催化還原脫硝裝置對(duì)引風(fēng)機(jī)性能的影響

1、催化還原脫硝裝置對(duì)引風(fēng)機(jī)性能的影響程星星 金保升 仲兆平/ 東南大學(xué)潔凈煤發(fā)電與燃燒技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室摘要：分析了 SCR脫硝裝置對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)的影響。從理論上分析并對(duì)比了有無(wú)SCR裝置時(shí)， 引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行性能和變工況特性，指出了有 SCR 裝置的系統(tǒng)更容易產(chǎn)生風(fēng)機(jī)的失速和喘振現(xiàn) 象。討論了 SCR 旁路的利弊，分析了旁路切換時(shí)容易出現(xiàn)的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：鍋爐；SCR脫硝裝置；引風(fēng)機(jī)；失速；喘振中圖分類號(hào): TK223.26文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B文章編號(hào)：1006-8155(2008)04-0023-04Research on the Influence of SCR de-NOX Equipment o

2、n Induced Fan PerformanceXAbstract: This paper analyzes the influence of SCR (Selective Catalytic Reduction) de-NOX X equipment on boilers induced fan. The operation performadn-cehaanngdinglocaharacteristics of the induced fan are analyzed in the system with and without SCR. It is found that the sta

3、lling and surging could be more easily occued with SCR system. The advantages and disadvantages of SCR bypass are also discussed, as well as the problems which can easily occur during bypass switching.Key words: boiler; SCR de-NOX equipment; induced fan; stalling; surgingX1 背景 在環(huán)境問(wèn)題日益受到關(guān)注的今天，越來(lái)越多的電站

4、加裝了脫硝裝置，其中催化還原的SCR 裝置以其穩(wěn)定的脫硝效率和成熟的工藝，成為很多電廠的首選。目前多數(shù)電站用的都是 軸流通風(fēng)機(jī)，它有低負(fù)荷運(yùn)行效率高、調(diào)節(jié)范圍大、對(duì)負(fù)荷變化反應(yīng)快等一系列優(yōu)點(diǎn)，但可 靠性不高、不穩(wěn)定區(qū)間大、容易產(chǎn)生失速和喘振。 SCR 的加裝改變了煙道的阻力特性，勢(shì)必 給軸流式引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行帶來(lái)一系列問(wèn)題。2 SCR 簡(jiǎn)介選擇性催化還原SCR技術(shù)脫除NOX的原理：在催化劑作用下，向溫度280420 C的煙氣X 中噴入氨，將NOX還原成N2和H2O。其大致的反應(yīng)如下：4NO+4NH +0 T4N +6H O3 2 2 2NO+2NO +2NH T2N +3H 02 3 2 26NO

5、 +8NH T7N2+12H 02 3 2 典型的布置情況如圖1所示：煙氣經(jīng)過(guò)省煤器后進(jìn)入SCR脫硝，然后流經(jīng)空預(yù)器、除塵器， 經(jīng)引風(fēng)機(jī)排出煙囪。圖1有SCR裝置的鍋爐布置3 風(fēng)機(jī)失速和喘振分析如圖 2 所示，流體順著機(jī)翼葉片流動(dòng)，當(dāng)氣流完全貼著葉片呈流線型流動(dòng)時(shí)，升力大于收稿日期：2007-12-11 南京市 210096阻力。當(dāng)氣流與葉片進(jìn)口形成正沖角，即a 0,且a達(dá)到某一臨界值時(shí)，葉片背面流動(dòng)工 況開(kāi)始惡化，如超過(guò)臨界值，邊界層將受到破壞，在葉片背面尾端出現(xiàn)渦流區(qū)，出現(xiàn)失速 使葉道產(chǎn)生閉塞現(xiàn)象，流體的壓頭大大降低1。圖 2 軸流風(fēng)機(jī)葉片示意圖風(fēng)機(jī)失速會(huì)使氣體流動(dòng)受阻，風(fēng)機(jī)的出力迅速減小

