SCR對空預(yù)器的影響分析課件

1、主要內(nèi)容2022/8/201第1頁，共31頁。一、緒論2022/8/203隨著NOx排放標準火電廠大氣污染物排放標準（GB 13223-2011 ）的頒布，火電廠將執(zhí)行更為嚴格的NOx排放標準，而SCR技術(shù)以高脫硝率、幾乎無二次污染等優(yōu)點，將成為控制NOx排放的主流技術(shù)。在近幾年火電廠進行的脫硝改造中，幾乎都是使用的SCR技術(shù)。隨著SCR脫硝系統(tǒng)的運行，空氣預(yù)熱器的阻力呈現(xiàn)增加的趨勢，部分電廠出現(xiàn)空氣預(yù)熱器嚴重堵塞而不得不停機清洗的問題。客觀的講，當火電廠進行SCR或者SNCR煙氣脫硝改造之后，空氣預(yù)熱器阻力增加的問題是不可避免的，如果電廠運行操作不當是極有可能出現(xiàn)空氣預(yù)熱器嚴重堵塞的問題。本

2、報告從技術(shù)層面上對空氣預(yù)熱器堵塞的機理進行分析，對造成空氣預(yù)熱器堵塞的影響因素逐一進行分析，提供了空氣預(yù)熱器堵塞的判定準則，最后對減輕空氣預(yù)熱器堵塞的方法進行了論述。 第2頁，共31頁。二、空氣預(yù)熱器堵塞的機理2022/8/204在火電廠空氣預(yù)熱器煙氣環(huán)境下，SO3和NH3會發(fā)生以下兩個反應(yīng)生成硫酸銨和硫酸氫銨： 2NH3+SO3+H2O(NH4)2SO4=ammonium sulfate（AS） NH3+ SO3+ H2ONH4HSO4=ammonium bisulfate（ABS）-造成空預(yù)器阻力升高和堵塞 逃逸氨濃度：3ppm（不是平均值） SO3濃度：燃燒和灰中釩氧化物附著在受熱面上催

3、化生成，0.51.5%生成SO3； 催化劑催化生成：催化劑中的活性成分V2O5，SO2 SO3小于1% 。第3頁，共31頁。二、空氣預(yù)熱器堵塞的機理2022/8/205通常硫酸銨呈顆粒狀，顆粒狀硫酸銨不會與煙氣中的飛灰粒子相結(jié)合而造成空氣預(yù)熱器的腐蝕、堵灰等，不會影響空氣預(yù)熱器的換熱和機組的正常運行。但是硫酸氫銨在一定的溫度區(qū)間呈現(xiàn)液態(tài)，會捕捉煙氣中的飛灰，附著在空氣預(yù)熱器的換熱面上，從而造成空氣預(yù)熱器的阻力增加甚至堵塞。在燃燒中高硫煤機組的SCR系統(tǒng)中，通常進入空氣預(yù)熱器的煙氣中SO3的濃度相對于逃逸氨濃度較多。（除非是SCR系統(tǒng)催化劑活性降低之后，逃逸NH3相對于SO3較多）。這種較多的S

4、O3濃度利于硫酸氫銨的生成，容易造成空氣預(yù)熱器的堵塞。同時，國外電廠的運行經(jīng)驗表明，在燃燒中高硫煤機組SCR系統(tǒng)中，如果氨逃逸濃度超過23ppm時，空氣預(yù)熱器將會堵塞。第4頁，共31頁。二、空氣預(yù)熱器堵塞的機理2022/8/206圖1硫酸銨（AS）和硫酸氫銨（ABS）生成區(qū)域與SO3、NH3濃度和溫度的關(guān)系需要指出一點：硫酸氫銨生成的溫度受到SO3和NH3濃度的影響，但此溫度并不代表空預(yù)器發(fā)生堵塞的溫度。415(213)第5頁，共31頁。二、空氣預(yù)熱器堵塞的機理2022/8/207硫酸氫氨在不同的溫度下分別呈現(xiàn)氣態(tài)、液態(tài)、顆粒狀。只有液態(tài)的硫酸氫銨附著在空氣預(yù)熱器受熱面上會捕捉煙氣中的飛灰從而

5、照成空氣預(yù)熱器的堵塞。而空氣預(yù)熱器堵塞的位置與不僅與液態(tài)硫酸氫銨的生成溫度，在很大程度上也與煙氣中的飛灰濃度大小相關(guān)。當煙氣中飛灰濃度較低時（通常是在除塵器之后或是濕法脫硫系統(tǒng)中），發(fā)生硫酸氫銨沉積導(dǎo)致堵塞的區(qū)域的溫度與圖1中硫酸氫銨生成的溫度較為一致；但是當煙氣中飛灰濃度高于4g/Nm3時，空氣預(yù)熱器開始發(fā)生堵塞的溫度區(qū)間為300375（150190）（此研究結(jié)果來自于EPRI，1998）。第6頁，共31頁。二、空氣預(yù)熱器堵塞的機理2022/8/208進入空氣預(yù)熱器的煙氣中含有10ppmSO3和3ppmNH3，根據(jù)圖1可知硫酸氫銨生成的溫度為415（213）。硫酸氫銨污垢開始沉積的溫度為37

