引言

近年來,盡管我國大力開展新能源建設(shè),但在目前以及未來相當長的一段時間內(nèi),火力發(fā)電裝機容量將依然占據(jù)我國電力供應(yīng)的主導(dǎo)地位。燃煤電廠產(chǎn)生了大量的粉塵、S0₂、N0_X、汞及化合物等污染,為控制煙氣排放達到國家標準,煙氣治理中采用了一系列的收塵措施。以氮氧化合物（N0_X）為例,根據(jù)《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》(環(huán)發(fā)(2015)164號）文件要求,燃煤電廠煙氣污染物中N0_X≤50mg/m³（標干態(tài),6%0₂）,脫硝效率需要調(diào)高至90%以上,目前采用的選擇性催化還原法,簡稱SCR,是我國燃煤電廠應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。綜合經(jīng)濟效益的考量,SCR反應(yīng)器通常采用高灰型布置方式(流程如圖1所示）,NH₃是SCR脫硝技術(shù)的還原劑,通常由液氨或者尿素熱解提供。在催化劑的作用下,將燃煤煙氣中的N0_X還原成N₂和H₂0:另外,煙氣中的部分S0₂也會被氧化成S0₃。

燃煤電廠通常采用增加催化劑層數(shù)以及加大噴氨量的方式來提高脫硝效率,因此隨著脫硝效率的提高,氨逃逸也會相應(yīng)增加,氨逃逸的副產(chǎn)品硫酸氫銨(ABS）對后續(xù)除塵設(shè)備的運行效能會產(chǎn)生許多負面的影響。

1硫酸氫銨的生成機理

在脫硝過程中,sCR在催化劑作用下的化學(xué)反應(yīng)方程式主要有:

在這個過程中,部分S0₂被氧化成S0₃,因此,還可能發(fā)生如下副反應(yīng):

有研究表明,硫酸氫銨的生成溫度為190～240℃,根據(jù)硫酸氫銨的物理特性(表1）,硫酸氫銨的沸點為350℃,而SCR催化劑最佳的反應(yīng)溫度在340～380℃,可見在副反應(yīng)發(fā)生時,生成的硫酸氫銨主要為氣相,其在溫度降低時凝結(jié)。在具體的工程應(yīng)用中,若發(fā)現(xiàn)催化劑失活,短時間內(nèi)可以通過增加鍋爐負荷,提高煙溫使硫酸氫銨氣化,從而讓催化劑恢復(fù)活性。

2氨逃逸對電袋復(fù)合除塵器的影響

根據(jù)工程經(jīng)驗,由于脫硝無法完全反應(yīng),氨逃逸是無法避免的,有研究表明,氨逃逸率不大于2.28mg/m³(3ppm）時,對脫硝后煙道設(shè)備影響較小。而且由于硫酸氫銨具有強黏性(表1）,煙氣中有少量硫酸氫銨附著在粉塵上可以降低粉塵的比電阻,使粉塵在除塵器電區(qū)中更易被荷電收集,同時硫酸氫銨還可以粘聚粉塵,改變粉塵粒徑,在布袋區(qū)使粉塵更容易被攔截過濾。

但是,過量的氨逃逸將導(dǎo)致大量的硫酸氫銨生成,煙氣流經(jīng)空預(yù)器、低溫省煤器到達除塵器后溫度降至100℃左右,此時硫酸氫氨已經(jīng)從氣態(tài)充分凝結(jié),大量硫酸氫銨對電袋復(fù)合除塵器的除塵效率有較大的不利影響。

下面以包頭某煤化工熱電站鍋爐配套電袋復(fù)合除塵器實際運行故障為例進行說明。據(jù)反饋,該機組投運后其電袋復(fù)合除塵器在運行一段時間后阻力居高不下,設(shè)計運行阻力為不大于1200Pa,實際運行阻力為1600Pa左右,后期逐漸上升,最高達到了4300Pa。運營方利用機組檢修的機會,對除塵器內(nèi)部進行檢修,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部大量積灰,且不易清理。在電場區(qū)可以看到陰極線被積灰包裹,針刺肥大(圖2）:布袋區(qū)濾袋積灰嚴重,且呈球狀(圖3）。

結(jié)合該機組運行期間發(fā)現(xiàn)脫硝噴氨裝置多個噴嘴脫落,氨逃逸檢測裝置故障,判斷可能是氨逃逸過量導(dǎo)致的積灰。運營方對積灰NH₄⁺、SO₄^2-含量進行分析,結(jié)果如表2所示。

根據(jù)經(jīng)驗,氨含量超過1mg/g時即除塵器已發(fā)生較嚴重堵塞,無法有效清灰,由此可見,該機組氨逃逸現(xiàn)象特別嚴重。

      硫酸氫銨呈酸性 ,將積灰少量置于玻璃皿中 ,用水完 全潤濕 ,用pH計檢測酸堿度 ,取樣的粉塵呈酸性 ,pH值為 5.43 。 由以上信息可以進一步證實積灰是由硫酸氫銨含量過高造成的。

