SCR催化劑活性降低對(duì)空預(yù)器腐蝕的影響分析

于洪海，陳　利,曲立濤

(1.華電電力科學(xué)研究院東北分院,遼寧 沈陽(yáng) 110179；2.核工業(yè)二四〇研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110032)

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SCR催化劑活性降低對(duì)空預(yù)器腐蝕的影響分析

于洪海1，陳利2,曲立濤1

(1.華電電力科學(xué)研究院東北分院,遼寧 沈陽(yáng) 110179；2.核工業(yè)二四〇研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110032)

SCR催化劑是SCR煙氣脫硝工藝的關(guān)鍵，SCR催化劑活性降低將會(huì)對(duì)空預(yù)器造成腐蝕影響，通過(guò)某燃煤電廠300MW機(jī)組實(shí)例，分析了SCR催化劑活性降低造成空預(yù)器腐蝕的原因，并給出了在實(shí)際運(yùn)行中減輕SCR催化劑活性降低對(duì)空預(yù)器腐蝕影響的建議。

SCR催化劑；活性降低；空預(yù)器腐蝕；對(duì)策建議

氮氧化物是主要的大氣污染物之一，能夠引發(fā)酸雨和光化學(xué)煙霧等現(xiàn)象發(fā)生，破壞臭氧層，影響生態(tài)環(huán)境，危害人類健康[1]。我國(guó)90%以上的NOX來(lái)自于煤碳、石油、天然氣等礦物質(zhì)燃料燃燒過(guò)程，燃煤電廠是NOX排放的主要單位[2]?！笆濉逼陂g，國(guó)家對(duì)NOX排放提出了規(guī)劃和控制要求，并將NOX列為總量考核指標(biāo)之一，要求電力行業(yè)進(jìn)行低氮燃燒改造及煙氣脫硝工程，2011年頒布的《GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)NOX排放濃度限值有了較以往更加嚴(yán)格的要求。由于SCR(選擇性催化還原)煙氣脫硝工藝的脫硝效率可高達(dá)90%[3]，該工藝被燃煤電廠廣泛采用。其主要是利用催化劑將煙氣中的NOX有選擇性地還原成N2和H2O，因此催化劑是SCR脫硝工藝的關(guān)鍵部分，SCR催化劑的性能對(duì)燃煤電廠脫硝系統(tǒng)運(yùn)行效果以及NOX是否能夠達(dá)標(biāo)排放起到關(guān)鍵性的影響。目前我國(guó)燃煤電廠SCR脫硝工藝采用高灰型工藝布置，將SCR反應(yīng)器設(shè)置在省煤器與空預(yù)器之間，經(jīng)過(guò)SCR反應(yīng)器的煙氣攜帶有大量的飛灰且成分復(fù)雜，對(duì)催化劑的的活性造成影響；同時(shí)由于煙氣未經(jīng)過(guò)脫硫處理，在脫硝的過(guò)程中SCR催化劑同時(shí)將SO2氧化成SO3，部分SO3與未反應(yīng)的氨(逃逸的氨)生成NH4HSO4，NH4HSO4具有粘性，會(huì)對(duì)SCR催化劑及空預(yù)器造成危害[4]，進(jìn)而對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。因此，本文以某燃煤電廠SCR催化劑活性降低為實(shí)例，對(duì)空預(yù)器腐蝕影響進(jìn)行分析。

1　SCR催化劑概述

該燃煤電廠為300MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，2012年進(jìn)行SCR脫硝系統(tǒng)改造，2014年投入使用，SCR脫硝系統(tǒng)入口NOX設(shè)計(jì)濃度400mg/m3(干基、標(biāo)態(tài)、6%O2)，出口NOX設(shè)計(jì)濃度不大于100mg/m3(干基、標(biāo)態(tài)、6%O2)，脫硝效率按不小于75%進(jìn)行設(shè)計(jì)，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%，脫硝設(shè)計(jì)入口煤質(zhì)含硫0.37%，入口SO2濃度為1100mg/m3。SCR催化劑采用目前常用的釩鈦基催化劑，具體成分見(jiàn)表1。

表1　SCR催化劑成分　(%w)

2　SCR催化劑活性變化

目前研究表明，燃煤電廠SCR催化劑的失活速率約為每1000h脫硝效率降低0.7%，催化劑一般3～5a就需要更換[5,6]。該燃煤電廠SCR脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行4000h后進(jìn)行了檢修，SCR催化劑委托相關(guān)廠家進(jìn)行了檢測(cè)，在模擬條件下，脫硝效率降低，具體化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　SCR催化劑活性檢測(cè)結(jié)果

