NH4逃逸率高是火电厂烟气脱硝(SCR)系统普通存在的技术难题。逃逸的NH4与烟气中的水蒸气、SO3在一定条件下反应会生成NH4HSO4，随着烟气的流动会吸附在空气预热器储热元件及引风机叶片上，造成空气预热器腐蚀和堵塞，大大增加烟气流动阻力，严重影响引风机正常运行。因此，从安全性和经济性角度，研究分析脱硝系统NH4逃逸对引风机运行的影响，为实现合理可行的运行方式及改造提供依据。(摘要)
关键词：火电厂;SCR烟气脱硝系统;NH4逃逸;引风机
0 引言
随着中国电力产业的高速发展，NOX(氮氧化物)等有害气体的排放与日俱增，NOX所造成的大气污染越来越受到人们的关注[1]。目前，大型火电厂为降低NOX排放均安装了烟气脱硝(SCR)系统，喷氨量的控制对脱硝效率和锅炉尾部流动阻力有很大影响。
烟气脱硝NH4逃逸率高是火电厂普通存在的技术难题。本文从安全性和经济性角度，研究分析NH4逃逸对引风机运行的影响，为实现合理可行的运行方式及改造提供依据。
1 SCR烟气脱硝系统的NH4逃逸问题
SCR烟气脱硝法的原理是在催化剂的作用下，烟气中喷入的NH4将NOX催化还原成N2和H2O，由于催化反应的NH4相对过剩，会造成脱硝系统NH4逃逸[2]。逃逸的NH4造成环境污染和运行成本提高;逃逸的NH4还腐蚀催化剂模块，造成催化剂失活和堵塞，大大缩短催化剂寿命;过量的逃逸NH4会被飞灰吸收，导致加气块(灰砖)质量下降无法使用;烟气中的水蒸气、SO3和逃逸的NH4在一定条件下反应会生成NH4HSO4。液态下的NH4HSO4是一种具有很强腐蚀性的粘性物质，这种物质随着烟气的流动会吸附在脱硝反应器下游空气预热器储热元件上，造成储热元件的腐蚀。堵塞和腐蚀状况如图1所示。
目前中国大型燃煤发电机组多采用回热式空气预热器来加热锅炉供风。在空气预热器中，较低的烟气温度会致使NH4HSO4在空气预热器的传热元件上粘结[2]，进而使空气预热器的换热金属原件腐蚀、结垢，最终大幅增加空气预热器压降、降低热效率。
另外，脱硝系统处于锅炉的重要部位，省煤器和空气预热器之间。其的存在对锅炉的烟风系统的烟风流动、热负荷分布有重大影响，尤其脱硝系统在运行过程中，由于喷氨量随负荷的变化而变化，喷氨量的控制对脱硝效率和锅炉尾部流动阻力有很大影响。空气预热器的堵塞会大大增加烟气的流动阻力，致使流过空预器后引风机烟气流量过小，严重影响引风机的正常运行，影响烟气的正常流动和锅炉机组的正常运行。
2 SCR烟气脱硝系统NH4逃逸对引风机运行的影响
由于喷入的NH4与烟气混合得不完全均匀，在反应器的某些区域，催化反应相对过剩的NH4形成NH4逃逸，NH4逃逸不仅会腐蚀催化剂模块，造成催化剂失活和堵塞，大大缩短催化剂寿命;更严重的是烟气中的水蒸气、SO3和逃逸的NH4在一定条件下反应会生成NH4HSO4，这种腐蚀性很强的黏性物质，会导致空气预热器金属储热元件的腐蚀与堵塞。王曲电厂的喷氨量也超出了理论喷氨量，NH4逃逸现象非常突出，造成了空预器储热元件的严重腐蚀和堵塞，由于空预器的堵塞，烟气流动阻力大大增加，最直接的问题是导致其下游的引风机流量严重偏小，风压过大。
下面对引风机的运行性能分析计算：
2.1引风机原设计参数
山西鲁晋王曲发电厂1#炉的锅炉引风机为豪顿风机，型号为ANN-3200/1600B。具体设计参数见表1、表2。
表1 引风机设计技术参数
序号项目单位数值
1型号—ANN-3200/1600B
2生产厂家—豪顿华工程有限公司
3形式—液压动叶可调轴流式
4出力m3/s556.7
5全压Pa4274
6导向调节角度°-15～+55
7转速(设计工况)r/min990
8流量(设计工况)m3/s556.7
9全压(设计工况)Pa4 274
10大气压(设计工况)Pa90 900
11介质温度(设计工况)°C137.2
12介质密度(设计工况)kg/m30.776
13风机效率(设计工况)%80.8
14轴功率(设计工况)kW2 893.3
表2 引风机电机设计参数
序号项目单位数值
1型号—AECK-S2001
2生产厂家—西屋公司
3电压kV6
4电流A361
5功率kW3 100
6转速r/min990
2.2 引风机实际运行参数
