為適應越來越嚴格的排放要求，火電機組紛紛進行脫硝改造，其中，催化還原脫硝的SCR裝置，以其成熟的技術工藝和穩定的脫硝效率，在國內得到廣泛應用，在關注脫硝效率的同時，SCR脫硝裝置對鍋爐系統的經濟性和安全性方面的影響也應引起重視。

機組概況

大唐信陽華豫發電有限責任公司二期2×660MW超超臨界燃煤發電#3、#4機組分別于2009年3月、10月投產。鍋爐是由某鍋爐(集團)股份有限公司生產的DG2000/26.15-II2型一次中間再熱，超超臨界參數變壓運行，帶內置式啟動旁路系統的本生直流鍋爐。形式為單爐膛、尾部雙煙道結構、前后墻對沖燃燒方式。鍋爐采用中速磨煤機一次風正壓直吹式系統，每臺爐配6臺中速磨煤機。B-MCR工況燃燒設計煤種時，5運1備，煤粉細度R90=16%，煤粉均勻性系數為1.05。每臺磨煤機為一層6臺燃燒器供應氣粉混合物。鍋爐前、后墻各布置3層DBC-OPCC-Ⅰ型燃燒器，每層6只，共計36只燃燒器(后墻最下層F層為小油槍燃燒器)。每臺爐各安裝兩臺三分倉容克式空氣預熱器，后期安裝SCR脫硝裝置，脫硝裝置采用尿素熱解產生氨氣制備還原劑，選擇性催化還原法(SCR)的煙氣脫銷工藝，將氨(NH3)作為還原劑噴入煙氣中，使還原劑與煙氣中的NOx發生還原反應，生成無害的氮氣(N2)和水(H2O)，從而達到脫除氮氧化物的目的，每臺脫硝裝置的煙氣處理能力為相應鍋爐ECR工況時的100%煙氣量，脫硝裝置入口NOx含量≤450mg/Nm3時，保證脫硝效率≥80%;NOx排放濃度不超過100mg/Nm3，能嚴格滿足環保排放標準，但SCR脫硝裝置安裝后對鍋爐安全經濟運行產生了較大的影響。

SCR法脫硝對超超臨界鍋爐運行的影響

煙道阻力的影響

SCR裝置安裝后增加了鍋爐煙氣系統的阻力。阻力的增大是與無SCR裝置時燃燒系統的最大區別。增加的阻力一般分為增加的煙道阻力、SCR反應器內的阻力和空氣預熱器增加的阻力三部分。本廠超超臨界鍋爐增設SCR裝置以后，SCR反應器的阻力為500Pa左右，空氣預熱器增加阻力為200Pa左右。而整個鍋爐煙風系統的阻力為2000～3000Pa(BMCR工況，330～660MW)。可見，SCR裝置對鍋爐的煙道阻力特性會有很大影響，同時，SCR內的催化劑和空氣預熱器的積灰加重了這一影響。

鍋爐SCR裝置內催化劑為蜂窩形，孔徑為7mm，很容易形成積灰堵塞，SCR裝置隨著運行時間的增長，壓損越來越大。噴氨裝置噴入的NH3在與NOx反應后，殘余的NH3將與SO3和水蒸氣反應生成粘結性強、腐蝕性強的化合物硫酸氫氨(NH4HSO4)。反應方程式如下：

NH3+SO3+H2O—NH4HSO4

硫酸氫氨會附著在飛灰表面，在空氣預熱器的高溫段和低溫段表面沉積，使空預器換熱元件臟污堵塞，進一步增加煙道的阻力。本廠兩臺超超臨界鍋爐在SCR裝置投運半年后空氣預熱器阻力差壓均較剛投入時增加30%，約500Pa左右，導致鍋爐系統容易出現更大的壓力波動。見下圖所示。


上圖中，橫坐標為鍋爐的負荷，縱坐標為鍋爐煙道的阻力。曲線1為未加裝SCR裝置的鍋爐阻力特性曲線。若某一時刻鍋爐從工況A調節到工況B，工作點就從a1調整到b1，則壓力調節幅度為△P1。曲線2為加裝SCR裝置后鍋爐阻力特性曲線，由原來的曲線l疊加上加裝SCR所增加的阻力得到。此時若同樣從工況A調節到工況B，工作點從a2調整到b2.則壓力調節幅度為△P2。曲線3為曲線1向上平移的曲線。從圖中可看出安裝SCR裝置比未安裝SCR裝置多出(△P2一△P1)的壓力波動。風機的壓力調節幅度有很大增加，鍋爐系統更容易出現壓力波動。