電袋復(fù)合除塵器電區(qū)除塵是利用陰極針刺線尖端放電的原理對粉塵荷電 ,使荷電粉塵在電場區(qū)中被陽極板收集 ,針刺線肥大會造成導(dǎo)電體的曲率半徑增大 , 電荷密度下降  ,表現(xiàn)為二次電流降低 ,若陰陽極積灰過多 ,甚至?xí)霈F(xiàn)反電暈現(xiàn)象 ,使電區(qū)除塵效率大幅降低。同時 , 因為硫酸氫銨呈酸性 ,對針刺線有腐蝕作用 ,過量硫酸氫銨粉塵長期包裹針刺線 ,會使針尖鈍化 ,對陰極放電產(chǎn)生不可逆 的負面影響。

電區(qū)除塵效率降低 , 必將造成布袋區(qū)除塵負荷的增加 ,具有強黏性的粉塵大量附著在濾袋上 ,造成清灰困難 , 這是運行阻力大幅上升的直接原因。長期清灰困難將使黏 性粉塵滲入濾袋內(nèi)部 ,造成濾袋不可逆堵塞。濾袋堵塞 , 引起過濾風速增大 ,超出設(shè)計允許值 ,可能造成破袋 ,使濾袋失效 ,排放超標。圖4所示為對該電袋復(fù)合除塵器濾袋的電鏡分析 ,可見其纖維層中存在大量板結(jié)粉塵。

進一步對濾袋進行透氣性分析（表3）, 由結(jié)果可見 ,積灰是濾袋過濾效率下降 ,設(shè)備阻力上升的主要原因。

氨逃逸產(chǎn)生的過量硫酸氫銨不但對電袋復(fù)合除塵器的電區(qū)、袋區(qū)的運行有負面影響,對排灰也會造成阻礙。粉塵中含硫酸氫銨將造成收集的粉塵流動性變差甚至板結(jié),導(dǎo)致輸灰不暢甚至堵塞,若達到儲灰安全極限,對除塵器形成結(jié)構(gòu)性安全威脅,將迫使機組停運,造成巨大的經(jīng)濟損失,這在機組運行中屬于重大的安全隱患。因此,重視脫硝氨逃逸監(jiān)測,對保障整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著重要的意義。

電袋復(fù)合除塵器相比電除塵器,在除塵效率以及適用范圍等方面有顯著的優(yōu)勢,但在防范氨逃逸引起的設(shè)備異常方面,電袋復(fù)合除塵器應(yīng)用機組應(yīng)當更加重視。硫酸氫銨積灰的一大特點是附著穩(wěn)固,清理困難,但利用硫酸氫銨溶于水的特性,可以采用水洗方法在停爐檢修時清理電除塵器。顯然,這一方法不適用于電袋復(fù)合除塵器,若出現(xiàn)嚴重的糊袋異常,目前只能采用更新濾袋的方式恢復(fù)設(shè)備性能,因此重視氨逃逸監(jiān)測,避免氨逃逸超標,可以減少電袋復(fù)合除塵器運維的成本。

3故障預(yù)防措施

根據(jù)故障產(chǎn)生的原因,可以從運行、檢修、技術(shù)改造以及運行參數(shù)調(diào)整的角度預(yù)防氨逃逸對電袋復(fù)合除塵器的影響。

（1）加強脫硝氨逃逸的監(jiān)測,若運行中發(fā)現(xiàn)NoC排放升高,應(yīng)當及時準確判斷原因,不能簡單增加氨的噴入量 , 因為這可能是催化劑失效等原因造成 的 ,此時增大噴氨量 ,可能造成大量氨逃逸 ,進一步加劇催 化劑失效 , 引起惡性循環(huán) 。另外 ,若發(fā)現(xiàn)耗氨量增加 ,應(yīng)當 及時檢查噴氨裝置是否發(fā)生泄漏 ,監(jiān)測裝置是否運行正常。

(2）加強對電袋復(fù)合除塵器的日常檢修 ,做到"逢停必 檢 ,有損必修" ,檢查陰極線、陽極板是否有積灰 ,運行阻力 是否正常等 ,若出現(xiàn)積灰、糊袋等現(xiàn)象 ,應(yīng)當及時分析原因 并解決 ,必要時可以暫時關(guān)閉低溫省煤器 , 以提高煙溫 。

(3）利用CFD(計算流體動力學(xué)）模擬噴氨流場 , 合理 布置噴氨點 , 以提高氨利用率 。 對電袋復(fù)合除塵器采用增 強型振打裝置、噴吹裝置 ,加強清灰力度:增設(shè)陰極吊點熱 風吹掃裝置 , 防止硫酸氫銨粉塵進入吊點位置 ,杜絕絕緣 瓷瓶短路。

(4）調(diào)整電袋復(fù)合除塵器的陰陽極振打周期 、布袋噴 吹清灰周期 , 防止粉塵長時間聚集。

4 結(jié)語

在燃煤電廠投運過程中 ,要重視脫硝系統(tǒng)噴氨量的控制與監(jiān)測 。 本文通過對實例的分析 ,列舉了氨逃逸對電袋復(fù)合除塵器運行的影響 ,也對此從運行、檢修、技術(shù)改造以及運行參數(shù)調(diào)整的角度提出了若干建議 ,可以為其他同類型設(shè)備的運維提供參考。