燃煤電廠氨逃逸對(duì)電袋復(fù)合除塵器運(yùn)行影響分析及預(yù)防

引言

近年來(lái),盡管我國(guó)大力開(kāi)展新能源建設(shè),但在目前以及未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi),火力發(fā)電裝機(jī)容量將依然占據(jù)我國(guó)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(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),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(shí)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(hào)）文件要求,燃煤電廠煙氣污染物中N0_X≤50mg/m³（標(biāo)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(jiǎn)稱SCR,是我國(guó)燃煤電廠應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。綜合經(jīng)濟(jì)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?zé)峤馓峁?。在催化劑的作用?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(huì)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(lái)提高脫硝效率,因此隨著脫硝效率的提高,氨逃逸也會(huì)相應(yīng)增加,氨逃逸的副產(chǎn)品硫酸氫銨(ABS）對(duì)后續(xù)除塵設(shè)備的運(yùn)行效能會(huì)產(chǎn)生許多負(fù)面的影響。

1硫酸氫銨的生成機(jī)理

在脫硝過(guò)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(gè)過(guò)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(diǎn)為350℃,而SCR催化劑最佳的反應(yīng)溫度在340～380℃,可見(jiàn)在副反應(yīng)發(fā)生時(shí),生成的硫酸氫銨主要為氣相,其在溫度降低時(shí)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(shí)間內(nèi)可以通過(guò)增加鍋爐負(fù)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(duì)電袋復(fù)合除塵器的影響

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),由于脫硝無(wú)法完全反應(yīng),氨逃逸是無(wú)法避免的,有研究表明,氨逃逸率不大于2.28mg/m³(3ppm）時(shí),對(duì)脫硝后煙道設(shè)備影響較小。而且由于硫酸氫銨具有強(qiáng)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(shí)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(guò)濾。

但是,過(guò)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(dá)除塵器后溫度降至100℃左右,此時(shí)硫酸氫氨已經(jīng)從氣態(tài)充分凝結(jié),大量硫酸氫銨對(duì)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(shí)際運(yùn)行故障為例進(jìn)行說(shuō)明。據(jù)反饋,該機(jī)組投運(yùn)后其電袋復(fù)合除塵器在運(yùn)行一段時(shí)間后阻力居高不下,設(shè)計(jì)運(yùn)行阻力為不大于1200Pa,實(shí)際運(yùn)行阻力為1600Pa左右,后期逐漸上升,最高達(dá)到了4300Pa。運(yùn)營(yíng)方利用機(jī)組檢修的機(jī)會(huì),對(duì)除塵器內(nèi)部進(jìn)行檢修,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部大量積灰,且不易清理。在電場(chǎng)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(yán)重,且呈球狀(圖3）。

結(jié)合該機(jī)組運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)脫硝噴氨裝置多個(gè)噴嘴脫落,氨逃逸檢測(cè)裝置故障,判斷可能是氨逃逸過(guò)量導(dǎo)致的積灰。運(yùn)營(yíng)方對(duì)積灰NH₄⁺、SO₄^2-含量進(jìn)行分析,結(jié)果如表2所示。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn),氨含量超過(guò)1mg/g時(shí)即除塵器已發(fā)生較嚴(yán)重堵塞,無(wú)法有效清灰,由此可見(jiàn),該機(jī)組氨逃逸現(xiàn)象特別嚴(yán)重。

      硫酸氫銨呈酸性 ,將積灰少量置于玻璃皿中 ,用水完 全潤(rùn)濕 ,用pH計(jì)檢測(cè)酸堿度 ,取樣的粉塵呈酸性 ,pH值為 5.43 。 由以上信息可以進(jìn)一步證實(shí)積灰是由硫酸氫銨含量過(guò)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(duì)粉塵荷電 ,使荷電粉塵在電場(chǎng)區(qū)中被陽(yáng)極板收集 ,針刺線肥大會(huì)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(yáng)極積灰過(guò)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(shí) , 因?yàn)榱蛩釟滗@呈酸性 ,對(duì)針刺線有腐蝕作用 ,過(guò)量硫酸氫銨粉塵長(zhǎng)期包裹針刺線 ,會(huì)使針尖鈍化 ,對(duì)陰極放電產(chǎn)生不可逆 的負(fù)面影響。

