摘要：简要介绍中石化某热电厂SCR和SNCR脱硝改造实施情况，对脱硝改造后出现的脱硝改造不达设计、空预器运行故障、省煤器频繁泄漏等问题进行原因分析, 并提出改进措施,对其他单位脱硝改造具有一定的借鉴意义。
关键词：SCR；SNCR；氨逃逸；回转式空气预热器；省煤器泄漏
0.概述
中石化某热电厂一电站共有4台煤粉锅炉，分别为#3、4、6、7炉，锅炉为高温高压、自然循环、单炉膛、π型布置、四角切圆燃烧、固态排渣、平衡通风锅炉。其中#3、4锅炉为四川锅炉厂生产，锅炉型号为CG-220/9.8-M2，分别于1992—1994年投入运行，#6、7炉为杭州锅炉厂生产，锅炉型号为NG-410/9.8-M6，2000年投入运行。
随着国家环保要求日益严峻，该厂4台在运煤粉锅炉仅仅依靠低氮燃烧技术已经远远不能达到排放要求， 2014年开始先后实施了锅炉脱硝改造项目和烟气超净改造项目。该项目为中石化某设计院设计，采用SCR+SNCR联合脱硝工艺。
1.脱硝设施简介
1.1 SCR脱硝简介
我厂SCR脱硝采用尿素水解供氨，每台炉设置一台SCR反应器，布置在锅炉尾部烟道内，配置好的尿素溶液经尿素水解装置制成氨气，经过氨气稀释计量模块、喷氨格栅、整流格栅、催化剂进行脱硝反应，在催化剂作用下，烟气中的NOx与氨气进行氧化还原反应，生成N2和H2O，达到脱硝的目的。
由于该厂锅炉最初设计时未考虑脱硝改造，为满足SCR反应器运行温度要求，改造过程中对尾部烟道竖井受热面进行了重新布置。催化剂采用内置式布置，通过压减上级和下级省煤器管排距离和管排数量，管排采用螺旋翅片形式，同时取消原上级空气预热器，将下级空气预热器由管式改为回转式，压缩各受热面间距。SCR反应器布置在上下级省煤器之间，本体内布置有喷氨格栅、整流格栅以及两层蜂窝状催化剂，喷氨管布置在上级省煤器下部。
1.2 SNCR脱硝简介
我厂SNCR采用尿素溶液脱硝，将制备好的40%~50%浓度的尿素溶液送入稀释计量模块，通过除盐水将尿素溶液进一步稀释到10%以下，通过压缩空气雾化后经喷枪射入炉膛内与烟气垂直接触，尿素在高温条件下分解，产生的 NH3扑捉烟气中的NOx，达到脱除NOx的目的。
锅炉分别配置18支喷枪，折焰角处布置上下两层喷枪，每层7支，屏式过热器下部两侧墙布置4支喷枪。根据设计要求，喷枪配置能够保证锅炉在60%～100%BMCR负荷范围很好的NOx减排效果。
图1 脱硝控制流程图
1.3 改造效果
通过前后两次改造，我厂四台煤粉锅炉NOx排放基本达标，能够控制在50mg/Nm3以下，满足了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）和《煤电节能减排升级和改造行动计划》（ 2014-2020）[1]相关要求。但脱硝改造也产生了一系列次生问题，影响了锅炉的安全稳定运行。例如：脱硝改造不达设计、空预器运行故障、省煤器频繁泄漏等。
2.脱硝改造不达设计
2.1存在问题
根据工艺设计要求，超净排放改造完成后，经过SNCR和SCR两级脱硝，NOx可以控制到50mg/Nm3以下，氨逃逸不高于3ppm，#3（#4）炉综合最大耗尿素量为344kg/h，#6（#7）炉综合最大耗尿素量为635kg/h。但实际运行中，为满足50mg/Nm3的排放标准，各炉尿素消耗量偏大，虽未超出设计的最大尿素耗量，但氨逃逸严重超标，大部分时间超过10ppm，对锅炉空气预热器和脱硫塔安全稳定运行产生严重影响。经过多方努力，SNCR和SCR厂家联合调试宣布失败。
2.2 原因分析
（1）燃烧调整不稳定。中储式煤粉锅炉受煤质变化、制粉系统启停、给粉机出力波动、炉膛积灰结焦等因素的影响，锅炉燃烧稳定性不足，NOx生成量波动频繁，影响尿素投入稳定性。
（2）SNCR脱硝改造时， CFD模拟选取数据不全面，喷枪布置不合理，影响NOx生成。
（3）脱硝稀释风采用回转式空预器出口热风，该风含有一定量的灰尘，设计中无除尘设施，且水解器运行温度低于设计值，氨气温度低，喷氨管线易结晶和堵灰，导致喷氨量不均，氨逃逸偏大。
