摘 要：随着我国治理环境的力度逐渐增大，燃煤电厂锅炉的污染物排放必须达标。对于锅炉燃烧产生的氮氧化物(NOX)，多数电厂采用SCR方法脱除，SCR是选择性催化还原脱硝方法，在SCR化学反应结束后，反应过剩的还原剂NH3会在空预器中和三氧化硫(SO3)以及氮氧化物(NOX)反应生成硫酸氰胺(NH4HSO4)。硫酸氰胺在一定环境下，是一种非常粘稠的物质，极易堵塞空预器，影响设备的安全运行。邯峰电厂在实际运行中，通过摸索和控制空预器沉积系数，有效治理了空预器的堵塞。
邯峰电厂两台锅炉均为660MW亚临界燃煤锅炉，采用W型火焰方式，燃烧无烟煤与贫煤的混煤。到2015年6月为止，两台锅炉均实现环保超低排放，低氮燃烧器和SCR系统均投入运行。两炉燃烧生成NOX量由低氮改造前的最高2000 mg/Nm3下降到目前最高1200mg/Nm3左右，但是按照河北环保厅对燃煤电厂规定的超低排放标准，锅炉排放NOX含量不超50 mg/Nm3。在这个排放标准下，锅炉SCR系统出口的氨逃逸率很难控制到较低水平，逃逸氨会和烟气中的SO3以及部分水分共同反应生成硫酸氰胺(NH4HSO4)，所以我厂两台锅炉都严重面临空预器硫酸氰胺堵塞的风险。为了有效控制空预器压差在正常范围，防止空预器被硫酸氰胺堵塞，保证机组长周期安全运行，我厂创新应用空预器粘灰沉积系数，借以量化空预器堵塞风险和治理空预器堵塞，进而保证空预器安全运行。
1、空预器粘灰沉积系数计算
引起空预器堵塞的根本原因是硫酸氰胺的存在，尤其是硫酸氰胺以液态形式存在，要控制空预器压差在正常范围，一方面是控制硫酸氰胺的生成量，另一方面要尽量避免硫酸氰胺以液态形式存在。一般情况下，硫酸氰胺的露点为147℃，在低于露点温度的环境中其以液态形式在物体表面聚集或以液滴形式分散于烟气中。而空预器冷端的综合温度很容易引起硫酸氰胺的凝结甚至聚集。同时，运行经验和热力学分析都表明，硫酸氰胺的形成主要取决于反应物的浓度，反应物浓度越高，越容易生成硫酸氰胺。
硫酸氰胺反应生成的公式为：NH3+ SO3+H2O= NH4HSO4，可见无论是NH3的存在还是SO3的存在，以及他们的含量变化都会影响硫酸氰胺的生成。通过以上分析，结合实际运行经验，可以运用热力学原理估算硫酸氰胺的形成，并利用所有影响其形成的参数，经过复合乘积得出空预器粘灰沉积系数，最终用该系数来量化空预器的堵塞风险：
粘灰沉积系数Radian数=[NH3] ×[SO3] ×[Tabs-Trep]
式中，[NH3]为烟气中NH3的体积浓度，ppm
[SO3]为烟气中SO3的体积浓度，ppm
Tabs为硫酸氰胺的生成温度，℃
Trep=0.7×Tcold end+0.3×Texit gas， ℃
Tcold end为空预器冷端金属温度，℃
Texit gas为空预器出口烟气温度，℃
2、临界粘灰系数及影响粘灰系数的各参数确定
W火焰锅炉的燃烧过程中NOX生成量很高、喷氨量很大，且SCR系统运行不稳定、测点故障率偏高，同时因W火焰炉垂直烟气流动方向的截面非常宽，对于SCR出口的NOX分布和喷氨格栅无法做到完全均匀，所以锅炉的氨逃逸水平较高，空预器部位形成硫酸氰胺堵塞的风险较大。我们很有必要通过一种科学的控制方法避免空预器严重堵塞。
2.1硫酸氰胺生成温度确定
硫酸氰胺的生成温度与烟气中SO3的含量和NOX含量水平有关，一般烟气中SO3的含量越高，或NOX含量越高，反应生成温度就相对越低它们之间的关系如下图所示：
我厂燃烧生成NOX含量较高，从上图的对应曲线可以看出，我厂两台炉的硫酸氰胺生成温度基本在303-307℃的范围内。
2.2 氨逃逸含量的确定
氨逃逸水平与SCR系统脱硝效率有关，效率越高，说明SCR系统出力越大，机组耗氨量越大，随之氨逃逸率就会增加。而脱硝效率主要受机组负荷影响，机组负荷升高或降低后锅炉燃烧生成的NOX量基本会随之上升或下降，进而影响脱硝效率。经现场实际测量，两炉氨逃逸水平大部分时间在2-4ppm的范围内，基本与机组负荷高低成一定规律。
