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CFB锅炉SNCR烟气脱硝空预器堵塞原因分析及处理
作者:管理员    发布于:2016-05-13 11:54:17    文字:【】【】【
摘要:CFB锅炉SNCR烟气脱硝空预器堵塞原因分析及处理

CFB锅炉SNCR烟气脱硝空预器堵塞原因分析及处理
摘要摘 要: 选择性非催化还原(SNCR)法是目前CFB锅炉常用的烟气脱硝技术。对一台锅炉空气预热器堵塞的原因进行了研究,对堵塞物成分、喷氨、燃煤硫分、空气预热器吹灰等进行研究分析;
为了满足日趋严格的烟气排放要求,燃煤电厂一直在对烟气净化系统进行升级改造,近几年烟气脱硝尤为受到关注。选择性非催化还原( SNCR ) 脱硝技术,具有简单易行、投资相对较少( 约为 SCR 的十分之一) 、对锅炉尾部受热面无需进行改造、施工改造时间短等优点,所以是许多在役老机组烟气脱硝升级改造的首选方案 。
某单位有一台 CFB 锅炉,担负着向生产部门提供稳定、可靠的电力和蒸汽供应的任务。为了达到《火电厂大气污染物排放标准》( GB 13223—2011) 的 NOx 排放标准,于 2014 年在锅炉检修时进行了脱硝改造。采用 SNCR脱硝工艺,脱硝还原剂为50% 质量分数的尿素溶液,由尿素溶液制备区统一提供。脱硝工艺包括尿素溶液制备、储存区和尿素溶液稀释计量、分配喷射反应区两个区域。
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SNCR运行情况
机组于2014年9月完成锅炉检修和脱硝系统改造后投入运行,各项指标包括脱硝率、出口NOx浓度等均优于设计值,运行一段时间后,发现炉膛负压波动增大,且有逐步扩大的趋势,导致一、二次风侧的进出口、空预器烟气侧差压逐步增大,同时送、引风机、一次风机电流均有所增加,预示空预器出现了堵塞,机组只能降负荷运行。进入冬季,空预器堵塞更加严重,送引风机运行中周期性失速,锅炉氧量不足造成燃烧不稳,空气预热器阻力过大,已危害到机组的安全运行,被迫停炉检修。停炉后检查空预器,发现蓄热片出现了严重的堵塞和腐蚀。
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空预器堵塞原因分析
2.1空预器堵塞物分析
从空预器的蓄热片上取出部分堵塞物,堵塞物呈灰黑色,质地较硬,与蓄热片粘附在一起。堵塞物制样后用D/MAX-2500X射线衍射仪分析,发现冷端堵塞物中有较高含量的NH4HSO4,用超纯水超声萃取堵塞物,采用ThermoDIONEX-600离子色谱仪对样品进行分析,分析结果如表1所示。从表1可看出,空预器冷端样品富含NH4(+)和SO4(2-),揭示空预器堵塞是由逃逸的NH3和烟气中的SO3造成的。NH3∶SO3摩尔比约为1,与硫酸氢氨(NH4HSO4,ABS)中NH3∶SO3摩尔比接近,说明在一定的烟温条件下,逃逸的NH3与烟气中的SO3反应生成ABS,ABS一般在146~207范围内呈液态,液态的ABS粘附在空预器蓄热片上,包裹烟气中的飞灰,低温时固化在蓄热片上,造成空预器堵塞和腐蚀

2.2燃料分析
锅炉燃料为企业副产品石油焦,表2为入炉燃料参数。由表2可以看出,石油焦中硫质量分数达
 6.50%~7.00%,属高硫煤,硫在炉膛内燃烧会生成SO2,约有0.5%~1.5%的SO2进一步与原子态氧(O)反应转化为SO3,部分SO3与未反应的NH3生成ABS,ABS与SO3会在空预器的冷端发生凝结,并吸附大量的飞灰,由此造成空预器的堵塞和腐蚀。

