脫硝催化劑失活對(duì)脫硝、空預(yù)器的影響
2015-04-29 00:00:00董建偉
【摘 要】隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，電廠機(jī)組采用SCR脫銷工藝控制NOX排放是大勢(shì)所趨，很多電廠對(duì)鍋爐進(jìn)行了脫銷改造，對(duì)減少NOX的排放，取得了顯著成效，但是逃逸的氨氣會(huì)生成硫酸氫銨并沉積在空預(yù)器中，導(dǎo)致空預(yù)器堵塞，系統(tǒng)阻力增大，影響鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
【關(guān)鍵詞】SCR；催化劑失活；硫酸氫銨；空預(yù)器；堵塞；氨氣逃逸量
0.概述
部分電廠實(shí)施脫銷改造后，在系統(tǒng)投運(yùn)后容易出現(xiàn)了空預(yù)器堵塞現(xiàn)象，現(xiàn)就產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施分析如下。
1.SCR脫硝裝置催化劑實(shí)活的原因分析
1.1煙氣中SO3
燃燒過程中將產(chǎn)生SO3，在催化劑中增加氧化釩的比例可以提高催化劑的脫硝活性，但同時(shí)也增加了SO2向SO3的轉(zhuǎn)化量，從而增加了煙氣中SO3的濃度。溫度對(duì)SO2向SO3的轉(zhuǎn)化有很大的作用，即使在低氧化釩含量甚至無氧化釩含量的催化劑中，仍然有部分SO2轉(zhuǎn)化成SO3。溫度較低時(shí)，煙氣中SO3與NH3反應(yīng)產(chǎn)生硫酸銨和硫酸氫銨。硫酸銨和硫酸氫銨是細(xì)小的黏性顆粒，硫酸銨為白色固體；硫酸氫銨在160～220℃時(shí)為黏性固體，在煙氣溫度過低時(shí)，易凝結(jié)吸附在催化劑表面和空氣預(yù)熱器上，繼而沉積造成催化劑的堵塞，使催化劑失活。另外，硫酸氫銨具有腐蝕性，會(huì)造成空氣預(yù)熱器的腐蝕。
防止銨鹽沉積采取的措施有：①設(shè)計(jì)合理的催化劑配方，降低SO2的轉(zhuǎn)化率；②減少氨氣的逃逸量。③在低負(fù)荷情況下，當(dāng)脫硝入口煙氣溫度低于300℃時(shí)停止噴氨。
1.2催化劑的磨損
磨損主要是由飛灰對(duì)催化劑表面的沖擊引起的。催化劑的磨損是氣速、飛灰特性、沖擊 角度及催化劑特性的函數(shù)，因此高的煙氣流速和顆粒物濃度會(huì)加速這種磨損。除了高溫?zé)煔獾臎_刷，SCR系統(tǒng)中吹灰器的運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生明顯的磨損現(xiàn)象。另外，對(duì)于蜂窩狀催化劑而言，出現(xiàn)磨損的孔道在流經(jīng)煙氣時(shí)，流動(dòng)阻力和壓降都會(huì)減小，相比之下會(huì)有更多的煙氣流過，從而進(jìn)一步加劇這種磨損效果，而那些表面和邊緣經(jīng)過處理的催化劑，抗磨損的能力會(huì)高些。
防止催化劑磨損采取的措施有：合理設(shè)計(jì)催化劑；選用合適的煙氣速度；應(yīng)盡可能地除去煙氣中磨損性較強(qiáng)的大顆粒飛灰。在催化劑設(shè)計(jì)方面主要采取的措施有：①頂端硬化。增加蜂窩式催化劑端部的硬度，以抵御迎灰面的磨損。對(duì)于平板式催化劑，因其支撐架為金屬網(wǎng)，端部被磨損后，其金屬基材暴露在迎風(fēng)面，可阻止煙氣的進(jìn)一步磨損，一般認(rèn)為板式催化劑的抗磨損性能較好。②增厚。增加整體催化劑的壁厚，提高磨損裕量，以延長(zhǎng)催化劑的機(jī)械壽命。此舉還有利于催化劑的清洗和再生。③使用均質(zhì)催化劑結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵诟呋蚁拢呋瘎┑挠颐嬉约皟?nèi)壁都會(huì)發(fā)生一定程度的磨蝕，表面涂層的催化劑在表面發(fā)生磨損后，催化劑的活性會(huì)大幅度地降低。燒結(jié)、磨損和積灰現(xiàn)象都會(huì)引發(fā)催化劑的失活，其中積灰對(duì)于催化劑的影響是最嚴(yán)重的。
1.3煙氣中飛灰（煙塵）
在所有導(dǎo)致SCR催化劑失活的因素當(dāng)中，積灰是最復(fù)雜、影響最大的一個(gè)。如果催化劑的微孔被煙塵顆粒堵塞，則催化劑表面活性位逐漸喪失，導(dǎo)致催化劑失活。有分析得出：催化劑表面沉積的飛灰主要是一些粒徑小于5μm的顆粒，與煙氣中的飛灰相比，硫酸鹽化的顆粒數(shù)目明顯增加，As和Na等元素更容易在小顆粒上富集，進(jìn)而對(duì)催化劑造成嚴(yán)重毒害。為減少飛灰對(duì)催化劑的影響，可采取以下措施：①在SCR工藝中，設(shè)置預(yù)除塵裝置以及在省煤器出口置大截面灰斗和除灰格柵；②合理吹灰，降低飛灰在催化劑表面的沉積；③合適的煙氣均布措施；④選擇合適的催化劑類型及性能參數(shù)。如防止蜂窩狀催化劑堵塞應(yīng)選用合適的催化劑節(jié)距和蜂窩尺寸；⑤選擇合適的催化劑量，增加催化劑的體積和表面積；⑥通過適當(dāng)?shù)闹苽涔に?，增加催化劑表面的光滑度，減緩飛灰在催化劑表面的沉積。
