某電廠選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)運(yùn)行案例分析

霍小華，胡志健，任翠濤

（1.山西大學(xué)動(dòng)力工程系，太原　030013；2.杭州明銳環(huán)保技術(shù)有限公司，杭州　310012；3.北京華電光大環(huán)保技術(shù)有限公司，北京　102206）

某電廠選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)運(yùn)行案例分析

霍小華1，胡志健2，任翠濤3

（1.山西大學(xué)動(dòng)力工程系，太原030013；2.杭州明銳環(huán)保技術(shù)有限公司，杭州310012；3.北京華電光大環(huán)保技術(shù)有限公司，北京102206）

以某200 MW超高壓中間再熱供熱式汽輪發(fā)電機(jī)組選擇性催化還原（SCR）脫硝系統(tǒng)為例，結(jié)合運(yùn)行中出現(xiàn)的脫硝效率不達(dá)標(biāo)、氨逃逸率不穩(wěn)定、空氣預(yù)熱器堵塞等突出問(wèn)題，分析其原因?yàn)槊撓跸到y(tǒng)長(zhǎng)期脫離設(shè)計(jì)值運(yùn)行、部分空氣預(yù)熱器堵塞等。提出了解決措施，設(shè)計(jì)脫硝系統(tǒng)最低安全運(yùn)行溫度，確保實(shí)際運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器內(nèi)催化劑入口煙氣分布均勻，定期檢測(cè)催化劑物性指標(biāo)，為電站鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行提供指導(dǎo)。

選擇性催化還原；脫硝系統(tǒng)；氮氧化物；排放；氨逃逸

0　引言

目前，選擇性催化還原技術(shù)（SCR）因其高效性、選擇性和經(jīng)濟(jì)性而被電廠廣泛應(yīng)用。對(duì)于SCR脫硝系統(tǒng)而言，催化劑在其中起著至關(guān)重要的作用，但投資成本高，且使用壽命受限，安裝或更換新的催化劑需進(jìn)一步增加投資成本。如何保證催化劑在壽命周期內(nèi)發(fā)揮良好的脫硝性能，延長(zhǎng)其使用壽命，對(duì)脫硝系統(tǒng)及整個(gè)機(jī)組意義重大［1-2］，需要電廠在脫硝系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中嚴(yán)格按照催化劑運(yùn)行規(guī)范進(jìn)行操作，保證SCR脫硝系統(tǒng)安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

本文以某電廠SCR裝置為例，對(duì)催化劑運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出SCR脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行及管理方面的建議。

1　設(shè)備概況

某電廠2臺(tái)機(jī)組為220 MW超高壓中間再熱供熱式汽輪發(fā)電機(jī)組，于2006年9月和2006年11月相繼投入運(yùn)行。煙氣脫硝裝置須滿足機(jī)組正常運(yùn)行負(fù)荷要求，能適應(yīng)鍋爐40%～100%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）運(yùn)行。在當(dāng)前燃煤條件下，已進(jìn)行了低氮燃燒改造，煙氣脫硝SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件如下：入口NOx質(zhì)量濃度為350 mg/m3（標(biāo)態(tài)，下同），入口溫度為361.7℃，設(shè)計(jì)脫硝效率不低于80%，催化劑為2+1模式，脫硝反應(yīng)器初裝2層板式催化劑，布置在鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器（以下簡(jiǎn)稱空預(yù)器）之間，每臺(tái)鍋爐配置2臺(tái)SCR反應(yīng)器，煙氣從上往下垂直流過(guò)反應(yīng)器。

2　運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題

目前其中1臺(tái)機(jī)組已于2014年10月投入運(yùn)行，通過(guò)168 h試運(yùn)行，主要參數(shù)運(yùn)行良好，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的運(yùn)行，目前主要出現(xiàn)以下問(wèn)題：（1）脫硝系統(tǒng)長(zhǎng)期偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行；（2）氨逃逸率不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)超標(biāo)情況，運(yùn)行中氨逃逸率檢測(cè)儀表數(shù)值不穩(wěn)定；（3）部分空預(yù)器堵塞，由于燃煤灰分較高，對(duì)催化劑磨損嚴(yán)重，當(dāng)電廠運(yùn)行溫度較低時(shí)，過(guò)量的NH3與SO3反應(yīng)生成NH4HSO4，NH4HSO4低溫時(shí)具有很強(qiáng)的黏結(jié)性，容易黏在空預(yù)器的冷段蓄熱片上，造成空預(yù)器堵塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響鍋爐的安全運(yùn)行。