3　空預(yù)器腐蝕概況

2015年8月，該燃煤電廠某機(jī)組在設(shè)備檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器低溫段不同部位出現(xiàn)了較大面積的腐蝕痕跡，特別是在煙氣流速較低的死角處，部分區(qū)域傳熱元件發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞(圖1)。

4　空預(yù)器腐蝕原因分析

根據(jù)表2中SCR催化劑檢測(cè)結(jié)果可知，該燃煤電廠SCR催化劑的活性與脫硝效率均不同程度降低，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，為了確保NOX達(dá)標(biāo)排放，勢(shì)必要依靠增加噴氨量來(lái)滿足脫硝效率。噴氨量的加大會(huì)使NH3/NOX摩爾比增加，進(jìn)而導(dǎo)致氨逃逸濃度升高。通過(guò)查閱DCS歷史曲線，對(duì)比2015年2-4月和6-8月的相關(guān)歷史曲線發(fā)現(xiàn)，在一定的脫硝效率下，6-8月的氨逃逸濃度超過(guò)3ppm的情況要多于2-4月，并且在6-8月氨逃逸濃度達(dá)到了10ppm以上。

氨逃逸濃度增大以后，煙氣中的SO3與多余的氨反應(yīng)生成NH4HSO4的幾率大增，NH4HSO4為酸性物質(zhì)，煙氣經(jīng)過(guò)SCR反應(yīng)器和空氣預(yù)熱器熱段后，排煙溫度降低，當(dāng)溫度降至185℃以下時(shí)，煙氣中已生成的液態(tài)NH4HSO4會(huì)在空氣預(yù)熱器低溫段傳熱元件上凝固，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器煙氣入口流場(chǎng)分布發(fā)生不同程度的變化，造成空氣預(yù)熱器低溫段積鹽、結(jié)垢與腐蝕。

另外，SCR催化劑對(duì)SO2的氧化形成SO3起到一定的催化作用，生成的SO3與煙氣中的水蒸氣會(huì)結(jié)合形成H2SO4蒸汽。當(dāng)受熱面壁溫接近或低于H2SO4蒸汽露點(diǎn)時(shí)，H2SO4蒸汽將在壁面上凝結(jié)而對(duì)壁面產(chǎn)生腐蝕。

5　結(jié)論與對(duì)策

根據(jù)該燃煤電廠空預(yù)器腐蝕的實(shí)例分析可知，由于SCR催化劑活性降低導(dǎo)致氨逃逸濃度增大，NH4HSO4和H2SO4大量生成是造成空預(yù)器腐蝕的主要原因。建議：①定期對(duì)催化劑進(jìn)行包括強(qiáng)檢和活性在內(nèi)的相關(guān)檢測(cè)，掌握催化劑的性能情況，及時(shí)選擇更換或再生催化劑的工藝，確保脫硝系統(tǒng)的正常投入；②嚴(yán)格控制氨逃逸濃度，開(kāi)展脫硝系統(tǒng)氨濃度場(chǎng)分布試驗(yàn)，通過(guò)調(diào)整噴氨格柵的氨氣供應(yīng)流量，使得整個(gè)斷面的NH3/NOX摩爾比趨于均勻，降低脫硝系統(tǒng)氨逃逸濃度，并實(shí)現(xiàn)均勻分布；③嚴(yán)格把控煤質(zhì)，控制入爐煤的硫含量及As等重金屬含量，避免煙氣中SO2濃度過(guò)高以及催化劑中毒等現(xiàn)象出現(xiàn)。

[1]姜燁，高翔，吳衛(wèi)紅，等.選擇性催化還原脫硝催化劑失活研究綜述[J].中國(guó)機(jī)電工程學(xué)報(bào)，2013,33(14):18-31.

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Analysis on the SCR Catalyst Activity Reducing the Effects of Corrosion to the Air Preheater

YU Hong-hai1,CHEN Li2,QU Li-tao1

(1.Huadian Electric Power Research Institute Northeast Branch, Shenyang Liaoning 110179 ,China)

SCR catalyst is the key to SCR flue gas denigration technology. The decrease of SCR catalyst activity will cause the corrosion effect on the air preheater. A case of a coal-fired power plant with 300 mw unit was taken as an example to analyze the influences of SCR catalyst activity to the air preheater. The advices of reducing the impacts of SCR catalyst activity on the air preheater were given.

SCR catalysts; reduce in activity; air preheater corrosion; advice

2016-05-10

于洪海(1982-)，男，沈陽(yáng)人，碩士，工程師，目前主要從事電廠環(huán)境技術(shù)監(jiān)督和污染治理研究工作。

X51

A

1673-9655(2016)05-0006-03