鍋爐系統較大的壓力波動將影響爐膛的穩定燃燒、燃燒的經濟性，甚至會增大爐膛內爆的可能性。同時引風機壓頭將會有很大提高.不利于鍋爐的安全穩定運行。

對鍋爐熱效率的影響

安裝SCR脫硝裝置后降低了鍋爐熱效率。SCR脫硝裝置安裝了反應器及其連接煙道，使煙道加長增大了鍋爐的散熱面積，從而使鍋爐的散熱損失增大，煙氣通過超超臨界鍋爐脫硝系統后煙溫降低了5℃左右，對鍋爐效率將會產生一定影響。

空預器換熱元件堵塞使空預器排煙溫度升高。氨氣和三氧化硫反應生成硫酸氫氨。硫酸氫氨在溫度180～200℃的環境中呈“鼻涕”狀的黏性物，因此，在空預器高溫段和低溫段，煙氣中的灰塵在該處和硫酸氫氨一塊極易粘附于空預器換熱面上，使空預器換熱元件臟污，降低空預器的換熱效果，從而使排煙溫度升高，鍋爐效率降低。

空預器漏風率增大。本廠超超臨界鍋爐煙氣通過SCR裝置后壓降增加了500Pa左右，因安裝SCR裝置后空預器堵塞，煙氣通過空預器增加阻力500Pa左右，整個煙氣側阻力增加了1kPa左右，為了使爐膛內部壓力平衡，引風機的出力將增加，從而導致空預器內部煙氣壓力降低，空預器風側和煙氣側壓差增大，導致空預器漏風率增加，鍋爐效率降低。

對空預器的影響

相對來說，SCR脫硝裝置對空預器的影響更為突出。主要原因是硫酸氫氨的腐蝕性和粘結性。硫酸氫氨和灰塵一起粘附在空預器的換熱元件上，不僅降低換熱效果，還將會在空預器的低溫段產生低溫腐蝕，同時造成空預器的積灰。本廠SCR脫硝裝置氨逃逸率設計為≤2.5mg/Nm3，逃逸率超過設計值時將會造成大量的硫酸氫氨生成，致使空預器嚴重堵塞，這將造成吸風機電耗增加，一次風機母管壓力波動大等情況。

另外，鍋爐排放的煙氣中含有一定量的水分，同時氨氣和NOx反應產物為氮氣和水，燃用高硫煤時，煙氣中SO3含量較高，只要煙氣中有0.005%的SO3，煙氣的露點即可提高到150℃以上，此時空預器的低溫段就可能有硫酸溶液凝結在換熱元件上，造成空預器的低溫腐蝕。

SCR脫硝系統在運行過程中，催化劑和空預器堵塞是在所難免，防止催化劑和空預器堵塞應采取以下措施：一是加強省煤器輸灰系統綜合治理，省煤器疏灰系統不能正常工作，將會使大量的灰塵帶入脫硝上層催化劑，即便加強脫硝系統吹灰仍不能避免蜂窩狀催化劑的堵塞。二是加強SCR反應器區域和空預器的吹灰，尤其應加強空預器低溫段的吹灰，當發現空預器進、出口差壓增大時應及時減少噴氨量，增加空預器低溫段的吹灰次數。用于脫硝裝置的吹灰器有聲波和蒸汽吹灰兩種方式，聲波吹灰器在灰量較小時效果較為明顯，并能對徹底吹除邊角的積灰。但灰量較大時蒸汽吹灰器能起到很好的作用。當在投入蒸汽吹灰時，一定要充分疏水，否則會造成灰塵結塊堵塞催化劑或對催化劑造成水蝕，影響催化劑的使用壽命。三是控制氨逃逸率，嚴格控制氨的噴入量，防止氨氣過量而造成氨逃逸，正常情況下應控制氨逃逸率不超過3ppm。四是控制機組負荷，提高負荷可以使排煙溫度得到適當的上升，另外冬天應及時投運二次風暖風器以提高排煙溫度，可有效降低空預器低溫區露點溫度以下腐蝕情況的程度。五是啟動和運行中加強對燃油控制，優化制粉系統的啟動條件，盡量使用熱值高、揮發份較高的煤種，同時提高一二次風溫，以減少啟動初期大量不完全燃燒產物的生成，從而抑止空預器堵灰的發生。六是降低入爐煤硫份，控制入爐煤硫份盡量在鍋爐設計值以下，降低煙氣酸露點溫度，減少NH4HSO4生成，減少空預器的腐蝕及堵塞。

