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冯长宁，张诗琪，李海强，徐天元
(1.内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021025；
2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)
针对4个电厂在运行过程中发现环保设备的异常情况，通过化学分析的方法逐一找出问题根源，包括除尘器效果下降、脱硫系统运行异常、除尘器腐蚀、布袋除尘器运行异常等问题，从运行、检修及改造的角度提出若干建议,为火电厂同类型环保设备异常分析与处理提供参考。
A厂为2×600 MW供热机组，环保设备采用SCR、双室四电场静电除尘器、石灰石-石膏湿法脱硫设备。在超净排放投运一段时间后，除尘器二次电流不断降低，除尘效果变差。在增加二次电压后二次电流变化较小，改变运行电压不能改变二次电流，除尘效果依然没有改善，通过化验除尘器不同电场灰样中硫酸氢铵进行分析，结果如下。
1.1 化验结果
对A厂除尘器不同电场灰样中的硫酸氢铵进行分析，结果见表1。
由表1可知，第二电场检验结果明显偏高，其他电场灰中硫酸氢铵的质量分数基本处于2%～3%。除第二电场外平均极线灰中硫酸氢铵的质量分数为2.35%，极板灰中硫酸氢铵的质量分数为3.01%。
表1 A厂除尘器灰样中硫酸氢铵质量分数分析结果 单位：%
1.2 结果分析
a.根据以往A厂的历史数据分析，按照除尘器烟气流量为2 123 000 Nm3/h、煤质分析灰分为9.26%、燃煤量为320 t/h、灰转化系数为0.9、氨逃逸质量浓度为2.28 mg/m3计算，A厂灰中理论硫酸氢铵的质量分数应为0.121%。除第二电场外平均极线灰中硫酸氢铵质量分数为理论值的19.6倍，极板灰中硫酸氢铵质量分数为理论值的25.1倍。
b.A厂脱硝系统投产后进行的性能试验并未对氨逃逸进行检测，根据灰中硫酸氢铵质量分数和以往化验经验进行分析，现阶段脱硝出口烟气氨逃逸质量浓度在22.78～30.36 mg/m3。
c.通过对灰中硫酸氢铵的分析，找出A厂出现除尘器运行异常的主要原因是脱硝系统氨逃逸过高，多余的硫酸氢铵在除尘器极板、极线上形成板结，从而造成电晕封闭[1]。A厂通过更换脱硝催化剂、进行脱硝喷氨优化等手段解决此问题。
B厂3号机组为1000 MW机组，环保设备采用SCR、双室五电场静电除尘器、石灰石-石膏湿法脱硫设备。脱硫系统在运行中出现浆液起泡、脱水困难等问题，导致此情况发生的原因有脱硫入口含尘量过高、石灰石品质不达标、CaSO3氧化效果不达标、吸收塔浆液中毒等[2]，分别对B厂粉尘、吸收塔浆液、石膏、石灰石分别取样进行分析。
2.1 样品分析及结果分析
2.1.1 灰样分析
在电厂脱硝系统运行中，如果SCR出口氨逃逸过高会对除尘器运行产生一定影响，使石膏脱水系统因脱硫入口粉尘量过高而脱水困难。取3号机组除尘器灰斗中的灰样进行分析。通过分析，灰中硫酸氢铵与灰的质量比为230.942 mg/kg，按照经验判断，脱硝系统并没有出现出口氨逃逸过高等问题。排除除尘器因硫酸氢铵板结导致脱硫系统入口粉尘量较高，从而导致石膏脱水困难的可能性。
2.1.2 石灰石分析
在石灰石仓取样进行分析，结果见表2。由分析可知，石灰石品质难以满足脱硫系统设计要求。石灰石纯度难以满足设计要求(90%)。同时，石灰石中MgCO3高会导致脱硫塔浆液中Mg2+较高，从而带来浆液易起泡等问题。
2.1.3 石膏分析
分别对2、3号机组石膏取样进行化学分析，分析结果见表3(2号机组石膏脱水系统运行正常)。
表2 对B厂石灰石成分质量分数分析结果
表3 2、3号机组石膏成分的质量分数分析结果
由分析可知，石膏中CaSO3质量分数较低，并不存在因为氧化不充分导致脱水困难的问题。3号机组石膏含水率较大，超过石膏可利用的经验数值(14%)。同时，3号机组石膏中Cl-质量分数较高，不能达到石膏品控标准。
2.1.4 浆液分析
对3号机组脱硫系统浆液进行取样分析，结果见表4。
表4 3号机组脱硫系统浆液分析结果
观察分析结果，由表4可知，3号塔浆液存在Mg2+、Cl-质量浓度超标问题。浆液中Mg2+质量浓度较高时会导致浆液出现起泡现象(按照经验吸收塔浆液中Mg2+质量浓度一般维持在4000 mg/L以下)，同时在对石灰石进行分析过程中发现，石灰石中MgCO3质量分数较高[3]。综上推断，石灰石品质不达标导致浆液中Mg2+质量浓度超标，从而导致浆液出现起泡现象。
浆液中Cl-质量浓度过高时，浆液的沉降性能将减弱影响石膏的结晶，导致结晶缺陷造成生成的石膏不稳定，使大的石膏晶体在不饱和条件下溶解加快而生成大量的细小晶体，从而导致脱水困难，并导致石膏中Cl-质量浓度超标[4]。
2.2 原因与解决办法
通过对脱硫系统各项指标进行化学分析，找出B厂出现脱硫运行异常的主要原因是石灰石中MgCO3质量分数较高，同时浆液中氯离子质量分数过高。B厂后续通过更换石灰石、增加脱硫系统废水排放等手段解决此问题。