2.3 SO3含量确定
对于燃煤锅炉，SO3的的产生和转化受到多个系统的影响，包括炉膛和SCR系统，煤种的硫在炉膛内燃烧会生成SO2，SO2进一步与原子(O)反应转化为SO3，同时在锅炉管壁积灰的催化作用下，SO2与O2反应生成SO3，转化效率与煤种硫份、烟气温度，过剩空气系数、管壁积灰的成分(SIO2、AL2O3、NA2O等灰中盐分会加剧SO2向SO3转化的反应)有关，反应主要发生在辐射受热段和对流段，转化率约为0.5%-1.5%(本计算取平均按1%计算)。
同时，SCR系统中使用的是钒基催化剂，能将SO2催化氧化为SO3，转化率取决于V2O5的含量、催化剂壁厚、催化剂形态和烟气温度的有关，温度越高，SO3的转化率越高。SCR系统中SO3的转化率大约为0.5%。
2.4空预器冷端温度Trep确定
负荷越低，排烟温度和空预器冷端金属温度就越低，硫酸氰胺也就越容易生成并堵塞空预器。600MW机组的空预器冷端金属温度的确定：Tcold end= (Texit gas+0.2×T1+0.5×T2)/1.7，式中，T1代表一次风在冷端出口温度;T2代表二次风在冷端出口温度，因我厂的T1和T2无法在线测量，所以，以空预器入口二次风温近似代替式中的(0.2×T1+0.5×T2)部分。正常运行中，我厂两炉最低排烟温度为105℃，空预器入口风温保持在35℃以上。所以两炉空预器冷端金属温度均在(105+35)/1.7=82.35℃以上。
空预器冷端综合温度Trep=0.7×Tcold end+0.3×Texit gas，根据以上计算，其正常是维持在89.1℃以上。
2.5空预器临界粘灰系数确定
临界粘灰系数的意义是，一旦实际运行的空预器粘灰系数长期超过临界值，便会造成空预器堵灰加剧，空预器压差明显上升。2015年9月份，我厂通过控制燃煤硫份、调整二次风温和排烟温度等手段，在每4小时进行一次空预器冷端吹灰的常规频率下，#1炉空预器的压差大约稳定在2.2Kpa左右。在这个状态下，粘灰系统稍微提起(二次风风温或排烟温度一有下降或硫份一经上升)，即会再次引起空预器压差上升，最高上升至3.0Kpa，严重威胁到设备的安全稳定运行。所以我厂临界粘灰系统应以当月的各运行参数确定的粘灰系统作为临界系数。#1炉总出口SO2控制在2100 mg/Nm3，即[SO3]=16ppm，空预器排烟温度最低控制在123℃，二次风温维持在48℃，根据计算临界空预器沉积系数确定为12780。
为了保证空预器运行安全，我厂粘灰系数不应超过12780。
3、空预器沉积系数在我厂的实际应用及仍存在问题
为了很好的解决空预器堵塞问题，我们从2015年开始用空预器沉积系数来表明和量化空预器的危险程度。为了保证空预器沉积系数不超过临界值，我们在实际运行中以SO2含量和空预器入口二次风温以及空预器排烟温度作为变量，进行一定程度的调节，以控制沉积系数不超过临界。大部分时间内，我厂将空预器的粘灰沉积系数维持在12500左右。但是也有部分时候，因设备原因导致二次风温、排烟温度或入炉硫份无法控制在合理范围，造成沉积系数偏高，空预器压差上升，最高曾经到达过3.1Kpa。
硫酸氰胺的漏点温度约为147℃，在这个温度以上，它基本上会气化。所以空预器因硫酸氰胺沉积而造成的堵塞是可逆的，我厂根据这个原理，在确认空预器实际发生堵塞后，通过提高空预器冷端综合温度的办法，大幅降低空预器粘灰沉积系数，可以缓慢降低已经开始上升的压差，最终恢复正常。
通过日常空预器粘灰沉积系数控制和堵塞治理，是能够维持各项压差在正常范围，保证机组安全稳定运行的，但是由于燃煤硫份和逃逸氨的综合作用，低低温省煤器等部分设备还是存在腐蚀加剧的情况，这是接下来我们要攻克的难题。最终要彻底解决堵塞和腐蚀问题，我们还应该在燃烧生成的氮氧化物含量上下功夫。
原标题：邯峰电厂在防治空预器堵塞上的实践
