周登忠
（大唐景泰发电厂730408）
摘要：国家环保政策及排放标准日趋严格，大规模加装SCR脱硝装置势在必行。本文根据SCR脱硝系统本身的运行及建设要求，分析了燃煤电厂加装SCR脱硝装置对锅炉本体，空预器，除尘器，引风机，以及对锅炉系统安全运行的影响及对策，为燃煤电厂脱硝改造工程的实施及加装SCR脱硝装置后锅炉系统的安全运行提供指导信息。
关键词：SCR；锅炉；空预器；除尘器；引风机
1引言
2012年1月1日国家标准《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）开始实施，其中明确规定燃煤电厂氮氧化物（以NO2计）排放浓度限值为100mg/m3，当前，现役燃煤电厂正在大规模建设脱硝装置，主要采用的脱硝方式是在省煤器与空预器之间加装SCR脱硝装置，因此SCR脱硝装置将成为锅炉主体设备不可分割的一部分，其建设和运行必然会对整个锅炉产生影响。
2对锅炉本体的影响及对策
SCR脱硝催化剂进行化学反应时要求温度区间在250～425℃，最高允许运行温度为420℃左右，最低允许喷氨温度在300℃左右，因此对进入SCR反应器的烟气温度具有一定的要求。若烟气温度超过420℃则催化剂易烧结开裂导致永久失活；若烟气反应温度低于290℃，则生成硫酸氢铵量将大大增加，导致设备腐蚀堵塞。考虑到锅炉在不同负荷时燃煤量和发热量有所不同，烟气温度的波动范围较大，当在不同负荷时烟气温度过高或过低都将影响脱硝系统的稳定运行，严重时甚至导致系统停运，因此加装脱硝系统后对锅炉的运行负荷提出了新的要求，必要时需对省煤器进行改造，以满足SCR脱硝系统对烟气温度的需求。
省煤器的改造方案一般有两种：其一是加装烟气旁路，其二是省煤器改造。
（1）加装烟气旁路
烟气旁路为在省煤器上部和SCR反应器进口之间加装旁路烟道和挡板门。改造后，当省煤器出口烟气温度较低无法满足催化剂进行脱硝反应需求时，通过调节设置在原烟道和旁路烟道的调节挡板，改变进入SCR反应器的高温烟气/低温烟气比例，实现调节SCR反应器内烟气温度的目的。
（2）省煤器改造
省煤器改造可在不改变省煤器管子规格、材质、节距的前提下，对部分换热管路采用旁路处理，依据负荷变化情况确定换热管路的投运量以达到控制省煤器出口烟气温度的目的。
表1对两种方案进行了比较，从中可以看出虽然两种方案都会影响锅炉效率，需要重新核算改造对锅炉效率的影响，但是进行省煤器改造明显具有工作量小、难度低、可靠性高、投资小等优点，对改造后锅炉整体运行的安全和稳定性都更有利，而加装烟气旁路易造成设备堵塞和磨损从而增加系统维修率使得系统可靠性下降。
3对空预器的影响及对策
脱硝系统位于空预器之前，烟气流经反应器之后从进口进入空预器烟气侧换热。由于脱硝反应器及烟道为新增项目且脱硝系统为负压运行，加装脱硝系统后引风机阻力增加，空预器漏风率也相应增加。
脱硝系统的运行指标之一即是尽量减小SO2到SO3的氧化率，控制在1%以下，但是加装脱硝系统后必然会增加反应器出口处烟气中SO3的含量，因此硫酸氢铵和硫酸铵的生成量也将增加。硫酸氢铵是一种粘性物质，当含有高灰分的锅炉烟气温度在146～207℃区间内时硫酸氢铵转变为黏稠状液体，而此温度区间正好与空预器中温段下部至冷段间温度相当，因此硫酸氢铵极易在空预器内壁粘附，造成空预器堵塞和腐蚀。加装脱硝系统后，空预器需进行改造，主要改造内容如下：
（1）将空预器传热元件由三段布置改为二段布置，或三段布置，此方案主要是增大冷端高度涵盖液态硫酸氢铵的生成温度范围，从而避免硫酸氢铵的沉积区域分段，避免局部堵灰。
（2）空预器冷段材质改为大通道的波纹板。波纹板在烟气流通方向上是直通的，没有小的波纹，因此，烟气流通截面大，波形平滑，在换热器运行中硫酸氢铵、灰尘、煤渣等不易附着，也更易于清除，所以不易堵塞，长期运行压力损失小，送、引、增压风机等设备功率大大降低。
（3）采用在钢板表面镀搪瓷的方法提高空预器冷段传热元件的抗粘附特性。搪瓷元件可以防止低温腐蚀，搪瓷表面比较光滑，受热元件不易粘污，也易于清除。实际经验证明采用搪瓷镀层换热元件后硫酸氢铵的结垢速率明显降低。氨逃逸率为3.3ppm时，搪瓷层换热元件表面的结垢只有非搪瓷镀层换热元件的15%；氨逃逸率为0.7ppm时，搪瓷层换热元件表面的结垢只有非搪瓷镀层换热元件的25%；因此采用镀搪瓷的换热元件是防止空气预热器低温段堵灰的有效措施。
4对除尘器的影响及对策
影响除尘器除尘性能的因素较多，其中最重要的两个因素是烟气温度和烟气组成。烟气温度越高，布袋容易损坏，寿命缩短，而灰尘在电除尘器中也越难荷电，电除尘器除尘效率越低；烟气组成中极性分子越多（如H2O、SO2、SO3等），越易荷电，电除尘器除尘效率越高，但在布袋除尘器中如果氧化能力强的物质如氧化硫和氮氧化物等含量过高，易造成滤袋损坏，减短使用寿命。