6、，振動(dòng)增加，嚴(yán)重的失速會(huì)引發(fā)喘振， 對(duì)風(fēng)機(jī)裝置和鍋爐系統(tǒng)造成很大的危害。失速是由沖角a太大引起的，當(dāng)氣流沖角a較大時(shí)，容易發(fā)生失速。而影響葉片沖角大 小的因素主要是氣流速度與葉片的安裝角。正常運(yùn)行中引風(fēng)機(jī)失速的原因包括：擋板誤動(dòng)； 并聯(lián)的風(fēng)機(jī)出力不平衡；動(dòng)葉誤操作或開(kāi)大過(guò)快；出力不及時(shí)加上；煙道的積灰、堵灰等引 起的阻塞。在鍋爐運(yùn)行中，風(fēng)機(jī)失速發(fā)生次數(shù)較多。風(fēng)機(jī)失速的表現(xiàn)：（1）噪聲增大；（2）近風(fēng)機(jī)的地方氣流發(fā)生抖動(dòng)；（3）頻繁發(fā)生高于 正常運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)值；（4）失速風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓或煙壓及電流發(fā)生大幅度的變化或擺動(dòng)。喘振是風(fēng)機(jī)處于不穩(wěn)定工作區(qū)運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)流量、全壓大幅度波動(dòng)的情況。它會(huì) 引

7、起風(fēng)機(jī)及管路系統(tǒng)的劇烈振動(dòng)。喘振將使風(fēng)機(jī)性能惡化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使風(fēng)機(jī)系統(tǒng)裝置破壞 。失速是喘振的前提。失速不會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)和燃燒有太大的影響，但喘振會(huì)給鍋爐造成很大的 危害。失速發(fā)生時(shí)， 盡管葉輪附近的工況有波動(dòng)，但整臺(tái)風(fēng)機(jī)的流量、壓力和功率基本穩(wěn) 定，可以連續(xù)運(yùn)行，通過(guò)做風(fēng)機(jī)動(dòng)葉等的相關(guān)調(diào)整，可以使風(fēng)機(jī)脫離失速區(qū)，使鍋爐恢復(fù)正 常運(yùn)行。但喘振發(fā)生時(shí)，因流量、壓力和功率的大幅度脈動(dòng)，鍋爐將無(wú)法維持正常運(yùn)行，甚 至?xí)斐稍O(shè)備的損壞和鍋爐熄火。4 SCR 對(duì)風(fēng)機(jī)的影響4.1 SCR 對(duì)風(fēng)機(jī)效率的影響軸流通風(fēng)機(jī)高效率范圍較寬，調(diào)節(jié)范圍大。鍋爐加裝SCR后，鍋爐的阻力曲線升高，變 得更陡。由圖3中的曲線 1 變

8、為曲線 2。在不改變風(fēng)機(jī)的情況下，曲線仍處在風(fēng)機(jī)效率較高 的區(qū)域。所以，不論有無(wú)SCR裝置，軸流通風(fēng)機(jī)的在效率上的優(yōu)勢(shì)都是顯而易見(jiàn)的。但對(duì)于離心通風(fēng)機(jī)，如圖4 ，效率曲線垂直于鍋爐管路特性曲線，其高效范圍較窄。加 裝了 SCR以后，鍋爐曲線上升變陡，很容易偏離高效區(qū)。4.2 SCR 對(duì)風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性的影響軸流通風(fēng)機(jī)的不穩(wěn)定工作區(qū)間較大，加裝 SCR 裝置以后，若不改變風(fēng)機(jī)，會(huì)使原有風(fēng)機(jī) 在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)失速和喘振的可能性大大增加，不利于風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。SCR 裝置對(duì)鍋爐的影響主要是因?yàn)樗黾恿隋仩t煙氣系統(tǒng)的阻力。增加的阻力一般分為 增加的煙道阻力、SCR反應(yīng)塔內(nèi)的阻力和空預(yù)器增加的阻力三部分。增設(shè)SC

