SCR催化劑活性降低對空預器腐蝕的影響分析

于洪海，陳　利,曲立濤

(1.華電電力科學研究院東北分院,遼寧 沈陽 110179；2.核工業二四〇研究所，遼寧 沈陽 110032)

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SCR催化劑活性降低對空預器腐蝕的影響分析

于洪海1，陳利2,曲立濤1

(1.華電電力科學研究院東北分院,遼寧 沈陽 110179；2.核工業二四〇研究所，遼寧 沈陽 110032)

SCR催化劑是SCR煙氣脫硝工藝的關鍵，SCR催化劑活性降低將會對空預器造成腐蝕影響，通過某燃煤電廠300MW機組實例，分析了SCR催化劑活性降低造成空預器腐蝕的原因，并給出了在實際運行中減輕SCR催化劑活性降低對空預器腐蝕影響的建議。

SCR催化劑；活性降低；空預器腐蝕；對策建議

氮氧化物是主要的大氣污染物之一，能夠引發酸雨和光化學煙霧等現象發生，破壞臭氧層，影響生態環境，危害人類健康[1]。我國90%以上的NOX來自于煤碳、石油、天然氣等礦物質燃料燃燒過程，燃煤電廠是NOX排放的主要單位[2]。“十二五”期間，國家對NOX排放提出了規劃和控制要求，并將NOX列為總量考核指標之一，要求電力行業進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準》中對NOX排放濃度限值有了較以往更加嚴格的要求。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脫硝工藝的關鍵部分，SCR催化劑的性能對燃煤電廠脫硝系統運行效果以及NOX是否能夠達標排放起到關鍵性的影響。目前我國燃煤電廠SCR脫硝工藝采用高灰型工藝布置，將SCR反應器設置在省煤器與空預器之間，經過SCR反應器的煙氣攜帶有大量的飛灰且成分復雜，對催化劑的的活性造成影響；同時由于煙氣未經過脫硫處理，在脫硝的過程中SCR催化劑同時將SO2氧化成SO3，部分SO3與未反應的氨(逃逸的氨)生成NH4HSO4，NH4HSO4具有粘性，會對SCR催化劑及空預器造成危害[4]，進而對機組穩定運行造成影響。因此，本文以某燃煤電廠SCR催化劑活性降低為實例，對空預器腐蝕影響進行分析。

1　SCR催化劑概述

該燃煤電廠為300MW熱電聯產機組，2012年進行SCR脫硝系統改造，2014年投入使用，SCR脫硝系統入口NOX設計濃度400mg/m3(干基、標態、6%O2)，出口NOX設計濃度不大于100mg/m3(干基、標態、6%O2)，脫硝效率按不小于75%進行設計，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3轉化率小于1%，脫硝設計入口煤質含硫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脫硝系統在運行4000h后進行了檢修，SCR催化劑委托相關廠家進行了檢測，在模擬條件下，脫硝效率降低，具體化驗結果見表2。

表2　SCR催化劑活性檢測結果

3　空預器腐蝕概況

2015年8月，該燃煤電廠某機組在設備檢修過程中發現空氣預熱器低溫段不同部位出現了較大面積的腐蝕痕跡，特別是在煙氣流速較低的死角處，部分區域傳熱元件發生嚴重損壞(圖1)。

4　空預器腐蝕原因分析

根據表2中SCR催化劑檢測結果可知，該燃煤電廠SCR催化劑的活性與脫硝效率均不同程度降低，在實際運行過程中，為了確保NOX達標排放，勢必要依靠增加噴氨量來滿足脫硝效率。噴氨量的加大會使NH3/NOX摩爾比增加，進而導致氨逃逸濃度升高。通過查閱DCS歷史曲線，對比2015年2-4月和6-8月的相關歷史曲線發現，在一定的脫硝效率下，6-8月的氨逃逸濃度超過3ppm的情況要多于2-4月，并且在6-8月氨逃逸濃度達到了10ppm以上。

氨逃逸濃度增大以后，煙氣中的SO3與多余的氨反應生成NH4HSO4的幾率大增，NH4HSO4為酸性物質，煙氣經過SCR反應器和空氣預熱器熱段后，排煙溫度降低，當溫度降至185℃以下時，煙氣中已生成的液態NH4HSO4會在空氣預熱器低溫段傳熱元件上凝固，導致空氣預熱器煙氣入口流場分布發生不同程度的變化，造成空氣預熱器低溫段積鹽、結垢與腐蝕。

另外，SCR催化劑對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結合形成H2SO4蒸汽。當受熱面壁溫接近或低于H2SO4蒸汽露點時，H2SO4蒸汽將在壁面上凝結而對壁面產生腐蝕。

5　結論與對策

根據該燃煤電廠空預器腐蝕的實例分析可知，由于SCR催化劑活性降低導致氨逃逸濃度增大，NH4HSO4和H2SO4大量生成是造成空預器腐蝕的主要原因。建議：①定期對催化劑進行包括強檢和活性在內的相關檢測，掌握催化劑的性能情況，及時選擇更換或再生催化劑的工藝，確保脫硝系統的正常投入；②嚴格控制氨逃逸濃度，開展脫硝系統氨濃度場分布試驗，通過調整噴氨格柵的氨氣供應流量，使得整個斷面的NH3/NOX摩爾比趨于均勻，降低脫硝系統氨逃逸濃度，并實現均勻分布；③嚴格把控煤質，控制入爐煤的硫含量及As等重金屬含量，避免煙氣中SO2濃度過高以及催化劑中毒等現象出現。

[1]姜燁，高翔，吳衛紅，等.選擇性催化還原脫硝催化劑失活研究綜述[J].中國機電工程學報，2013,33(14):18-31.

[2]朱法華，劉大鈞，王圣.火電廠NOX排放及控制對策審視[J].環境保護，2009(21)：40-41.

[3]張艦.選擇性催化還原脫硝催化劑失活研究綜述[J].現代工業經濟和信息化，2015,5(18)：53-54.

[4]楊飏.氮氧化物減排技術與煙氣脫硝工程[M].北京：冶金工業出版社,2007.

[5]Strege J R,Zygarlicke C J,Bruce C,et a1.Bench-scale study of interactions between flue gas and cofired ash in an SCR[J].Fuel,2006,85(17-18):2439-2444.

[6] Zheng Y,Jensen A D,Johnsson J E.Laboratory investigation of selective catalytic reduction catalysts:Deactivation by potassium compounds and catalyst generation[J].Industrial & Engineering Chemistry Research,2004,43(4):941-947.

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，沈陽人，碩士，工程師，目前主要從事電廠環境技術監督和污染治理研究工作。

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1673-9655(2016)05-0006-03