火力发电厂锅炉空气预热器漏风率对脱硝系统运行经济性的影响分析

引言

随着生态文明建设的持续推进，火力发电行业面临着日益严格的环保压力。特别是氮氧化物（ NOx ）作为造成大气污染和酸雨的重要前体物，成为火电行业治理的重点目标。选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）技术因其脱硝效率高、适用范围广而被广泛应用于大型燃煤电厂的锅炉烟气处理系统中。然而，在实际运行中，影响 scR 脱硝系统运行效率和经济性的因素众多，其中锅炉空气预热器的漏风问题尤为突出。空气预热器通常位于锅炉尾部烟道，是通过换热使空气温度升高从而提升燃烧效率的重要设备。由于其结构特殊，长期运行中难免出现漏风现象，即部分冷空气未经控制地进入烟气通道，导致烟气温度降低、成分稀释、流量增大，这些变化将直接影响 SCR 反应器的运行条件与脱硝反应效率。

1 空气预热器漏风对脱硝系统烟气工况的影响机制分析

锅炉空气预热器常见于三段式回转式结构，其运行过程中不可避免存在内部密封结构老化、磨损以及灰尘堆积导致的漏风问题。漏风指的是部分冷空气通过密封不严区域混入热烟气中，该现象将直接引发一系列烟气参数的变化，成为影响 SCR 系统性能的外部扰动因素。首先是烟气温度的降低。SCR 反应器一般设于空气预热器之后，理想运行区间为 300\~400℃。若空气预热器出现严重漏风，大量低温空气混入烟气，导致 SCR 入口温度低于催化剂活性区间，脱硝反应效率急剧下降，影响 NOx 去除率，并可能导致催化剂长期低温中毒甚至失效。其次是 NOx 浓度的稀释。冷空气的混入使烟气中的 NOx 被等比例稀释，导致单位体积浓度下降，而 SCR 反应过程对 NOx 浓度具有一定的依赖性，浓度降低将影响催化剂的反应动力学特性，减少反应速率。再次，烟气体积流量的增加。漏风使进入 SCR 反应器的总气体量上升，单位时间内系统需处理的烟气量大幅提升，增加了脱硝设备的负荷，使得还原剂氨或尿素的投加量被动提升，同时系统压降增大，风机功耗升高，导致整体能耗增加。

2 空气预热器漏风对脱硝系统运行成本构成的影响分析

空气预热器漏风所引发的运行成本上升，不仅体现在表观的氨耗、电耗增加上，更体现在设备维护、系统寿命与环境达标风险成本的累积增加上。首先是还原剂消耗成本的增加。由于漏风稀释 NOx 浓度并提升烟气体积，为维持既定脱硝效率，系统需投加更多氨气或尿素以满足反应需求，形成单位脱硝量的还原剂使用率上升，造成运行物耗增长。其次是风机能耗增加。漏风带来烟气体积流量的被动提升，导致引风机负荷升高，为保持系统通风量平衡与烟气流速稳定，需加大引风机输出功率，进而增加电力消耗，影响电厂整体能效水平。此外，氨逃逸的增加对空预器、下游烟道及除尘设备也产生负面影响。一方面，氨气与飞灰反应生成粘性物质附着于换热表面，降低热交换效率并加剧腐蚀；另一方面，频繁的设备清灰、疏通与维护任务增加人力与材料成本，影响检修计划周期并提升设备运营不确定性。

3 影响漏风率的关键因素及其量化控制方法探讨

从技术层面分析，空气预热器漏风率受结构设计、运行工况、维护管理等多重因素影响。其核心问题集中在密封系统性能与烟气压差控制上。以旋转式空气预热器为例，密封装置分为径向、轴向和端面密封，随着设备运行年限增长，密封片磨损、积灰堵塞、腐蚀变形等问题普遍存在，导致密封效率下降，漏风率升高。此外，风压系统控制精度亦影响漏风方向与程度，当一次风机与引风机出力不匹配时，也会诱发非设计流动路径形成漏风通道。当前常用的漏风率监测方法包括热平衡法、氧含量差值法、在线流量监测法等。其中氧含量差值法适用于运行中快速判断，其原理是通过对空预器入口与出口烟气的氧浓度进行测量，结合理论空气比估算漏风率，具有操作简便、适应性强的优点。

4 脱硝系统适应性调控策略与运行优化建议

鉴于空气预热器漏风对脱硝系统的不利影响，除了控制漏风本身，还需从系统适应性出发，优化 SCR 装置的运行方式以增强其抗扰能力。首先是在自动控制系统中引入温度补偿与流量校正算法，使氨气喷射策略可根据入口温度与流量实时调整喷氨量与分布形态，提升氨氮比精度控制，抑制氨逃逸。其次是在烟气分布系统中引入均流装置与烟气导流板优化布置，提升烟气在催化剂层间的流动均匀性，减少局部反应不完全区域，提高反应效率。在还原剂选择上可根据实际工况考虑低温反应型催化剂或选择尿素代替氨气，以适应 scR 入口温度下降趋势。在系统运行策略方面，应结合锅炉负荷变化与漏风率监测数据，设定不同运行模式，如设定在漏风率偏高阶段采用保守运行模式，降低喷氨量优先控制氨逃逸；在漏风率控制良好阶段提升喷氨量提高脱硝效率。

5 火电厂全面提升脱硝系统经济性的管理思路与建议

在当前“双碳”目标与绿色转型背景下，火电企业亟需通过精细化管理与技术升级提升环保系统的经济性。首先，应构建涵盖设备运行、能耗监测、物耗分析、运行策略与环保绩效的综合评价体系，将空气预热器漏风率纳入环保运行关键指标体系，作为设备管理与经济性评估的重要依据。其次，应推动智能化运维平台建设，集成烟气参数采集、漏风监测、催化剂状态分析、能耗数据统计等模块，基于数据驱动实现运行优化与成本控制。再次，应重视运行人员技术素质提升，组织专项培训与案例复盘，提高一线人员对漏风与脱硝系统耦合关系的认知水平，实现问题早发现、早处理。

结论

锅炉空气预热器漏风问题是影响火力发电厂脱硝系统运行经济性的关键因素。本文通过对漏风对烟气参数、脱硝反应效率、运行成本构成及系统稳定性的多维分析，系统阐述了漏风率升高对脱硝系统造成的不利影响。研究表明，合理控制空气预热器漏风率，优化 SCR 系统运行参数与调控策略，是提升火电环保系统经济效益的重要路径。未来，应从设备结构优化、系统运行智能化、维护管理制度化等多个维度共同发力，推动火电厂环保系统从达标运行向高效运行迈进，实现节能减排与经济运行的双重目标。

参考文献：

[1] 崔秋旺 . 火力发电厂节电技术探讨 [C]// 全国火电大机组竞赛秘书处 . 全国火电大机组（300MW 级）竞赛第 33 届年会论文集 . 华能上安电厂 ;,2004:326-329.

[2] 周立辉 , 魏彦筱 , 胡胜利 . 火电厂暖风器疏水系统改造 [J]. 中国电力 ,2004,(10):94-96.

[3] 王守恩 , 潘亚利 , 叶明 , 等 . 基于实时数据库的火电机组性能诊断与优化管理系统 [J]. 中国电力 ,2005,(07):68-72.