（4）喷氨管和喷氨格栅仅采用简单的分区供氨，布置简单，导致喷氨管喷氨量不均匀。同时受烟道竖井空间限制，喷氨管距离催化剂仅4m，不能保证氨气与烟气的充分混合。
2.3 改进措施
（1）加强燃烧调整稳定性治理。我厂通过改烧大矿煤，确保煤质稳定；增加制粉系统启停要求，做好三次风门与燃尽风门的配合；解决制粉系统漏风，消除各风门开关指示不准确等缺陷；下一步将对燃烧器和吹灰器进行改造，解决锅炉结焦和积灰问题。通过上述措施，锅炉运行趋于稳定，从源头解决了NOx偏差问题。
（2）在厂家指导试验下，调整SNCR喷枪的分区投运，确保SNCR脱硝效率最大化，减少SNCR脱硝对氨逃逸的影响。
（3）定期清理喷氨管和氨空混合器，同时尽量提高水解器运行温度，提高伴热效果，降低氨气管线的堵灰和结晶。下一步将对氨气管线进行扩径改造和增设稀释风机改造，彻底解决氨气温度低和稀释风含尘问题。
（4）建议将尾部烟道改为背包式布置，以延长氨气与烟气的混合时间，提高混合效果。同时采用背包式布置还能有效解决省煤器泄漏导致的催化剂遇水失效问题。
通过上述措施，在一定程度上缓解了尿素消耗量大，氨逃逸高问题。统计煤粉炉4-6月份吨蒸汽尿素单耗较1-3月份平均值下降0.077kg/t（蒸汽），氨逃逸平均值降至8.3ppm，较试运初期有所降低，但仍未达到设计要求。
3、回转式空预器运行问题
3.1存在问题
为了压缩尾部烟道受热面空间，该厂脱硝改造时，将原管箱式空气预热器改为回转式空气预热器。运行过程发现空预器堵塞问题日趋严重，锅炉总风量不足，锅炉带负荷困难，甚至发生一起因空预器堵塞严重导致的停炉事故。同时因空预器安装间隙不一致和保温施工不满足要求等原因，经常出现空预器转子与壳体刮蹭问题，严重时甚至发生电机电流保护动作跳车，进而引发停炉事故，尤其是冬季最为明显
图2 空预器堵塞严重
3.2原因分析
（1）脱硝改造不达设计，氨逃逸偏高。烟气中的SO2与O2在催化剂作用下生成SO3，反应生成的SO3进一步同烟气中逃逸的氨反应生成硫酸氢铵和硫酸铵。生成的硫酸氢铵与飞灰形成熔岩状结合物粘附在温度适宜的空预器段，形成积灰。
（2）回转式空预器厂家设计有在线水冲洗装置，受项目概算和改造工期影响，该项目总未实施在线水冲洗改造。
（3）空预器吹灰频次低，吹灰效果不佳。
（4）空预器安装间隙不一致和保温施工不满足要求，且#7炉乙侧空预器处于风口处，气温变化造成乙侧空预器壳体收缩不均，致使空预器换热元件与壳体发生摩擦，空预器电流摆动甚至跳车停炉。
（5）中储式煤粉锅炉启停制粉系统时，三次风影响排烟温度较为明显，排烟温度变化太快，导致空预器转子膨胀速度快于壳体膨胀速度，其间隙减小发生刮蹭。
（6）省煤器设计值与空预器设计要求不符，与实际运行值有偏差。空预器厂家提供的空预器运行维护手册要求冷热端平均温度差值不超210.7℃。省煤器厂家提供热力计算为217.5℃，热力计算值已超出空预器要求。另外，实际运行中，锅炉上级省煤器进口烟气温度基本在550℃左右，但4个下省出口烟温测点有2个测点长期超过315℃，甚至超出空预器运行维护手册中要求的空预器入口最高烟气温度不超330℃。冷热端平均温度差超过设计值，空预器上部膨胀大，下部膨胀小，导致空预器换热元件与壳体发生摩擦。
3.3改进措施
（1）通过2.3中措施优化燃烧调整和脱硝系统运行，降低氨逃逸。
（2）分别与省煤器厂家和空预器厂家沟通，重新核算现有管排及设计管排能否满足空预器入口烟温不超330℃和空预器冷热端平均温差不超210.7℃要求。
（3）修改空预器吹灰逻辑，提高吹灰频次。
（4）在大气温度较低时或低负荷期间，尽可能投入暖风器，以提高空预器的综合排烟温度。若空预器发生堵灰，必须保证空预器综合排烟温度≥148℃，以减轻空预器堵塞程度。
（5）完善空预器保温，提高风口处保温厚度，减少外界环境引起的热偏差，保持空预器壳体收缩均匀，如条件允许，可在外围增设围挡，降低环境影响。
（6）严格控制制粉系统启停速度，减缓排烟温度变化速度。