9、R以后，SCR裝 置的阻力一般為1KPa左右，空預(yù)器增加的阻力一般為200Pa左右。而整個(gè)鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的 阻力為20003000Pa （BMCR工況，300600MW）,可見(jiàn)，SCR裝置的阻力將占整個(gè)鍋爐 系統(tǒng)阻力的很大部分，它會(huì)在很大程度上影響鍋爐系統(tǒng)的煙道阻力特性。同時(shí)， SCR 內(nèi)的催化劑和空預(yù)器的積灰會(huì)加重這一影響 。SCR裝置內(nèi)的主要組成部分是催化劑，一般為蜂窩形或平板形，孔徑為315mm,很 容易形成積灰堵塞，這將會(huì)使SCR裝置隨著投運(yùn)時(shí)間的增加，壓損越來(lái)越大。加裝SCR裝置以后，噴氨裝置噴入的NH在與NO,反應(yīng)后，殘余的NH將與SO和水蒸氣反3X33應(yīng)，生成粘結(jié)性和腐蝕性強(qiáng)的化合

10、物NH4HSO4。NH4HSO4會(huì)附著在飛灰表面，在空預(yù)器表面沉積，加劇空預(yù)器的腐蝕和積灰，進(jìn)一步增 加煙道的阻力。故，加裝SCR裝置以后，風(fēng)機(jī)的出力要大大增加。對(duì)于后加裝SCR的電廠，如仍用原 有的風(fēng)機(jī)，將會(huì)使風(fēng)機(jī)的失速和喘振的可能性增大。圖5是不改變風(fēng)機(jī)時(shí)，加裝SCR前后風(fēng)機(jī)性能曲線和鍋爐的阻力特性曲線，即風(fēng)機(jī)的工 作點(diǎn)變化情況。圖中，曲線0為風(fēng)機(jī)的失速線，p以左的區(qū)域?yàn)椴环€(wěn)定工作區(qū)，當(dāng)風(fēng)機(jī)的工 作點(diǎn)落到該區(qū)域容易產(chǎn)生失速pQ段為喘振區(qū)。件和R2為鍋爐阻力特性曲線。件為沒(méi)有SCR 時(shí)的鍋爐特性曲線；R2為加裝SCR以后，鍋爐的阻力增加以后的曲線。曲線1、2、3、4、5、 6 分別為風(fēng)機(jī)在各

11、種動(dòng)葉開(kāi)度下的特性曲線。若在某一工況點(diǎn)q】時(shí)，無(wú)SCR裝置的風(fēng)機(jī)工作在風(fēng)機(jī)性能曲線4和鍋爐阻力曲線R的 交點(diǎn)人處。同樣工況下，對(duì)于有SCR的裝置，鍋爐特性曲線上升至R2,風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)要上 升至B點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉開(kāi)度相應(yīng)增加，由原來(lái)的曲線4變?yōu)榍€2。由圖可見(jiàn)，B點(diǎn)比 人點(diǎn)更接近風(fēng)機(jī)的失速曲線，加裝SCR裝置以后，風(fēng)機(jī)更容易出現(xiàn)失速現(xiàn)象。風(fēng)機(jī)失速會(huì)造成葉輪內(nèi)流體的阻塞，使風(fēng)機(jī)出力變小，爐膛的壓力變大，不利于燃燒的 穩(wěn)定。若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，送風(fēng)機(jī)仍處于自動(dòng)，并動(dòng)作減小送風(fēng)量，將影響爐膛內(nèi)的風(fēng)量和風(fēng)壓， 使?fàn)t膛內(nèi)的燃燒惡化。在風(fēng)機(jī)誤操作時(shí)，裝有SCR裝置的系統(tǒng)更容易出現(xiàn)風(fēng)機(jī)的喘振，影響鍋爐系統(tǒng)的安全。

12、圖 6 引風(fēng)機(jī)變工況特性曲線如圖6,同樣為增設(shè)SCR前后風(fēng)機(jī)性能曲線和鍋爐的阻力特性曲線。工況a時(shí)，風(fēng)機(jī)分 別工作在a】點(diǎn)和勺點(diǎn)。當(dāng)負(fù)荷要調(diào)整至B,引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉會(huì)調(diào)整角度，使風(fēng)機(jī)性能曲線分別 變?yōu)閏和，工況點(diǎn)沿管路阻力于曲線降至b2和a2點(diǎn)，這時(shí)，管路的阻力會(huì)隨著流量的減 小而減小，風(fēng)機(jī)的壓頭也會(huì)隨之減小。但如果風(fēng)機(jī)誤操作或動(dòng)葉角度改變不及時(shí)， b1、a1 兩點(diǎn)將沿原來(lái)的風(fēng)機(jī)曲線上升至 b3、a3 點(diǎn)，氣流量減小，風(fēng)機(jī)壓頭不減反而增大。 b3、a3 點(diǎn)會(huì)接近風(fēng)機(jī)的不穩(wěn)定工作區(qū)的pQ段，容易發(fā)生喘振。且從圖中可以看出，加裝SCR裝置 的b3點(diǎn)發(fā)生喘振的危險(xiǎn)更大。同時(shí)，SCR的存在增大了管網(wǎng)的阻力，

