＡＢＳ污垢图２　热水冲洗系统清除效果良好，锅炉启动后空气预热器差压下降较多。该方法不用解列或拆除空气预热器换热元件，大大减少了检修工作量并缩短了停炉工期，还可减小对换热元件的损伤，有较好的经济性和实用性。３．１　冲洗方法在空气预热器顶部吹灰器增加一路热水冲洗管路，从工艺水泵出口母管引一路水管至空气预热器顶部吹灰进汽管路，可以通过手动门与原吹灰蒸汽进行切换使用。（１）采用脱硫工艺水箱中的工业废水，利用辅助蒸汽将水加热至９０℃左右。（２）利用脱硫工艺水泵将热水输送至空气预热器顶部吹灰器管路，利用空气预热器热端吹灰器进行热水冲洗。（３）冲洗完毕后，保持空气预热器自然通风，未吹干前禁止启动风机，防止换热元件内部积灰板结。３．２　冲洗过程注意事项（１）工艺水箱热水加热到９０℃左右（就地测量水箱壁温），机组排水槽排水时注意将水温控制在８０℃以下。（２）做好与邻机空气预热器冲洗系统、脱硫系统烟气换热器（ＧＧＨ）冲洗水系统的隔离；空气预热器冲洗期间ＧＧＨ禁止进行高压水冲洗。（３）启动空气预热器时，尽量保证最低转速。（４）对空气预热器热端吹灰器进行连续冲洗，定期检查机组排水，排水清澈时表明空气预热器清洗干净。（５）冲洗完毕后，禁止立刻封炉，防止空气预热器换热片存水引起锈蚀而降低换热效果。应开启锅炉各风门自然通风至少８ｈ以上，或启动风组通风至少２ｈ以上。未吹干前禁止点火，防止换热元件内部积灰板结。（６）由于冲洗水浊度较高，废水处理系统无法处理，冲洗水不能直接排至废水处理系统的废水池，应在机组排水槽安装临时排污泵，将空气预热器冲洗水排至捞渣机渣水池，通过炉底渣水泵将冲洗水排至浓缩机。３．３　冲洗效果２０１３－０１－０７，空气预热器冲洗前烟气侧差压达１２７２Ｐａ，空气预热器换热元件底部出现严重积灰，积灰堵塞高度超过３００ｍｍ。停炉检修期间，首先采用高压水（常温水）对换热元件自上而下进行冲洗，经多次冲洗，冷端的ＡＢＳ污垢仍然黏附在受热元件壁面。换用引自脱硫工艺水箱加热至９０℃的热水对受热面进行冲洗，ＡＢＳ污垢逐渐溶解消失，空气预热器换热元件底部清洁。小修结束，锅炉点火后在相同负荷下记录空气预热器差压，发现空气预热器烟气侧差压比冲洗前下降了近１００Ｐａ（见表１），表明热水冲洗法可有效清洗除空气预热器ＡＢＳ污垢。表１　空气预热器冲洗前、后烟气侧差压对比日期机组负荷／ＭＷ空气预热器烟气侧差压／ＰａＡ侧Ｂ侧２０１３－０１－０７（冲洗前）９５６１２３９１２７２２０１３－０３－０５（冲洗后）９４８１１５５１０７７２０１３－０３－２８（冲洗后）９５４１１４９１１５３４　结论（１）ＳＣＲ脱硝装置空气预热器受热面易滞存ＡＢＳ污垢引起堵塞，由于ＡＢＳ黏性大，采用高压水在线冲洗空气预热器风险较大。（２）由于ＡＢＳ易溶于水，热水冲洗比单纯蒸汽吹灰的清洁效果好，冲洗后空气预热器差压明显下降。（３）空气预热器热水冲洗利用工业废水，不会增加机组补水率，节约用水。（４）热水冲洗利用机组原有空气预热器吹灰器、脱硫工艺水冲洗系统，不需增加新设备，减少设备投入，节约成本。（５）该方法无需拆除空气预热（下转第４４页）　·４４·华电技术第３７卷　图４　气力输渣系统工艺流程３．２　优化后的清扫链输送系统在火电机组风冷干渣机上的应用根据气力输渣系统工艺要求，控制部分采用全自动程控系统，系统采用就地控制和远程集中控制２种方式，就地控制界面如图５所示。优化设计后的基于清扫链输送的风冷干式排渣系统运行稳定，清扫链链条磨损大大减轻，使用寿命明显延长。与改造前机组清扫链输送系统相比，风冷干渣机系统运行稳定，维护工作量少，维护成本明显降低，相关参数对比见表３。