3　原因分析

3.1脫硝系統(tǒng)長(zhǎng)期偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行

3.1.1處理量偏離設(shè)計(jì)工況

鍋爐設(shè)計(jì)脫硝系統(tǒng)入口NOx質(zhì)量濃度為350 mg/m3，入口溫度為361.7℃，但據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，#1機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)入口NOx質(zhì)量濃度在400 mg/m3以上，有時(shí)甚至達(dá)到600 mg/m3；入口煙溫長(zhǎng)期維持在300.0℃左右，且從未達(dá)到過(guò)設(shè)計(jì)溫度361.7℃。實(shí)際運(yùn)行情況嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值，如果按照實(shí)際運(yùn)行情況核算，催化劑體積偏小，存在催化劑過(guò)載的現(xiàn)象，因此脫硝效率可能偏低。

3.1.2脫硝溫度偏離設(shè)計(jì)工況

由于催化劑只在特定的溫度范圍內(nèi)才起作用，因此SCR系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)設(shè)置有最低和最高噴氨保護(hù)溫度值，低于和高于該溫度時(shí)，脫硝裝置均應(yīng)停止噴氨。如果催化劑長(zhǎng)期高于最高噴氨溫度，容易使催化劑比表面積減小，造成催化劑燒結(jié)而永久性失效。但目前該機(jī)組脫硝系統(tǒng)在300.0℃左右長(zhǎng)期運(yùn)行，反應(yīng)器內(nèi)溫度長(zhǎng)時(shí)間低于最低噴氨溫度，易造成逃逸的NH3與SO3生成NH4HSO4，NH4HSO4在低溫時(shí)具有黏結(jié)性，堵塞催化劑通道和微孔，使反應(yīng)活性位減少，造成催化劑脫硝效率下降。若按照催化劑運(yùn)行管理要求，脫硝系統(tǒng)低于310℃運(yùn)行時(shí)間超過(guò)4 h，系統(tǒng)必須要在高于340℃的條件下運(yùn)行5 h，此時(shí)催化劑表面黏著的銨鹽發(fā)生分解，恢復(fù)催化劑的活性。若脫硝系統(tǒng)長(zhǎng)期低于310℃運(yùn)行，而后即使再升高溫度，催化劑活性也難以恢復(fù)，致使脫硝效率下降。

3.1.3設(shè)備布置偏離設(shè)計(jì)工藝

在SCR實(shí)際應(yīng)用中，反應(yīng)器進(jìn)、出口煙道外形設(shè)計(jì)，尤其是反應(yīng)器進(jìn)口段的設(shè)計(jì)，往往決定了反應(yīng)器內(nèi)部煙氣流場(chǎng)的分布、NH3與煙氣混合的均勻性等重要反應(yīng)參數(shù)。由于煙氣、飛灰及NH3在反應(yīng)器進(jìn)、出口的分布直接影響著脫硝效率，因此，SCR反應(yīng)器及其連接煙道、NH3/空氣混合器（AIG）的布置及設(shè)計(jì)在整個(gè)SCR系統(tǒng)中起著與催化劑同等重要的作用。

本項(xiàng)目省煤器出口至反應(yīng)器煙道設(shè)計(jì)較復(fù)雜，常規(guī)煙道設(shè)計(jì)是從省煤器出口設(shè)置一段垂直煙道后直接進(jìn)入反應(yīng)器入口，而本項(xiàng)目從省煤器出口至反應(yīng)器出口煙道有多個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)和變徑，需要采用導(dǎo)流裝置進(jìn)行流場(chǎng)調(diào)整，保證入口煙氣速度、煙溫和煙氣成分分布偏差滿足要求，否則易發(fā)生煙氣速度不均和NH3分布不均現(xiàn)象，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)入口煙氣流量和煙氣成分偏差過(guò)大，脫硝性能偏低。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察，煙道中導(dǎo)流板未完全按照計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模擬設(shè)計(jì)圖紙中位置進(jìn)行布置，因此初步判斷該項(xiàng)目流場(chǎng)設(shè)計(jì)存在較大偏差是造成脫硝效率不達(dá)標(biāo)的又一因素。

3.2氨逃逸率不穩(wěn)定問(wèn)題

氨逃逸率不穩(wěn)定與催化劑脫硝效率下降有直接關(guān)系，影響因素基本一致，如煙氣工況不穩(wěn)定、煙氣運(yùn)行參數(shù)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值、煙氣流場(chǎng)分布不勻等，本項(xiàng)目氨逃逸率檢測(cè)儀表讀數(shù)不穩(wěn)定也容易造成氨逃逸率不穩(wěn)定。