電區(qū)除塵效率降低 , 必將造成布袋區(qū)除塵負(fù)荷的增加 ,具有強(qiáng)黏性的粉塵大量附著在濾袋上 ,造成清灰困難 , 這是運(yùn)行阻力大幅上升的直接原因。長(zhǎng)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(guò)濾風(fēng)速增大 ,超出設(shè)計(jì)允許值 ,可能造成破袋 ,使濾袋失效 ,排放超標(biāo)。圖4所示為對(duì)該電袋復(fù)合除塵器濾袋的電鏡分析 ,可見(jiàn)其纖維層中存在大量板結(jié)粉塵。

進(jìn)一步對(duì)濾袋進(jìn)行透氣性分析（表3）, 由結(jié)果可見(jiàn) ,積灰是濾袋過(guò)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(guò)量硫酸氫銨不但對(duì)電袋復(fù)合除塵器的電區(qū)、袋區(qū)的運(yùn)行有負(fù)面影響,對(duì)排灰也會(huì)造成阻礙。粉塵中含硫酸氫銨將造成收集的粉塵流動(dòng)性變差甚至板結(jié),導(dǎo)致輸灰不暢甚至堵塞,若達(dá)到儲(chǔ)灰安全極限,對(duì)除塵器形成結(jié)構(gòu)性安全威脅,將迫使機(jī)組停運(yùn),造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,這在機(jī)組運(yùn)行中屬于重大的安全隱患。因此,重視脫硝氨逃逸監(jiān)測(cè),對(duì)保障整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(shì),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(jī)組應(yīng)當(dāng)更加重視。硫酸氫銨積灰的一大特點(diǎn)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(shí)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(yán)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(cè),避免氨逃逸超標(biāo),可以減少電袋復(fù)合除塵器運(yùn)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(yùn)行、檢修、技術(shù)改造以及運(yùn)行參數(shù)調(diào)整的角度預(yù)防氨逃逸對(duì)電袋復(fù)合除塵器的影響。

（1）加強(qiáng)脫硝氨逃逸的監(jiān)測(cè),若運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)NoC排放升高,應(yīng)當(dāng)及時(shí)準(zhǔn)確判斷原因,不能簡(jiǎn)單增加氨的噴入量 , 因?yàn)檫@可能是催化劑失效等原因造成 的 ,此時(shí)增大噴氨量 ,可能造成大量氨逃逸 ,進(jìn)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(dāng) 及時(shí)檢查噴氨裝置是否發(fā)生泄漏 ,監(jiān)測(cè)裝置是否運(yùn)行正常。

(2）加強(qiáng)對(duì)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(yáng)極板是否有積灰 ,運(yùn)行阻力 是否正常等 ,若出現(xiàn)積灰、糊袋等現(xiàn)象 ,應(yīng)當(dāng)及時(shí)分析原因 并解決 ,必要時(shí)可以暫時(shí)關(guān)閉低溫省煤器 , 以提高煙溫 。

(3）利用CFD(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）模擬噴氨流場(chǎng) , 合理 布置噴氨點(diǎn) , 以提高氨利用率 。 對(duì)電袋復(fù)合除塵器采用增 強(qiáng)型振打裝置、噴吹裝置 ,加強(qiáng)清灰力度:增設(shè)陰極吊點(diǎn)熱 風(fēng)吹掃裝置 , 防止硫酸氫銨粉塵進(jìn)入吊點(diǎn)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(yáng)極振打周期 、布袋噴 吹清灰周期 , 防止粉塵長(zhǎng)時(shí)間聚集。

4 結(jié)語(yǔ)

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