C厂为2×330 MW机组，环保设备采用SCR、低温省煤器、双室四电场静电除尘器、石灰石-石膏湿法脱硫设备。在停炉检修期间发现，2号机组除尘器阳极板出现腐蚀现象。
3.1 样品分析及结果分析
3.1.1 酸露点分析结果
对C厂实烧煤质进行分析，并以此为依据，计算除尘器处酸露点，经计算除尘器处酸露点为86 ℃，低于除尘器常规运行温度，排除运行温度低于酸露点导致结露腐蚀的可能。
3.1.2 阳极板灰样分析结果
对C厂2号机组除尘器阳极板残存灰样进行取样分析。经分析阳极板垢样中硫酸氢铵与灰的质量比为15 714.2 mg/kg、15 648.8 mg/kg(平行样品)，此结果远远大于经验上灰中硫酸氢铵与灰的质量比(<200 mg/kg)。硫酸氢铵是强酸性物质，会对除尘器极板造成较大的腐蚀作用。
3.2 原因与解决办法
通过对灰中硫酸氢铵进行化学分析，找出C厂出现除尘器异常的主要原因是灰中硫酸氢铵过高，硫酸氢铵主要源自SCR反应器：当SCR反应器氨逃逸过高时，逃逸的NH3会跟催化剂氧化产生的SO3反应生成硫酸氢铵[5]。后续C厂通过定期对催化剂进行活性检验及再生处理、氨分布调整、氨逃逸设备校对等手段解决此问题。
D厂为240 t/h燃煤锅炉，采用SNCR+SCR脱硝、半干法脱硫技术，半干法脱硫后接1台布袋除尘器。现阶段锅炉SO2、NOx排放限制按200 mg/Nm3控制。近期电厂在运行过程中发现布袋除尘器压差出现异常(>2000 Pa)，当停运半干法脱硫设备后，除尘器压差下降明显(下降至500 Pa以内)。
4.1 样品分析及结果分析
4.1.1 糊袋可能性分析
经了解，脱硫投运期间除尘器入口烟气温度在100 ℃左右；
半干法脱硫采用的水源为风机冷却水，水温30 ℃以上。经以上2点基本排除由于运行温度较低产生糊袋现象导致的除尘器压差异常现象。
4.1.2 SNCR喷氨过量
a.化学分析结果
电厂现阶段采用SNCR炉内喷尿素法+SCR进行脱硝，在检修期间取出布袋除尘器中的布袋，布袋表面产生一层黏性物质，怀疑此黏性物质是氨逃逸过量产生的硫酸氢铵。因此，对灰中硫酸氢铵进行测试，同时对该锅炉理论尿素耗量进行计算，计算结果如下。
灰中硫酸氢铵与灰的质量比分别为12 347 mg/kg、12 948 mg/kg，此结果远远大于经验上灰中硫酸氢铵与灰的质量比(<200 mg/kg)。
SNCR处理烟气流量为450 000 Nm3/h(标干，6%O2)，NOx原始质量浓度为400 mg/Nm3，NOx控制限值为200 mg/Nm3，氨氮摩尔比按1.25计算，锅炉理论尿素耗量为0.146 t/h。氨氮摩尔比按1.5计算，锅炉理论尿素耗量为0.176 t/h。远小于现阶段实际尿素耗量(0.45 t/h)。
b.结果分析
SNCR作用原理是向锅炉特定温度区间(850～1100 ℃)喷入一定量尿素，尿素在炉内分解生成NH3，NH3与NOx反应从而实现脱硝的目的。当尿素过量喷入后，炉内会产生较多未反应的NH3气体，NH3会与锅炉燃烧产生的少量SO3气体发生反应生成硫酸氢铵[6]。硫酸氢铵熔点147 ℃，是一种黏性较强的物质。硫酸氢铵会在布袋上进行富集，减弱布袋的透气性。因此当半干法脱硫投运后布袋除尘器在处理含尘高的烟气时压差增大。
由于D厂采用的是SNCR技术，烟气中虽然含有大量NH3气体，但SO3气体很少，因此产生的硫酸氢铵量相对较少，因此现阶段在停运半干法脱硫的情况下并未对布袋产生较大影响，但随着硫酸氢铵不断富集，布袋透气性会不断下降，不采取一定手段进行控制有可能后期在停运脱硫的情况下仍难以保证布袋除尘器压差。
4.2 原因与解决措施
对灰中硫酸氢铵进行化学分析，找出D厂出现除尘器异常的主要原因是灰中硫酸氢铵过高，硫酸氢铵主要源自SNCR+SCR反应器：当SCR反应器氨逃逸过高时，逃逸的NH3会跟催化剂氧化产生的SO3反应生成硫酸氢铵，解决措施如下。
a.调整尿素溶液
现阶段使用的是质量分数20%以上的尿素溶液，SNCR技术一般设计喷入炉内使用的是质量分数10%的尿素溶液。当尿素溶液质量分数大于10%时，喷入炉内尿素雾化效果较差，反而影响了脱硝效果[7]，建议适当稀释喷入的尿素溶液，同时需要对供应泵流量进行核算，计算降低稀释比后，该泵能否满足尿素供应量。
b.氨逃逸测试
建议D厂定期对烟气中氨逃逸质量浓度进行测试，对在线监测设备定期维护校对，有助于运行人员进一步监测脱硝运行状态，有异常情况提早发现并尽快处理。
通过以上分析可知，在环保设备出现运行异常时，化学分析法可以简单有效地找出问题产生根源并进行调整，可以有效解决设备异常问题。同时在设备正常投运期间加大投运期间化学分析力度，可以有效了解设备运行情况，对可能产生的异常情况防患于未然。本文通过对4个电厂实例分析，列举化学分析法对不同环保设备异常情况的应用，从运行、检修及改造的角度提出若干建议，为其他电厂同类型环保设备的异常问题解决提供参考。
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