13、同時(shí)要安裝體積龐大的反應(yīng)器和很多管道，使煙 氣系統(tǒng)有更大的容積，并與風(fēng)機(jī)構(gòu)成一個(gè)彈性的空氣動(dòng)力系統(tǒng)，使系統(tǒng)更容易發(fā)生喘振，對(duì) 鍋爐的安全運(yùn)行不利。喘振與管網(wǎng)系統(tǒng)密切相關(guān)，管網(wǎng)的容量越大，則喘振的振幅越大，頻 率越低2】。增設(shè)SCR后，因?yàn)镾CR裝置體積較大，煙氣管路的容積則更大，喘振的振幅會(huì)變 大，對(duì)鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生更大的影響。若增大風(fēng)機(jī)的壓頭或改用更高壓頭的風(fēng)機(jī)，會(huì)在一定程度上緩和以上分析的現(xiàn)象，但高 壓風(fēng)機(jī)比低壓風(fēng)機(jī)更容易發(fā)生喘振，運(yùn)行時(shí)仍需注意。所以，對(duì)于加裝 SCR 的機(jī)組，因?yàn)?SCR 的阻力較大，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行更加不穩(wěn)定，容易發(fā) 生失速和喘振，要非常注意引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況。必要的時(shí)候，改用更

14、大壓頭的風(fēng)機(jī)。5 旁路切換不利于風(fēng)機(jī)和鍋爐安全SCR旁路分為省煤器旁路和SCR反應(yīng)塔旁路兩種。省煤器旁路從省煤器入口直接通往SCR入口，可以通過(guò)煙氣的調(diào)節(jié)，維持SCR反應(yīng)塔 中的催化反應(yīng)在最佳的溫度范圍內(nèi)。SCR反應(yīng)塔旁路，連接省煤器出口和空預(yù)器入口，可以 使反應(yīng)器在鍋爐低負(fù)荷時(shí)減少SCR催化劑的損耗，且有利于SCR的檢修。但SCR反應(yīng)塔旁 路在進(jìn)行旁路切換時(shí)不利于鍋爐的安全。如圖7當(dāng)進(jìn)行旁路切換時(shí)，即煙氣由從SCR中流過(guò)，切換至從旁路直接進(jìn)入空預(yù)器，煙 道的阻力將會(huì)降低，阻力特性曲線由曲線1變?yōu)榍€2,若引風(fēng)機(jī)原來(lái)工作在a】點(diǎn)，煙道阻 力下降后，風(fēng)機(jī)動(dòng)葉應(yīng)隨之改變角度，風(fēng)機(jī)性能曲線由1變?yōu)?,工作點(diǎn)應(yīng)降至a2點(diǎn)，風(fēng)機(jī) 壓頭減小。但如果引風(fēng)機(jī)沒(méi)有及時(shí)調(diào)整葉片角度，則工作點(diǎn)會(huì)沿原來(lái)的性能曲線1 升至 a3 點(diǎn)，使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生多余的壓頭少，但a3點(diǎn)并不穩(wěn)定，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的煙氣流量并沒(méi)有改變，所以 它將吸入更多的煙氣以回到ai點(diǎn)。這樣，引風(fēng)機(jī)就會(huì)對(duì)爐膛形成更大的負(fù)壓，影響鍋爐的 安全運(yùn)行。且旁路切換得越快，阻力曲線2就越低，產(chǎn)生的剩余壓力就越大，越不利于鍋爐 的安全。鑒于以上原因，目前新建鍋爐機(jī)組較少采用SCR煙氣旁路，但現(xiàn)役機(jī)組進(jìn)行SCR改造時(shí) 采用 SCR 煙氣旁路的較多。6 結(jié)論鍋爐系統(tǒng)加裝