（7）利用停炉机会，在厂家指导下，调整空预器与壳体间隙的均匀性。
（8）对空预器堵塞问题进行立项，完善在线水冲洗。
4.省煤器泄漏问题
4.1存在问题
#3、4、6、7炉省煤器自2014年10月份开始先后投入运行，截止到2017年8月份，在运4台锅炉先后累计发生泄漏9次，其中6次导致锅炉非计划停车，严重影响锅炉安全运行。省煤器蛇形管为翅片管，泄漏后无法更换，目前只能采取掐管封堵的方式处理。
4.3原因分析
（1）烟气流速高，磨损严重。SCR脱硝改造设计时，为了减少改造工程量，降低改造成本，未采用传统的背包式设计，设计人员通过压缩省煤器布置空间，保证了SCR反应器完整的布置在烟道内。省煤器管排采用光管式加翅片处理，通过缩小节距增加管排数量和增加翅片提高换热效率。节距的缩小，导致烟气流速升高，磨损速率增大。而运行一段时间后，受硫酸氢铵和积灰的双重影响，翅片间被粘结物完全堵死，导致烟气流速进一步提升，磨损进一步加剧。
（2）设计对设备制造安装要求不具体。设计人员未充分考虑管排冲刷磨损问题，对梳型板制造和安装要求低，制造的梳型板位置不一致，安装完成后的梳型板普遍存在错位现象。烟气穿过梳形挡板自换热侧吹向光管侧的某一点,导致省煤器光管大面积冲刷减薄甚至泄漏。
图6 梳型板错列情况严重
（3）烟气走廊导致局部磨损加剧[2]。省煤器与烟道四壁、甲乙侧省煤器之间未完全封堵，其间隙远大于各省煤器管排之间间隙，虽然在第一排管排上铺设防磨盖板，仍存在严重的烟气走廊。烟气走廊导致部分管排烟气流速大幅提升，磨损严重加剧。
（4）管卡设计存在问题，两端面宽度不一致，防磨盖板不能将光管完全覆盖，导致露出的光管部分磨损严重。
图7 管卡两端面不一致
（5）后墙位置灰浓度高，对管段冲刷磨损的速度相对快，因此后墙泄漏率偏大。
（6）对磨损严重的省煤器管排进行补焊时，焊接质量不佳，存在裂纹和夹渣类缺陷，这些焊接缺陷，在烟气冲刷和高温作用下，表面金属逐渐开裂剥落并产生烟气涡流，进一步加剧了局部冲刷，导致省煤器炉管在补焊后短时间内出现了泄漏。
4.4改进措施
（1）对泄漏管排和磨损严重管排，在省煤器联箱处掐管并加封堵，对磨损不严重管排进行补焊处理。
（2）在下级省煤器挡灰板上部加槽钢改变烟气流向，下级省煤器管排下部间隙处加封堵并在上下封堵板之间填充硅酸铝，以消除烟气走廊。如下图所示。
图8 烟气走廊封堵示意图
（3）在管卡处增加防磨盖板，减少管卡处光管的磨损。
图9 烟气走廊封堵现场图
（4）加强检修质量管控，避免出现焊接质量不合格导致的二次泄漏。
5、结论
（1）该厂煤粉锅炉脱硝改造虽满足了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）和《煤电节能减排升级和改造行动计划》（2014-2020）中关于NOx的要求，但其脱硝效率、氨逃逸等均未达到设计值。
（2）空预器堵塞问题根源在于脱硝改造不达标，氨逃逸高导致空预器堵塞严重。空预器卡涩原因在于空预器安装间隙不一致和保温施工不满足要求。
（3）省煤器泄漏的主要原因为设计要求不具体，造成制造和安装精度误差形成烟气走廊，冲刷省煤器光管部位造成泄漏，目前四台煤粉锅炉的省煤器均存在运行风险。
（4）通过改进措施的逐渐实施，空预器和省煤器故障得到有效缓解，但仍直接影响我厂锅炉安全稳定运行，下一步还需通过改造寻求彻底解决方案。
[参考文献]
【1】环境保护部/国家质量监督检验检疫总局.火电厂大气污染物排放标准[Z].2012—01—01
【2】于临秸. 锅炉运行[M] . 北京: 中国，中国电力出版社，2006，（2）：115-121.
作者简介：郑建伟（1986- ），工程师，主要从事热电锅炉安全生产管理工作。
论文作者:郑建伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
标签：省煤器论文; 烟气论文; 锅炉论文; 尿素论文; 氨气论文; 磨损论文; 温度论文; 《电力设备》2017年第33期论文;