6、5（190）可以看出，從離冷端大概40inch（1000mm）的位置開始發(fā)生硫酸氫銨的污垢沉積；而離冷端26inch（660mm）的地方是硫酸氫銨污垢沉積開始溫度與空氣預(yù)熱器受熱元件最高溫度曲線相交的位置，在26inch高度以下的受熱元件的溫度總是低于硫酸氫銨污垢沉積開始的溫度。而在26inch（660mm）40inch（1000mm）之間的受熱元件并不總是處于375（190）以下，所以并不會呈現(xiàn)強烈的堵塞趨勢。圖2 某空預(yù)器ABS區(qū)域與各參數(shù)的關(guān)系圖4個換熱段：300mm, 900mm, 300mm, 300mm第7頁，共31頁。二、空氣預(yù)熱器堵塞的機理2022/8/209隨著對于硫酸氫銨堵

7、塞機理的進一步研究表明：1、硫酸氫銨的沉積主要受到進入空氣預(yù)熱器的煙氣中NH3和SO3濃度、煙氣流速、煙氣溫度和換熱元件表面溫度的影響；2、對燃煤機組，煙氣中飛灰含量較高，硫酸氫氨在146207溫度范圍內(nèi)為液態(tài)，容易捕捉煙氣中的飛灰形成空預(yù)器的堵塞；對于燃油、燃氣機組，煙氣中飛灰含量較低，硫酸氫氨在146232溫度范圍內(nèi)為液態(tài)，容易形成空預(yù)器堵塞；3、硫酸氫銨發(fā)生沉積的溫度區(qū)間一般在空氣預(yù)熱器的中間受熱面。 第8頁，共31頁。三、空氣預(yù)熱器堵塞的判定準則2022/8/2010由于空氣預(yù)熱器的堵塞主要是由于液態(tài)硫酸氫銨的沉積造成，而液態(tài)硫酸氫銨的形成和煙氣中的SO3、NH3、煙氣溫度、空氣預(yù)熱器

8、受熱面溫度等相關(guān)，所以Burke和Johnson在1982年提出了一個能夠預(yù)測空氣預(yù)熱器堵塞嚴重程度的經(jīng)驗公式：第9頁，共31頁。三、空氣預(yù)熱器堵塞的判定準則2022/8/2011沉積系數(shù)（DN）=（NH3）（SO3）（TAbs-Trep）式中：（NH3）為煙氣中NH3的體積濃度，ppm； （SO3）為煙氣中SO3的體積濃度，ppm； TAbs為NH4HSO4的生成溫度，； Trep=0.7Tcold-end+0.3Texit gas，為空預(yù)器出口特征溫度，； Tcold-end為空預(yù)器冷端受熱面溫度，； Texit gas為空預(yù)器出口煙氣溫度，。當DN30000，空氣預(yù)熱器堵塞可能性較大。第

9、10頁，共31頁。三、空氣預(yù)熱器堵塞的判定準則2022/8/2012例如某廠在進行SCR改造后，發(fā)現(xiàn)空預(yù)器差壓增加速度較快，10天內(nèi)空預(yù)器差壓增加的幅度是過去未進行SCR改造10個月內(nèi)差壓增加幅度的兩倍。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該廠近期鍋爐燃燒的是高硫煤，硫份達到4%。經(jīng)計算沉積系數(shù)為22486，屬于中度偏上堵塞的可能性。序號項目數(shù)值單位1逃逸NH3濃度3ppm2SO3濃度54ppm3硫酸氫銨初始形成溫度2244空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度1305空氣預(yù)熱器冷端受熱面溫度66表1某電廠空預(yù)器中煙氣和受熱面參數(shù)表第11頁，共31頁。三、空氣預(yù)熱器堵塞的判定準則2022/8/2013盡管我們可以使用Burke和Jo