2.3氨逃逸分析
锅炉主要给生产提供电力和蒸汽,运行时负荷波动频繁,导致床温、烟温变化,使烟气中NOx分布不均,查看性能考核试验时空预器入口NOx浓度发现,A侧部分测点NOx浓度与B侧的相差一半以上。均匀喷入的尿素溶液分解后产生的NH3不能与烟气中的NOx及时反应,致使部分区域NH3不足,部分区域NH3过量,错过温度窗口而逃逸;检查发现装在空预器入口前的氨浓度显示表失效,无法准确显示烟气中逃逸NH3的浓度,脱硝控制系统以SNCR出口的NOx浓度为主控信号,为了控制出口NOx质量浓度低于100mg/m3,造成过量尿素喷入炉膛,从而氨逃逸过量,NH3与SO3生成ABS,在空预器冷端凝结,导致空预器冷端堵塞和腐蚀。
2.4吹灰器运行分析
脱硝系统升级改造后,运行人员没有意识到吹灰器对防止空预器堵塞的重要性,因此在运行初期,没有严格按设备厂商提供的吹灰规程进行吹灰。空预器吹灰时要求额定蒸汽压力不低于1.5MPa,蒸汽温度不低于300(300~350为宜)。但实际运行中,吹灰蒸汽压力最高仅为0.8MPa左右,吹灰蒸汽温度在180左右,而且每次吹灰前没有进行排除疏水的操作,空预器受热面积灰无法及时彻底清除,吹灰效果逐步恶化。吹灰方式仍按原来每班吹灰2次的频率进行,并没有根据空气预热器的压差及时调整吹灰频次,当空气预热器出现明显堵塞后,即使采取连续吹灰方式也无济于事。
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解决措施
3.1燃料调整
改变单一使用石油焦的运行方式,采用配煤的方式,低硫烟煤与石油焦混合使用,考虑到烟气酸露点以及SO3转化率,结合CFB运行特点,严格
控制入炉煤收到基硫质量分数不超过4%。
3.2氨喷入调整
通过CFD流场模拟重新调整了尿素喷枪的安装位置喷枪位置选在炉膛和旋风分离器之间的水平烟道上,8支喷枪采用断面喷射方式对称布置在水平烟道上,使4支喷枪在同一竖直方向。同时,将喷枪由机械雾化改为压缩空气雾化。为了兼顾穿透能力和覆盖面积,喷雾角度设为60°。通过研究雾化压力与喷枪流量和雾化效果之间的关系,经理论计算液滴粒径在100~180μm之间具有较好的穿透能力、覆盖面积与合适的蒸发速度,能在进入旋风分离器之前几乎蒸发完,保证NH3与NOx的反应时间,提高了混合质量,NH3逃逸减少。因此,压缩空气雾化压力控制在0.4~0.6MPa为宜。
3.3空预器冷端改造
为了增大空预器烟气流通截面积,将冷端更换为大波纹板型的搪瓷镀层蓄热元件。搪瓷镀层蓄热元件既可以降低ABS在空预器蓄热元件上的形成速率,还能提高耐腐蚀能力。空预器转子内部取消栅架,将横向隔板延伸到冷端,并直接安放加高后的冷端传热元件,同时加强对冷端温度的监测。
3.4 NH3/NOx摩尔比
NH3/NOx摩尔比一般控制在1.5~2.0之间,超过2.5对NOx还原率已无大的影响。机组SNCR实验了NH3/NOx摩尔比在0.5~2.5时脱硝效率和氨逃逸情况,结果如图1所示。NH3/NOx摩尔比提高,虽然有利于NOx还原率的提高,但是超过2.0时,脱硝效率提高趋于平缓,而尾部烟道逃逸氨的浓度快速升高,NH3逃逸量加大不仅会增加机组运行费用,而且会引起飞灰中氨含量过高、空预器中ABS过多形成导致堵塞等一系列问题,因此,NH3/NOx摩尔比控制在1.5~2.0为宜。

3.5吹灰器运行工艺优化
空预器的冷端配置带高压水和过热蒸汽冲洗的
双介质吹灰清洗装置。每次吹灰前,必须将吹灰蒸汽管道内冷凝的疏水彻底排净,同时监测吹灰蒸汽, 保持足够的过热度,否则不仅起不到吹灰的目的,反而会加剧空预器的堵灰。每次脱硝系统投运前,校对吹灰母管蒸汽的压力,必须保证蒸汽压力不低于1.5MPa。重新优化了空预器的吹灰方式,当烟气压差超过1.5kPa时,每4h对空预器进行一次吹灰;当烟气压差超过2.0kPa时,吹灰频次改为2h一次;如果烟气压差超过2.5kPa,及时启动在线高压水冲洗,去除沉积的ABS,使烟气压差恢复至正 常。
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结语
采取以上措施以后,炉膛负压、空气预热器出口一、二次风压波动均在正常范围内,未再出现由于空预器堵塞出现大幅波动而导致停机事故的发生,机组的安全运行得到了有效保障,同时极大地提高了运行的经济性。SNCR脱硝不需要对锅炉尾部烟道进行改造,在旧机组的脱硝改造方面具有很强的竞争力,SCR脱硝导致空预器堵塞已是共识。如果SNCR改造时不考虑空预器堵塞,操作不当同样会带来由于ABS在空预器冷端凝结带来堵塞和腐蚀的后果,必须给予关注。

 

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