脫硝催化劑失活對脫硝、空預器的影響

【摘 要】隨著環保要求的日益嚴格，電廠機組采用SCR脫銷工藝控制NOX排放是大勢所趨，很多電廠對鍋爐進行了脫銷改造，對減少NOX的排放，取得了顯著成效，但是逃逸的氨氣會生成硫酸氫銨并沉積在空預器中，導致空預器堵塞，系統阻力增大，影響鍋爐安全、經濟運行。

【關鍵詞】SCR；催化劑失活；硫酸氫銨；空預器；堵塞；氨氣逃逸量

0.概述

部分電廠實施脫銷改造后，在系統投運后容易出現了空預器堵塞現象，現就產生的原因及預防措施分析如下。

1.SCR脫硝裝置催化劑實活的原因分析

1.1煙氣中SO3

燃燒過程中將產生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，但同時也增加了SO2向SO3的轉化量，從而增加了煙氣中SO3的濃度。溫度對SO2向SO3的轉化有很大的作用，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轉化成SO3。溫度較低時，煙氣中SO3與NH3反應產生硫酸銨和硫酸氫銨。硫酸銨和硫酸氫銨是細小的黏性顆粒，硫酸銨為白色固體；硫酸氫銨在160～220℃時為黏性固體，在煙氣溫度過低時，易凝結吸附在催化劑表面和空氣預熱器上，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，會造成空氣預熱器的腐蝕。

防止銨鹽沉積采取的措施有：①設計合理的催化劑配方，降低SO2的轉化率；②減少氨氣的逃逸量。③在低負荷情況下，當脫硝入口煙氣溫度低于300℃時停止噴氨。

1.2催化劑的磨損

磨損主要是由飛灰對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，因此高的煙氣流速和顆粒物濃度會加速這種磨損。除了高溫煙氣的沖刷，SCR系統中吹灰器的運行也會產生明顯的磨損現象。另外，對于蜂窩狀催化劑而言，出現磨損的孔道在流經煙氣時，流動阻力和壓降都會減小，相比之下會有更多的煙氣流過，從而進一步加劇這種磨損效果，而那些表面和邊緣經過處理的催化劑，抗磨損的能力會高些。

防止催化劑磨損采取的措施有：合理設計催化劑；選用合適的煙氣速度；應盡可能地除去煙氣中磨損性較強的大顆粒飛灰。在催化劑設計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。對于平板式催化劑，因其支撐架為金屬網，端部被磨損后，其金屬基材暴露在迎風面，可阻止煙氣的進一步磨損，一般認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，以延長催化劑的機械壽命。此舉還有利于催化劑的清洗和再生。③使用均質催化劑結構。因為在高灰下，催化劑的迎灰面以及內壁都會發生一定程度的磨蝕，表面涂層的催化劑在表面發生磨損后，催化劑的活性會大幅度地降低。燒結、磨損和積灰現象都會引發催化劑的失活，其中積灰對于催化劑的影響是最嚴重的。

1.3煙氣中飛灰（煙塵）

在所有導致SCR催化劑失活的因素當中，積灰是最復雜、影響最大的一個。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，硫酸鹽化的顆粒數目明顯增加，As和Na等元素更容易在小顆粒上富集，進而對催化劑造成嚴重毒害。為減少飛灰對催化劑的影響，可采取以下措施：①在SCR工藝中，設置預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。如防止蜂窩狀催化劑堵塞應選用合適的催化劑節距和蜂窩尺寸；⑤選擇合適的催化劑量，增加催化劑的體積和表面積；⑥通過適當的制備工藝，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147℃，主要沉積在煙氣溫區：230-150℃，有氣態→液態→固態轉化，所以按溫度梯度的分布，硫酸氫銨通常沉積在預熱器中間部位傳熱原件上，在液態向固態轉換時吸附灰分，直接沉積在空預器的傳熱元件上。

2.1硫酸氫銨生成過程

SCR系統脫銷反應未完全耗盡的氨氣，和煙氣中的SO3、水蒸氣很容易產生下列反應：

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4 （NH3：SO3<2：1時）

2NH3+SO3+H2O→（NH4）2HSO4 （NH3：SO3>2：1時）

SCR催化劑同時將部分SO2轉化成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

未經反應即排出的NH3量就是氨逃逸量，氨氣逃逸量過大直接導致硫酸氫銨的大量產生。

影響氨氣逃逸量過大的主要因素：

（1）進口煙氣中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）進口煙氣中局部NOX濃度過高，但誤認為所有煙氣中的NOX濃度都過高而加大噴氨量。

（3）鍋爐運行工況發生變化，而SCR噴氨量未能同步導致氨逃逸量增大。

（4）噴氨格柵發生泄漏或噴氨格柵局部噴嘴被堵塞。

（5）催化劑使用時間過長或損壞、堵塞，導致活性降低。

（6）氨氣逃逸率無法準確及時監測。

3.防止空預器堵塞的措施

3.1降低脫硝入口氮氧化物控制技術

目前，燃煤電廠煤粉鍋爐脫硝入口NOx約為550mg/Nm3～700mg/Nm3。因此，燃煤電廠必須對鍋爐實施NOx控制。控制NOx排放的技術措施一般包括降低燃燒過程中NOx生成量由此，發展起了低NOx燃燒技術。

3.2空預器改造

為保證SCR改造后空預器的安全可靠運行。同步對空預器進行了改造，利用原預熱器的結構，對預熱器的換熱元件，以及元件的支撐結構進行改造。改造后的換熱元件采用兩層布置設計，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轉化率不大于1%時，對脫硝空預器運行無影響，即不影響空預器的換熱效率、漏風率和壓差及換熱元件使用壽命。

3.3嚴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，空預器堵塞的可能性將大大降低。

3.4空預器吹灰

3.5空預器沖洗

硫酸氫銨沉積物是高溶于水性的物質，利用停爐期間隙或檢修期間，對空預器進行高壓水沖洗，保證較長的沖洗時間，單臺空預器控制在48小時左右，可以達到很好的效果，條件允許的話，最好將換熱元件全部吊出進行沖洗。現在部分電廠已使用空預器在線沖洗技術，根據我廠的情況，必要時加裝空預器在線沖洗設備，以保證在不停爐的情況下，對空預器進行水沖洗，達到降低空預器前后差壓的效果。

4.結論

空預器堵塞不僅影響鍋爐運行的安全性而且使鍋爐效率顯著降低，風機單耗明顯增加，排煙溫度升高，嚴重時被迫停爐，因此有效預防和制止空預器堵塞顯得非常重要。 [科]

【參考文獻】

[1]哈爾濱鍋爐廠.空氣預熱器運行及維護手冊.

[2]岑可法，周昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優化運行技術.

[3]東方鍋爐股份有限公，SCR脫銷裝置操作、運行、維護說明.