3.3部分空預(yù)器堵塞

空預(yù)器堵塞主要是由于冷段蓄熱片黏結(jié)硫銨鹽，硫銨鹽具有黏結(jié)性，容易吸附飛灰，堵塞換熱元件孔洞，造成空預(yù)器熱差壓異常［3］。該項(xiàng)目脫硝系統(tǒng)噴氨量設(shè)計(jì)值為80 kg/h左右，但現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示#1機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)量噴氨現(xiàn)象，有時(shí)噴氨量能達(dá)到100kg/h以上，過(guò)量噴氨使氨逃逸率增加，加劇尾部空預(yù)器堵塞。

4　解決措施

（1）設(shè)置脫硝最低安全運(yùn)行溫度，避免催化劑長(zhǎng)期在最低安全運(yùn)行溫度以下運(yùn)行，避免由于低溫運(yùn)行而使催化劑活性下降，導(dǎo)致過(guò)量噴氨，造成銨鹽沉積。該措施可提高催化劑的效率和穩(wěn)定性。

（2）應(yīng)高度重視煙道導(dǎo)流裝置的設(shè)計(jì)和施工，增加流場(chǎng)測(cè)試口，避免由于流場(chǎng)不均導(dǎo)致氣流偏斜和組分分布不均，及由此引發(fā)的煙氣流場(chǎng)不勻、氨噴射系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)、組分不均造成反應(yīng)器出口局部區(qū)域氨逃逸過(guò)量。該措施可延長(zhǎng)催化劑壽命，提高設(shè)備的安全性。

（3）對(duì)煤質(zhì)分析做出正確評(píng)估，避免實(shí)際燃燒煤質(zhì)與脫硝工程設(shè)計(jì)煤質(zhì)偏離太大，確定灰分、硫分及煙氣成分，確保脫硝催化劑用量在合理范圍內(nèi)，既滿足節(jié)能減排的發(fā)展要求，又提高了催化劑和反應(yīng)器的利用效率，確保脫硝系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，合理控制SCR系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，提高電廠經(jīng)濟(jì)效益。

5　結(jié)論

本文以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況為切入點(diǎn)，為電站鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行提供指導(dǎo)。通過(guò)分析某電廠SCR脫硝系統(tǒng)主要問(wèn)題，得出如下結(jié)論：（1）避免將SCR脫硝裝置進(jìn)、出口煙氣參數(shù)作為脫硝噴氨量控制的唯一依據(jù)，消除還原劑浪費(fèi)、氨逃逸超標(biāo)和空預(yù)器堵塞隱患。（2）在SCR技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，利用盡可能多的設(shè)計(jì)手段，保證實(shí)際運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器內(nèi)催化劑入口煙氣分布均勻。（3）嚴(yán)格控制脫硝系統(tǒng)運(yùn)行溫度，避免長(zhǎng)期在安全運(yùn)行溫度以下運(yùn)行。（4）定期檢測(cè)催化劑活性，對(duì)催化劑的壽命進(jìn)行預(yù)估，掌握催化劑活性變化情況及實(shí)際運(yùn)行中催化劑失效、燒結(jié)、自然失活的程度，提供解決方案及運(yùn)行建議，制訂合適的運(yùn)行維護(hù)計(jì)劃，控制SCR系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，提高電廠經(jīng)濟(jì)效益。

［1］張潔，張楊.燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題研究［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27（2）：38-41.

［2］張莉，朱躍，何勝，等.某火電廠選擇性催化還原脫硝催化劑運(yùn)行前后檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析［J］.華電技術(shù)，2014，36（10）：59-62.

［3］羅江勇，呂新樂(lè).鍋爐低負(fù)荷工況下脫硝系統(tǒng)投運(yùn)率提高的改造技術(shù)［J］.中國(guó)電力，2015，48（11）：138-141.

（本文責(zé)編：弋洋）

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1674-1951（2016）08-0075-02

2016-03-11；

2016-08-01

霍小華（1985—），女，山西臨汾人，講師，工學(xué)碩士，從事固體燃料的高效清潔利用方面的工作（E-mail：spring.hxh＠163.com）。

胡志?。?981—），男，浙江杭州人，工程師，從事火電廠煙氣污染治理方面的工作。

任翠濤（1987—），女，河北石家莊人，脫硝工程師，工學(xué)碩士，從事火電廠煙氣污染治理方面的工作。