10、hnson在1982年提出的沉積系數(shù)計算方法來預(yù)測空氣預(yù)熱器的堵塞情況，但是此公式的精確性有待于進一步的驗證，可以通過對各電廠SCR系統(tǒng)出口煙氣參數(shù)、空預(yù)器換熱器的溫度特性等參數(shù)進行調(diào)研，得出結(jié)論。第12頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2014硫酸氫銨在空氣預(yù)熱器受熱面上的沉積是影響空氣預(yù)熱器堵塞的直接原因。而影響空氣預(yù)熱器堵塞的主要因素有以下兩方面：1、空氣預(yù)熱器中煙氣中NH3和SO3的濃度；2、空氣預(yù)熱器本體結(jié)構(gòu)。第13頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2015一、空氣預(yù)熱器中煙氣中NH3和SO3濃度的影響分析對于SO3 1、煤種的硫份，直

11、接影響燃燒生成的SO3數(shù)量； ；2、煙氣中飛灰的無機成分（主要是釩，會隨飛灰附著在金屬受熱面上對SO2轉(zhuǎn)化為SO3有催化作用） 3、SCR催化劑中釩的含量，同樣對SO2轉(zhuǎn)化為SO3有催化作用。第14頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2016一、空氣預(yù)熱器中煙氣中NH3和SO3濃度的影響分析對于NH3 1、進入催化劑之前NH3/NOx混合均勻性； 2、煙氣溫度，不能過高或過低； 3、SCR催化劑的催化活性。第15頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2017除了以上因素，鍋爐燃料的其它特性也會影響NH3、SO3和ABS的形成。影響最大的因素有：（1）氮

12、、氧和揮發(fā)分（影響NOx的生成）；（2）氯，增加了空氣預(yù)熱器的腐蝕；（3）飛灰中的氧化鈣和氧化鎂，會影響SO3的濃度；（4）釩，主要存在于燃油設(shè)備中，會增加SO2的氧化。由于煤種這些物質(zhì)含量不同，會影響煙氣中的NOx含量，從而需要對SCR系統(tǒng)做出相應(yīng)的調(diào)整，如果運行操作不當?shù)脑捑蜁斐商右莅钡脑黾印?。第16頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2018二、空氣預(yù)熱器本體結(jié)構(gòu)的影響分析1、換熱元件的類型回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的換熱片通常有兩種形式：開式和閉式。第17頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2019二、空氣預(yù)熱器本體結(jié)構(gòu)的影響分析1、換熱元件的類型

13、所有商業(yè)運行的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的換熱元件都是由換熱片按照一定的順序組成供流體通過的通道來傳遞熱量。如圖示出的一種閉式換熱片（型號：Notched Flat 6mm）。閉式換熱片是由一系列凹型金屬片倚靠在平板上構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分隔出很多個獨立的流體通道，氣體從這些通道流過時，相互之間不接觸。第18頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2020二、空氣預(yù)熱器本體結(jié)構(gòu)的影響分析1、換熱元件的類型雙波紋式換熱片（DU）是一種典型的開式換熱元件，如圖4所示。這種換熱元件波紋狀的換熱片之間相互搭接，不形成獨立的流體通道，氣體從開式換熱元件通過時相互之間可以接觸。第19頁，共31頁。四

14、、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2021二、空氣預(yù)熱器本體結(jié)構(gòu)的影響分析1、換熱元件的類型開式或是閉式換熱元件的選擇受到多種因素的影響。從吹灰效果的角度來看，閉式換熱元件的吹灰效果要比開式換熱元件的吹灰效果好。這是因為對于閉式換熱元件，吹灰介質(zhì)的能量能夠有效的集中在某個通道內(nèi)，而不會擴散到相鄰?fù)ǖ纼?nèi)，這樣會得到更好的吹灰效果。而對于開式換熱元件，吹灰介質(zhì)的能量會擴散到相鄰?fù)ǖ乐?，沉積物受到的吹灰能力相對就弱一些。 第20頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2022二、空氣預(yù)熱器本體結(jié)構(gòu)的影響分析2、換熱段的長度/特性（單層或是分層）加熱元件的長度和使用單層或是分

15、層的換熱元件影響到硫酸氫銨沉積的嚴重程度?？諝忸A(yù)熱器的冷端、中間段和熱端換熱元件的長度直接影響到空氣預(yù)熱器的溫度特性。這個溫度特性直接決定了硫酸氫銨的沉積位置。一般來說，較短的中間段換熱元件有更高的堵塞可能性。第21頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2023二、空氣預(yù)熱器本體結(jié)構(gòu)的影響分析2、換熱段的長度/特性（單層或是分層）傳統(tǒng)的空氣預(yù)熱器設(shè)計冷端的長度只有12inch（300mm），從德國開始，然后是日本和美國相繼增加了冷端的長度至48inch（1200）。這樣修改的目的是確保硫酸氫銨生成的溫度區(qū)間和酸露點溫度都在同一個換熱元件內(nèi)。當然必須要注意的是空氣預(yù)熱器換熱元