?對低負荷穩定燃燒的影響

SCR裝置對鍋爐系統的影響在低負荷時表現尤為明顯，會在很大程度上影響鍋爐的穩定燃燒。鍋爐壓力波動如上圖所示，增設SCR裝置后，當出現鍋爐負荷變動等情況時，風機將產生比未安裝SCR裝置多(△P2一△P1)的壓力波動。而且隨著鍋爐運行時間的增加，硫酸氫氨和灰塵粘附在空預器上導致空預器堵塞，引起空預器阻力逐漸增大，這將增大爐膛壓力調整的要求，使爐膛更容易出現壓力的波動。

低負荷時.爐膛平均煙溫降低.燃燒器區域的煙溫也降低，對煤粉氣流的著火不利，不易維持穩定的燃燒。在額定負荷下某一大小的擾動不致破壞燃燒過程，但在低負荷時則可能導致熄火。增設SCR裝置后鍋爐壓力波動的增大將使鍋爐在低負荷或煤質較差等惡劣的燃燒條件下，更容易出現燃燒的不穩定，甚至引起熄火。本廠#4鍋爐增設SCR裝置連續運行一年時，在50%負荷工況下爐膛負壓波動增大至±400Pa，鍋爐燃燒不穩，需對空預器進行連續吹灰可降低負壓波動范圍在±250Pa。

對鍋爐內爆的影響

鍋爐內爆是指當平衡通風鍋爐由于主燃料跳閘或者風機誤操作后，使得爐膛負壓非正常增大，致使爐膛或者煙道系統由外向內的壓差驟增而產生壓塌的事故現象。鍋爐內爆的原因主要有兩點：一是調節鍋爐氣體流量的設備(送風機、一次風機、引風機)誤動作，導致爐膛承受過大的引風壓頭。二是因燃料輸入快速減少或鍋爐MFT。此時爐膛溫度急劇下降，由理想氣體公式PV=nRT，爐膛容積V不變，溫度的下降將會導致壓力的急劇下降，形成爐內的瞬間高負壓。

裝設SCR系統的鍋爐因為管路阻力增大，采用大容量的引風機，使鍋爐處在引風機高壓頭下，容易產生很高的負壓。尤其是在負荷調節時，風機的動作幅度更大，誤操作時會使爐膛出現更大的負壓，增大內爆的可能性。本廠#3鍋爐裝設SCR系統后，在一次滅火時因為鍋爐內爆導致電除塵內部及出口喇叭嚴重損壞，原因是空預器堵塞差壓增大，導致機組高負荷運行時，引風機入口負壓一直保持較高負壓，當時引風機入口負壓在-6000Pa以上(引風機入口煙道設計壓力為±5800Pa)，此時遇到爐膛滅火，爐膛內負壓急劇下降，在爐膛負壓和引風機入口負壓的疊加之下，引風機入口段煙道承受負壓遠大于設計瞬爆壓力值，造成煙道薄弱之處承受力過大損壞，電除塵出口的槽板、框架、極板、極線受到嚴重的撞擊，遭受嚴重破壞。

因此，今后鍋爐在設計或增設SCR裝置時要充分考慮加裝SCR對內爆的影響：一是要增大爐膛及煙道支撐結構的強度，使其有充分的裕度，避免內爆的破壞性影響。二是完善引風機入口負壓的監控和保護：引風機入口的負壓是產生爐膛內負壓的源動力，是風道系統中負壓最大的地方，加強對此位置的監控，掌握系統中負壓的變化情況，可有效跟蹤煙風道系統中的運行情況。可增加引風機入口煙氣壓力測點，并根據引風機入口負壓值增設報警提醒運行人員及增設閉鎖引風機加負荷的保護，當鍋爐MFT后，引風機入口負壓達到危險值時，可增設聯跳引風機的保護。三是優化鍋爐MFT后爐膛壓力控制策略：增加MFT后引風機超馳動作條件，及修改MFT后爐膛壓力低三值聯跳引風機的定值。四是在運行中應注意風機的運行，并盡量避免出現燃料的快速切斷。如爐膛壓力急劇下降，應迅速關小引風機，增加送風機的送風量，減小爐膛內的負壓，避免出現“內爆”現象造成爐內設備的損壞。五是由于引風機在鍋爐的負荷調節中對內爆的引發起著關鍵性作用，在選用風機時需特別注意，要選用合適的風機，使其高效區處于鍋爐的正常負荷區間，要有足夠高的揚程，以滿足增加的阻力的要求，同時盡量使運行點遠離喘振區。

SCR的加裝，不可避免地會對鍋爐系統帶來一些負面的影響，如鍋爐的經濟性下降，安全性降低等。在鍋爐脫硝裝置設計時，應充分考慮該裝置對鍋爐運行的影響，使其達到安全設計的規范，并使經濟性盡可能的少降低。