根据电厂实际运行状况，该机组原设计适合于带基本负荷，现作为带基本负荷加调峰运行，晚上经常在低负荷下运行，因此厂平均负荷率偏低。从电厂运行监测仪表上显示的1#炉引风机运行参数值如表3所示。由表3可看出，目前所采集的电厂运行监测实时数据中没有所需要的流量(体积流量)和全压，只有引风机风量(质量流量)和引风机出、入口压力。所以，下面先对引风机的流量、全压进行估算。
表3 1#炉引风机运行情况
项目单位设备数据来源负荷
300 MW450 MW600 MW
入口压力kPa1#引风机实测-2.041-3.344-4.602
2#引风机实测-2.057-3.492-4.708
出口压力kPa1#引风机实测-0.0610.0750.203
2#引风机实测-0.0590.0290.117
引风机风量kg/s1#引风机实测218.261293.102338.120
2#引风机实测181.889255.966334.811
动叶开度
(执行器反馈)%1#引风机实测36.8652.5966.46
2#引风机实测35.5751.2665.01
动叶角度°1#引风机估算10.8021.8131.52
2#引风机估算9.9020.8830.51
电流A1#引风机实测143.729217.010297.395
2#引风机实测142.639213.809309.048
2.2.1 流量
以1#引风机在600 MW额定负荷时的运行情况为例进行计算。
根据DL/T469-2004 电站锅炉风机现场性能试验 中提供的计算方法，计算600 MW额定负荷时的烟气密度如表4所示。
表4 引风机烟气密度
项目单位烟气温度
120 ℃125 ℃135 ℃
烟气密度kg/m30.9320.920.897
体积流量(流量)和质量流量(风量)的换算公式为：
式(1)中，qv为体积流量，m3/s;Qv为质量流量，kg/s;ρ为烟气密度，kg/m3。
根据排烟温度引风机入口测点值，取烟气密度ρ为0.92 kg/m3，600 MW时1#引风机的质量流量Qv=338.120 kg/s，换算为体积流量qv=367.52 m3/s。
典型负荷下(600 MW、450MW、300MW)1#、2#引风机的流量、全压及裕量的计算结果见表5。
表5 引风机流量 全压及裕量
项目单位设备数据来源负荷
300 MW450 MW600 MW
全压kPa1#引风机估算1.9803.5164.804
2#引风机估算1.9973.5204.83
流量m3/s1#引风机估算237.240318.589367.522
2#引风机估算197.705278.224363.925
全压裕量
(相比设计值)%1#引风机估算53.6717.74超12.40
2#引风机估算53.2817.64超13.01
流量裕量
(相比设计值)%1#引风机估算57.3842.7733.98
2#引风机估算64.4950.0234.63
2.2.2 全压
假设引风机全压为引风机出口压力减入口压力[3]，由此可计算出机组各个负荷下引风机的全压。从表5可看出，引风机的流量在满负荷运行下比设计值偏小很多，全压在满负荷运行时超过设计值。这就说明引风机上游设备存在堵塞或腐蚀现象,导致烟气阻力大大增加。烟气阻力的大大增加不仅会降低空预器下游风机设备(如引风机)的风量值、降低下游风机的运行效率、使能耗增加，而且偏小的风量会影响锅炉机组的运行安全性和稳定性，对机组安全运行造成很大威胁。
3 NH4逃逸对引风机运行状况的影响分析
在满足NOx排放指标的前提下，多余的喷氨量与烟气中物质生成化学产物，会产生附加的烟道阻力，影响空气预热器的换热，腐蚀和堵塞空预器，严重影响其后引风机的正常运行。这样，NH4逃逸量的控制好坏直接影响机组运行的安全可靠性。因此，从安全和经济性两方面对脱硝(SCR)系统NH4逃逸对发电机组引风机运行状况的影响进行研究。
3.1氨逃逸对引风机安全性的影响
首先，多余的喷氨量产生的NH4HSO4及其混合物堵塞空气预热器，增大烟道阻力，使得流过引风机的烟气流量明显偏小，而使引风机全压严重偏大(见表5)，造成引风机工作点处于理论失速线上[4]，如图2所示，满负荷时1#、2#引风机均运行在理论失速线上方，说明在满负荷时1#、2#引风机已失速或有失速的危险)。
引风机失速后会产生如下问题：
a) 引风机发生失速时，会产生很大的噪音;