16、件的溫度特性受到了很多因素的影響：元件的材料、口徑和旋轉(zhuǎn)速度，這些在換熱元件設(shè)計時都必須考慮進去。 第22頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2024二、空氣預(yù)熱器本體結(jié)構(gòu)的影響分析2、換熱段的長度/特性（單層或是分層）另一方面，由于層與層之間存在機械破壞，當流體通過兩層之間的分界面時，會產(chǎn)生擾動，這種擾動有利于硫酸氫銨沉積物的形成。所以在進行空預(yù)器受熱面分層設(shè)計時，要避免層與層之間的分界面在硫酸氫銨沉積的區(qū)域處。有分層的空氣預(yù)熱器中，上游換熱器模塊的尾部邊緣和下游換熱器模塊的前部邊緣都是容易發(fā)生沉積的區(qū)域。第23頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/

17、2025二、空氣預(yù)熱器本體結(jié)構(gòu)的影響分析3、換熱元件的材料選擇由于空氣預(yù)熱器中換熱元件暴露在易腐蝕性、含塵的煙氣環(huán)境下，所以換熱器元件的材質(zhì)選擇必須謹慎。在前些年，碳鋼和低合金耐腐蝕鋼（LACR）被廣泛的用來制作換熱器元件。但是后來發(fā)現(xiàn)在硫酸氫銨容易生成的區(qū)域使用鍍搪瓷材料能夠降低硫酸氫銨的沉積速率和酸的腐蝕速率。鍍搪瓷的換熱元件主要有以下優(yōu)點： 。第24頁，共31頁。四、空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析2022/8/2026二、空氣預(yù)熱器本體結(jié)構(gòu)的影響分析3、換熱元件的材料選擇-鍍搪瓷材料的優(yōu)點：卓越的耐腐蝕能力高強的耐機械和熱沖擊能力耐氣流沖刷和磨損能力第25頁，共31頁。五、空氣預(yù)熱器堵塞的預(yù)

18、防和治理方法2022/8/2027客觀的講，逃逸氨在SCR煙氣脫硝系統(tǒng)中是不可避免的，而SO3的體積在SCR煙氣脫硝系統(tǒng)中也必然是會有所增加，而生成硫酸氫銨的溫度區(qū)間恰好與空氣預(yù)熱器中換熱元件的溫度區(qū)間有重疊。所以當火電廠增加SCR脫硝系統(tǒng)之后，在空氣預(yù)熱器中必然會有硫酸氫銨的出現(xiàn)。但是優(yōu)秀的SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)計、空氣預(yù)熱器系統(tǒng)設(shè)計和良好的運行操作維護是可以很大程度減輕或者避免硫酸氫銨對空氣預(yù)熱器的負面影響。第26頁，共31頁。五、空氣預(yù)熱器堵塞的預(yù)防和治理方法2022/8/2028影響因素數(shù)值區(qū)間預(yù)防措施SO32-3ppm堵塞可能性極小與煤中硫份大、催化劑活性高相關(guān)。NH31-2ppmNH3分

19、布均勻，堵塞可能性極小進行燃燒優(yōu)化調(diào)整；噴氨優(yōu)化調(diào)整；檢查催化劑活性是否降低，必要時更換催化劑。換熱元件分區(qū)冷端或中間層較短冷端或中間層較長冷端較長容易堵塞較好不容易堵塞（所有的沉積都在一層內(nèi)）換熱元件材質(zhì)碳鋼低合金耐腐蝕鋼鍍搪瓷材料不好，容易腐蝕較好最好（最低的沉積率和腐蝕率）換熱元件形式開式閉式不好，容易堵塞較好表2空氣預(yù)熱器堵塞影響因素分析及預(yù)防措施第27頁，共31頁。五、空氣預(yù)熱器堵塞的預(yù)防和治理方法2022/8/2029表2給出了空氣預(yù)熱器堵塞影響因素數(shù)值范圍以及應(yīng)該采取的預(yù)防措施。如表2所示，當SO3濃度低于2-3ppm、NH3濃度低于1-2ppm時，基本不用擔心空氣預(yù)熱器的堵塞問題。但是當SO3和NH3濃度高于這個值時，就必須采取措施來防止空氣預(yù)熱器發(fā)生堵塞。比如進行空氣預(yù)熱器的改造，增加冷端換熱器的高度，將冷端和中間端的換熱元件更換為鍍搪瓷材料，并且增加吹灰器吹灰介質(zhì)的壓力。第28頁，共31頁。五、空氣預(yù)熱器堵塞的預(yù)防和治理方法2022/8/2030對于已經(jīng)運行的SCR系統(tǒng)，吹灰器的運行和高壓水沖洗是能夠保持空預(yù)器阻力不持續(xù)上升的一個辦法。一般，對于未安