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锅炉烟气脱硝中稀释风系统故障分析及处理

发表时间:2020-07-18 13:40:10

锅炉烟气脱硝中稀释风系统故障分析及处理

尹成凯,许怀鹏

(马鞍山钢铁股份有限公司热电总厂,安徽马鞍山243000)

【摘 要】针对马钢热电总厂南区3台220 t/h煤粉锅炉脱硝稀释风系统,在运行中出现的风机和进口管道震动大、风机外壳和叶轮磨损严重、现场噪声和粉尘量大等问题,进行研究和分析,提出解决方案,实施改造后达到了预期效果。

【关键词】脱硝;振动;磨损;噪声;粉尘

1 概述

马钢热电总厂南区三台煤粉锅炉为上海锅炉厂生产的,单汽包自然循环锅炉,燃烧器布置在炉膛的正四角,低氮燃烧,布袋除尘,回转式空气预热器,最大耗煤量28.6 t/h,蒸发量为220 t/h,可掺烧30%(热值比)高炉煤气。为应对“十二五”火电行业的二氧化硫及氮氧化物控制要求,满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的要求,2015年6月到2016年2月,先后完成了三台煤粉炉脱硫脱硝建设工程,2018年4月至2018年12月又对三台煤粉锅炉进行了脱硫脱硝超净排(SO2<35 mg/m3、NOx<50 mg/m3、烟尘<5 mg/m3)改造。改造后,虽然脱硫脱硝系统排放指标能够达到排放标准,但脱硝稀释风系统运行震动大、风机磨损大、系统漏灰严重、周围噪声大、设备维护量大等一系列问题,一直困扰着我们。通过对系统检查、分析和研究,我们制定了详细的改造方案,并在2018年脱硝超净排改造时逐步实施,最终系统所存在的问题得到了很好的解决,达到了预期效果。

2 SCR(选择性催化还原)脱硝工艺流程

马钢热电总厂南区三台煤粉锅炉采用的脱硝工艺流程为:尿素溶液通过尿素输送泵输送至尿素喷枪,在压缩氮气的作用下,于热解炉内雾化成微小的液滴,并通过热风热解生成含有氨气(NH3)的热解风,该热解风经喷氨格栅进入烟道,与原烟气混合后进入反应器,在反应器内催化剂的作用下,氨气(NH3)将原烟气中的氮氧化合物(NOx)还原成氮气(N2)和水蒸汽(H2O),实现脱除烟气中的NOx。SCR脱硝工艺流程见图1。

烟气中的NOx通常由95%的NO和5%的NO2组成,它们通过以下反应转化成N2和H2O。

图1 SCR脱硝示意图

NOx的转化率由如下公式表示:

ηNOx—— 脱硝效率%

NOxin —— 反应器进口NOx浓度

NOxout—— 反应器出口NOx浓度

3 稀释风系统概况和存在的问题

3.1 系统概况

稀释风系统最主要设备是稀释风机、热解炉、喷氨格栅及控制阀门等。稀释风机的作用是抽取锅炉一定量的热风,通过热解炉将尿素溶液热解成NH3,并稀释到一定比例后,经喷氨格栅喷入反应器入口烟道。稀释风机选用专用高压离心风机,每台锅炉设有两台稀释风机,一运一备,投入连锁保护。稀释风机气源取自锅炉热二次风,入口风压3 kPa,出口风压9 kPa,风量3000 m³/h。

3.2 运行中的问题

自2016年初脱硝系统投运以来,发现3台锅炉脱硝稀释风机系统运行中存在的普遍现象为:风机入口管道震动大;风机启动和运行中,轴端漏灰,且机壳易磨穿;一段时间运行后,风机会出现震动大,解体发现叶轮磨损严重,轴承损坏等。这些问题不但使风机的维护量大,而且周围数十米的噪音和粉尘超标。期间多次对稀释风系统解体检修,对磨损严重的部件进行补焊和更换,但问题始终没有得到很好的解决,给设备维护和正常运行带来了很多麻烦。

4 原因分析及对策

通过对稀释风系统研究分析,我们发现系统震动大、磨损大、漏灰多的主要原因是系统的控制、连接方式和取风口位置存在设计缺陷,并根据原因分析制定了相应对策,具体的做法如下:

4.1 改变系统的控制方式

原系统的控制方式,采用的是入口阀门全开,调节风机出口阀门来控制热风流量,由于该系统稀释风机选型较大,为减小流量,需要减小出口调节挡板开度,此时风道阻力增大,使管道特性曲线Q—ΔH从OA移动到OB,风机的工作点从A移到B,风机流量从Q2减小到Q1,而风机的压头相应升高了ΔH,但升高的压头是用来抵消因减小流量而附加的节流损失(见图2)。

图2 离心风机Q—ΔH特性曲线图1

通过分析我们认为,这是造成系统震动大、噪声大的主要原因。采取的对策是:将风机流量的调节,由出口调节改为入口调节,风机的出口压头下降,见改造前后对比图3中A和B。

4.2 改变系统的连接方式

原系统管道和阀门的连接方式为入口手动隔离阀和管道连接为硬连接,由于稀释风系统取风点为锅炉二次风,温度350℃左右,管道冷热膨胀变形较大,系统的硬连接无法吸收热膨胀生产的应力,同时也无法缓解系统产生的震动。采取的对策是:在风机进口法兰硬连接处,增加金属补偿器,以消除热应力和系统震动(图3中A、B)。

4.3 改变取风口位置

稀释风机入口气源来源于回转式空预器热风出口,由于回转式空预器漏风率较大,锅炉热二次风中粉尘含量较高,通过对系统的检查分析,原系统取风口正好位于热二次风易积灰的水平段上(见图3标示的积灰点),因此造成抽取的稀释风含尘量大幅度上升。采取的对策是:改变取风口位置,将原先水平段取风改为高点的垂直段取风,取风口位置升高2 m。

图3 稀释风机改造前后系统连接控制

5 改造效果

改造于2018年9月开始实施,12月全部实施完成。风机控制控制方式及连接方式的改变,使得稀释风系统的震动、噪声均大幅减小,达到良好水平。将风机取风口位置提升了2 m,有效的避开了热二次风水平段的积灰点,稀释风含灰量大大降低,进而减轻了对风机的磨损,使风机的寿命延长。至今稀释风系统未发生故障,改造效果显著。

6 总结

风机和管道系统产生的震动和设备磨损是比较常见的现象,但由于各电厂现场条件和工艺流程相差很大,对出现的问题应具体分析,很多问题需要在各自实践中探索和总结,从该系统问题处理实施过程中,我们总结出如下经验:

(1)风烟系统流量的调节控制,在出口压力要求不高的前提下,一般应优先使用出口调节方式,这样对降低管道震动和减小节流损失都大有帮助。

(2)风烟系统在系统设计时,特别是介质温度较高的系统,管道阀门和风机入口的连接应尽可能使用软连接(补偿器),以消除热应力和系统震动。

(3)针对风机运行的介质含尘量较高问题,应充分考虑取风口位置的合理性,同时也要提高设备本身耐磨等级,并好做防磨措施。


更多资讯:  锅炉风机   离心风机


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