b) 引风机发生失速时，引风机附近存在脉动气流，造成风道内的伴随共振;
c) 失速会使风机频繁产生高出稳定运行时的振动值;
d) 失速会使引风机的电流、风压及烟压值发生大幅度的波动;
e) 引风机失速会使炉膛内氧量降低，炉膛压力发生变化;
f) 引风机失速会使锅炉内燃烧所用的风量不够，导致燃烧不稳，严重时锅炉可能灭火;
g) 引风机失速很可能引发2台引风机的“抢风”现象，即1台引风机电流、风压或烟压上升，另一台的则下降。
其次，具有很强的粘附性和腐蚀性的NH4HSO4，会引起引风机的叶片腐蚀、磨损。引风机叶片腐蚀状况如图3所示。严重腐蚀、磨损的叶片不仅会降低引风机运行效率，而且由叶片腐蚀造成的引风机风量降低、偏离运行工况点工作也会加速引风机失速现象的产生，影响引风机及整个机组的安全运行。
3.2 NH4逃逸对引风机经济性的影响
首先，过大的喷氨量产生的具有很强的粘附性和腐蚀性的NH4HSO4会随着烟气流过引风机而黏着在引风机上，长时间的粘着会引起引风机的叶片腐蚀和磨损(见图3)。严重腐蚀和磨损的叶片会大大降低引风机的运行效率。
并且，堵塞的空气预热器增大了烟道阻力，使得流过引风机的烟气流量明显偏小，而引风机全压严重偏大(见表5)，这使原本已处在低效率区运行的引风机耗功增加，运行经济性恶化。由设计数据和实测运行数据(见表1、表5)可知：
引风机的设计风压为4.274 kPa，满负荷时1#引风机的实际运行风压为4.83 kPa，烟气流量一定的情况下，分压偏高会造成引风机耗功增加，增加功率的计算公式为：
式(2)中，∆N为耗功率增加值，kW;
为烟气密度，kg/m3，取0.92 kg/m3(由表4选取);G为烟气流量，m3/s;∆H为引风机全压的增加值，kPa。
计算得出，由于空预器堵塞导致烟气流动阻力过大，致使1#引风机满负荷运行时消耗的功率增加179.204 kW， 2#引风机满负荷运行时消耗的功率增加186.155 kW。
经过调查后统计得出，加装烟气脱硝(SCR)系统的国内同级别机组在相似工况下的引风机满负荷时的风压运行在3.5 kPa~4.3 kPa之间。取平均值3.9 kPa作为国内同级别机组相似工况下的引风机全压进行计算，由公式(2)，计算得出，王曲电厂1#引风机比国内同级别相似工况下引风机多耗功率302.669 kW，王曲电厂2#引风机比国内同级别相似工况下引风机多耗功率314.452 kW。能耗对比见表6。
表6 引风机实际运行数据与设计值 同级别机组的对比
项别全压值
kPa全压差值∆H
kPa多耗功率∆N
kW
设计值4.2741#引风机0.5301#引风机179.204
2#引风机0.5562#引风机186.155
同级别机组平均值3.901#引风机0.9041#引风机302.669
2#引风机0.932#引风机314.452
排版时，去掉第一个格子中的斜线。
由表5可知，实际运行1#引风机风压为4.804 kPa，2#引风机风压为4.830 kPa。
3 结语
结合现场运行数据，研究分析脱硝(SCR)系统NH4逃逸对引风机运行的影响，得出如下结论：
a) NH4逃逸产生的NH4HSO4具有很强的腐蚀性和粘附性，会造成脱硝反应器下游空气预热器堵塞和引风机通流部分异常，影响空预器、引风机及整个机组的安全和经济运行;
b) NH4HSO4引起引风机叶片腐蚀、磨损，导致引风机运行效率降低、风量降低，叠加烟风系统阻力的异常增加，造成加重引风机失速现象的产生。与正常运行状况相比，引风机运行效率降低6%～10%;
c) NH4HSO4引起空气预热器堵塞，增大烟道阻力，使得引风机烟气流量明显偏小、运行全压严重偏大，加上引风机效率降低，造成引风机功率增加约300 kW。
参考文献：
[1] 朱林,吴碧君,段玖祥,等.SCR烟气脱硝催化剂生产与应用现状[J].中国电力,2009,42(8):61-64.
[2] 曹志勇,谭城军,李建中,等.燃煤锅炉SCR烟气脱硝系统喷氨优化调整试验[J].中国电力,2011,44(11):55-58.
[3] 安连锁.泵与风机[M].第四版.北京:中国电力出版社,2008.
[4] 连潮生.引风机运行中发生失速的原因及预防措施[J].水利电力机械,2006,28(6):60-61.
原标题：烟气脱硝系统NH4逃逸对引风机运行的影响