2.空預(yù)器堵塞原因分析
硫酸氫銨（ABS）是引起堵塞的主要原因，硫酸氫銨的熔點(diǎn)147℃，主要沉積在煙氣溫區(qū)：230-150℃，有氣態(tài)→液態(tài)→固態(tài)轉(zhuǎn)化，所以按溫度梯度的分布，硫酸氫銨通常沉積在預(yù)熱器中間部位傳熱原件上，在液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)吸附灰分，直接沉積在空預(yù)器的傳熱元件上。
2.1硫酸氫銨生成過程
SCR系統(tǒng)脫銷反應(yīng)未完全耗盡的氨氣，和煙氣中的SO3、水蒸氣很容易產(chǎn)生下列反應(yīng)：
NH3+SO3+H2O→NH4HSO4 （NH3：SO3<2：1時(shí)）
2NH3+SO3+H2O→（NH4）2HSO4 （NH3：SO3>2：1時(shí)）
SCR催化劑同時(shí)將部分SO2轉(zhuǎn)化成SO3，加劇冷端硫酸腐蝕
SO2+O2→SO3 SO3+H2O→H2SO4
2.2氨氣逃逸量過大的原因分析
未經(jīng)反應(yīng)即排出的NH3量就是氨逃逸量，氨氣逃逸量過大直接導(dǎo)致硫酸氫銨的大量產(chǎn)生。
影響氨氣逃逸量過大的主要因素：
（1）進(jìn)口煙氣中NOX濃度過高，為了降低出口煙氣中的NOX濃度而加大噴氨量。
（2）進(jìn)口煙氣中局部NOX濃度過高，但誤認(rèn)為所有煙氣中的NOX濃度都過高而加大噴氨量。
（3）鍋爐運(yùn)行工況發(fā)生變化，而SCR噴氨量未能同步導(dǎo)致氨逃逸量增大。
（4）噴氨格柵發(fā)生泄漏或噴氨格柵局部噴嘴被堵塞。
（5）催化劑使用時(shí)間過長(zhǎng)或損壞、堵塞，導(dǎo)致活性降低。
（6）氨氣逃逸率無法準(zhǔn)確及時(shí)監(jiān)測(cè)。
3.防止空預(yù)器堵塞的措施
3.1降低脫硝入口氮氧化物控制技術(shù)
目前，燃煤電廠煤粉鍋爐脫硝入口NOx約為550mg/Nm3～700mg/Nm3。因此，燃煤電廠必須對(duì)鍋爐實(shí)施NOx控制?？刂芅Ox排放的技術(shù)措施一般包括降低燃燒過程中NOx生成量由此，發(fā)展起了低NOx燃燒技術(shù)。
3.2空預(yù)器改造
為保證SCR改造后空預(yù)器的安全可靠運(yùn)行。同步對(duì)空預(yù)器進(jìn)行了改造，利用原預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)，對(duì)預(yù)熱器的換熱元件，以及元件的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。改造后的換熱元件采用兩層布置設(shè)計(jì)，熱段換熱元件采用緊湊型波紋板、厚度為0.5mm的低碳鋼，冷段換熱元件采用厚度為1mm鍍搪瓷工藝，基材采用搪瓷鋼板。冷、熱段換熱面高度都為1000mm。
改造后的換熱元件波型和高度，保證液態(tài)硫酸氫銨不能在熱端換熱元件一層沉積。在氨逃逸不大于3ppm、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率不大于1%時(shí)，對(duì)脫硝空預(yù)器運(yùn)行無影響，即不影響空預(yù)器的換熱效率、漏風(fēng)率和壓差及換熱元件使用壽命。
3.3嚴(yán)格控制噴氨量與氨逃逸率
控制氨逃逸量，就等于切斷了硫酸氫銨生成的源頭，沒有了硫酸氫銨的沉積，空預(yù)器堵塞的可能性將大大降低。
3.4空預(yù)器吹灰
3.5空預(yù)器沖洗
硫酸氫銨沉積物是高溶于水性的物質(zhì)，利用停爐期間隙或檢修期間，對(duì)空預(yù)器進(jìn)行高壓水沖洗，保證較長(zhǎng)的沖洗時(shí)間，單臺(tái)空預(yù)器控制在48小時(shí)左右，可以達(dá)到很好的效果，條件允許的話，最好將換熱元件全部吊出進(jìn)行沖洗?，F(xiàn)在部分電廠已使用空預(yù)器在線沖洗技術(shù)，根據(jù)我廠的情況，必要時(shí)加裝空預(yù)器在線沖洗設(shè)備，以保證在不停爐的情況下，對(duì)空預(yù)器進(jìn)行水沖洗，達(dá)到降低空預(yù)器前后差壓的效果。
4.結(jié)論
空預(yù)器堵塞不僅影響鍋爐運(yùn)行的安全性而且使鍋爐效率顯著降低，風(fēng)機(jī)單耗明顯增加，排煙溫度升高，嚴(yán)重時(shí)被迫停爐，因此有效預(yù)防和制止空預(yù)器堵塞顯得非常重要。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
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