一般未加装SCR脱硝系统的空预器出口处烟气温度大约在120～140℃之间。加装脱硝系统后，如未进行空预器改造或改造后空预器运行控制管理不佳造成空预器堵塞，这将导致除尘器进口烟气温度升高。另一种情况，当采用低氮燃烧或低氮燃烧+脱硝工艺进行氮氧化物减排时，由于低氮燃烧改造将扩大燃烧区域，抬升高温烟气在锅炉中位置，从而导致空预器进口烟气温度升高。综合以上两种情况分析，加装SCR脱硝系统后极易造成除尘器入口烟气温度升高，影响除尘器效率。因此在进行空预器改造时需综合考虑加装SCR脱硝系统对空预器出口烟气温度及除尘效率的影响，空预器改造方案不仅需考虑防堵塞能力，还需考虑加装SCR脱硝系统后对空预器换热效率的影响。
加装脱硝系统后，氮氧化物NOx经化学反应转变为氮气N2同时生成水H2O，如再考虑不高于3ppm的氨逃逸以及不高于1%的SO2到SO3的转化率，总体上加装SCR脱硝系统有利于提高烟气组成中极性分子的含量，从一定程度达到烟气调质的目的，提高电除尘器的除尘效率。而对于布袋除尘器，烟气中氮氧化物浓度的降低也能够减轻NO2对PPS滤袋的腐蚀损坏，延长滤袋使用寿命。
总体认为，加装SCR脱硝系统不会对除尘器的运行安全造成影响，在一定情况下还有利于提高除尘效率。
5对引风机的影响及对策
目前主力电站引风机以轴流风机为主，它具有低负荷运行效率高、调节范围大、响应快等优点。加装脱硝系统后烟道阻力增大，将给引风机的运行带来一些问题。
（1）对引风机效率的影响
图1为典型的轴流风机性能曲线图。加装SCR脱硝系统后，系统阻力曲线升高，曲线变陡，由图1中的曲线1变为曲线2，但曲线仍处于风机高效率区域，因此，与离心风机相比，加装SCR脱硝系统后轴流风机在效率上具有明显优势。
（2）对引风机出力的影响
加装脱硝系统将会增加烟气系统的阻力，新增阻力主要由SCR反应器（约1000Pa）、新增烟道阻力、空预器改造增加阻力（约300Pa）三部分组成，而整个锅炉烟风系统的阻力为2500～3500Pa（BMCR工况，300～600MW）。可见，SCR脱硝系统的阻力将占整个锅炉系统阻力的很大部分，会在很大程度上影响锅炉系统的烟道阻力特性。再加上催化剂运行中的灰堵现象和所生成硫酸氢铵对空预器造成的堵塞，加装SCR脱硝系统后，风机的出力将需要大大增加。
对于近些年新建机组，通常情况引风机会为今后加装SCR脱硝系统裕留一定余量。因此当未加装SCR脱硝系统时，引风机处于低效率区运行，加装SCR脱硝系统后有利于提高引风机运行效率，提高节能水平。而对于老机组，加装SCR时由于引风机压头不够，需进行改造，在确定改造方案时应综合考虑一段时间内其它设施改造的可能性以及对引风机出力的需求，例如除尘器改造方案对引风机出力的需求，脱硫系统取消旁路后增压风机与引风机合并对引风机出力的需求等。引风机的改造方案应在此基础上做多方案对比选优而确定选型参数。
6对锅炉系统安全运行的影响及对策
脱硝系统为电站新增设备，脱硝反应器运行参数包括：入口烟气参数，出口烟气参数，操作参数和性能参数等。入口烟气参数有烟气流量，温度和NOx浓度等；出口烟气参数有NOx浓度和氨逃逸等；控制参数为反应器入口氨的流量；计算参数有脱硝效率和氨氮摩尔比。
SCR脱硝系统的目的是去除烟气中的氮氧化物成分，喷氨量是脱硝效率等指标的保证，喷氨过量将明显加大氨逃逸浓度，会增加硫酸氢铵生成量，增加催化剂和空预器堵塞风险，影响机组安全运行。在实现脱硝效率等指标的同时，尽可能控制低的氨喷射量及氨逃逸量是脱硝系统运行控制保证机组安全运行的关键。
此外，由于SCR反应器内烟气流场均布的重要性以及氨逃逸造成硫酸氢铵生成量的增加，在SCR脱硝系统的运行管理过程中还需要定期关注催化剂和空预器的堵塞情况以及定期清洗的情况，保证整套锅炉装置的连续、稳定、可靠运行。
7结语
SCR脱硝系统作为锅炉主设备加装进炉后系统以后必将对锅炉及炉后其它设备的稳定和可靠运行产生影响。首先，进入SCR反应器内烟气的温度必须满足SCR脱硝催化剂的要求；其次，SCR反应器以及新增烟道的支撑钢结构需考虑对锅炉及炉后设备钢结构的影响；再次，加装SCR脱硝系统后导致烟气阻力增加，因此引风机的出力能力需满足加装SCR脱硝系统后整套锅炉装置的需求。此外，由于氨逃逸导致产生的硫酸氢铵极易在空预器低温段沉积、吸灰、堵塞，因此空预器需进行相应改造；最后，为了SCR脱硝系统的稳定和可靠运行，在系统运行管理中不仅需要提高还原剂的喷射控制水平还需要加强SCR反应器和空预器内积灰的检查和清洗工作，避免因积灰导致的系统效率下降或系统稳定性以及可靠性下降。
参考文献：
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作者简介：
周登忠（1970年10月6日），男，甘肃永登，本科，工程师，电厂环保