图５　风冷干式排渣输送系统控制界面表３　＃１锅炉风冷干渣机改造前、后运行情况对比项目改造前改造后运行时间１０个月１０个月清扫链使用情况链环磨损直径的１／３左右，脱链１２次无脱链发生，链环基本无磨损系统维护工作量多少年维护费用１８万元无直接费用４　结论在风冷干渣机清扫链输送系统存在问题分析研究的基础上，对清扫链输送系统进行了优化设计，并对优化后的清扫链输送系统进行了应用研究。优化前、后清扫链输渣系统在＃１锅炉风冷干渣机上的使用情况表明，优化后的清扫链输渣系统可以有效减少清扫链磨损，降低运行成本，提高输送效率。参考文献：［１］解金禄，沈洪清，苏富强．干排渣机负压输送系统的优化及应用［Ｊ］．华电技术，２０１２，３４（１１）：５３－５５．［２］肖敏，金玉聪，王瑞平，等．干渣机清扫链故障分析及处理［Ｊ］．内蒙古电力技术，２０１０，２８（ｚ１）：７４－７５．［３］苏富强，蒋闻文，王勇，等．基于稳定输送流场的正压浓相气力输灰系统研究及应用［Ｊ］．华电技术，２０１０，３２（２）：１－３．（本文责编：王书平）作者简介：马兴才（１９８０—），男，宁夏银川人，工程师，从事火电厂工程建设管理及电厂生产技术管理（Ｅｍａｉｌ：[e-mail]）。王凯云（１９７８—），女，宁夏银川人，助理工程师，从事火电厂热能动力设备生产管理方面的工作欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍。（上接第４１页）器换热元件，可有效减少检修工作量并缩短停炉工期，对换热元件的损伤较小，方法经济实用，有着较好的推广意义。参考文献：［１］郭永华．加装选择性催化还原脱硝装置对锅炉设备的影响分析［Ｊ］．华电技术，２０１３，３５（７）：６６－６７．［２］张林，李阳春．空气预热器堵灰的原因分析及处理措施［Ｊ］．热力发电，２００８，３７（１０）：４３－４５．［３］肖兴全．空气预热器堵灰分析［Ｊ］．华电技术，２００９，３１（２）：２２－２３．［４］马双忱，郭蒙，宋卉卉，等．选择性催化还原工艺中硫酸氢铵形成机理及影响因素［Ｊ］．热力发电，２０１４，４３（２）：７５－７８．［５］李靖华，张桂恩．硫酸氢铵分解动力学及其分解机理的研究［Ｊ］．物理化学学报，１９９２，８（１）：１２３－１２７．［６］ＷｉｌｂｕｒｎＲＴ，ＷｒｉｇｈｔＴＬ．ＳＣＲａｍｍｏｎｉａｓｌｉｐｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｃｏａｌｐｌａｎｔｅｆｆｌｕｅｎｔｓａｎｄｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｕｐｏｎＳＯ３［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＰｌａｎｔＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００４（６）：２９５－３６１．［７］ＢｏｎｄｕｒａｎｔＬＰ，ＣｏｕｎｔｔｅｒｍａｎＷＳ，ＲｈｏｄｅｓＲＢ．ＭｉｎｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆＳＣＲ／ＳＮＣＲｒｅｔｒｏｆｉｔｏｎｔｈｅｌｊｕｎｇｓｔｒｏｎｇａｉｒｐｒｅｈｅａｔｅｒ［Ｒ］．Ｗｅｌｌｓｖｉｌｌｅ：ＡｌｓｔｏｍＰｏｗｅｒＡｉｒＰｒｅｈｅａｔｅｒＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，１９９９：１－６．（本文责编：刘芳）作者简介：曾壁群（１９７０—），男，广东汕头人，高级工程师，从事电厂锅炉及脱硝技术研究（Ｅｍａｉｌ：[e-mail]）。