托克托電廠脫硝催化劑吹損原因分析

摘 要： 本文介紹了內(nèi)蒙古大唐托克托發(fā)電公司鍋爐脫硝運(yùn)行中催化劑出現(xiàn)的問題，分析催化劑出現(xiàn)問題的原因及防止措施，保證脫硝效率、氨逃逸、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率在合格范圍內(nèi)，使脫硝催化劑在壽命周期內(nèi)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：催化劑 吹損

Tuoketuo Power Plant Catalyst Analysis of Damage

Liujianjun

（InnerMonglia Datang International Tuoketuo Power Generation Co.Ltd.，Tuoketuo 010206，China）

Abstract： This article describes the Inner Mongolia Datang Tuoketuo Power Generation Company boiler denitration catalyst operation problems， analyze the causes of the problem and to prevent the emergence of catalyst measures to ensure the efficiency of denitrification， ammonia slip， SO2 / SO3 conversion rate within the acceptable range， so that the denitration catalyst in the life cycle safe and economical operation。

Key words： The catalyst； blowing loss

中圖分類號：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）10-0272-02

引言

內(nèi)蒙古大唐托克托發(fā)電公司600MW機(jī)組（#1、#2）鍋爐為亞臨界參數(shù)、強(qiáng)制循環(huán)、四角切圓燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架懸吊緊身全封閉型汽包爐；#3-#8鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒、尾部雙煙道、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架懸吊緊身全封閉型汽包爐。

根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）相關(guān)規(guī)定，內(nèi)蒙古大唐托克托發(fā)電公司對600MW機(jī)組進(jìn)行低氮燃燒器改造，并安裝煙氣脫硝系統(tǒng)，2014年7月11日托電公司600MW機(jī)組已全部完成低氮燃燒器和脫硝系統(tǒng)改造且全部投入生產(chǎn)運(yùn)行，脫硝各項性能指標(biāo)較好，煙氣排放完全滿足環(huán)保要求。托電公司煙氣脫硝技術(shù)為國內(nèi)燃煤電廠普遍采用的SCR煙氣脫硝技術(shù)，除4號爐催化劑層數(shù)按1+2模式布置，初裝1層預(yù)留2層外，其它爐均采用催化劑層數(shù)按2+1模式布置，初裝2層預(yù)留1層。在設(shè)計煤種及校核煤種、鍋爐最大連續(xù)出力工況（BMCR）、處理100%煙氣量、在布置1層催化劑條件下脫硝效率不小于50%，在布置2層催化劑條件下脫硝效率不小于80%。脫硝還原劑采用液氨。反應(yīng)器安裝雙吹掃裝置，即蒸汽吹灰器和聲波吹灰器。脫硝系統(tǒng)催化劑全部為蜂窩式，催化劑是SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的核心部件，其性能直接影響整體脫硝效果，且其初期投資約占項目投資的30%-50%，決定著SCR脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行成本。催化劑活性好壞不僅會影響系統(tǒng)的脫硝效率和煙氣NOX的達(dá)標(biāo)排放，而且會造成還原劑NH3的夾帶量的增加，影響下游設(shè)備正常運(yùn)行，引發(fā)機(jī)組安全事故。本文講述了托克托發(fā)電公司脫硝催化劑損壞的原因，制定防止催化劑損壞的措施。

一、存在的問題

自2013年7月檢查發(fā)現(xiàn)托電公司三、四期鍋爐（#5-#8鍋爐）SCR脫硝催化劑吹損較為嚴(yán)重，其中中間部位較兩側(cè)吹損嚴(yán)重，A側(cè)催化劑吹損較B側(cè)嚴(yán)重，局部模塊內(nèi)單體已全部脫落，催化劑防護(hù)網(wǎng)已全部吹損，催化劑吹損部位大體沿爐后方向分布，催化劑上方整流格柵局部脫落。催化劑吹損出現(xiàn)孔洞后造成NH3/NOX摩爾比分布不均勻，氨和煙氣混合較差，計算出理論所需的噴氨量不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致鍋爐出口氮氧化物濃度不易控制，實際用氨量增高，氨逃逸率增大，實際用氨量增高，經(jīng)濟(jì)效果較差。最主要的是從脫硝反應(yīng)器逃逸的部分氨與煙氣中的SO3和H2O反應(yīng)生成硫酸氫氨，與煙氣中的灰塵一起粘附在空預(yù)器的換熱元件上，增加了空預(yù)器堵塞和腐蝕風(fēng)險，空預(yù)器差壓增大，通煙受阻，影響鍋爐效率。另外氨逃逸過大時對脫硫系統(tǒng)也將造成不良后果。

二、現(xiàn)象

1.供氨量增大，氨逃逸率逐步增大，脫硝出口氮氧化物與脫硫出口氮氧化物偏差較大，通過噴氨蝶閥無法調(diào)整平衡脫硝出口NOX含量，脫硝出口實際氮氧化物超標(biāo)，脫硝效率下降。

2.氨逃逸增大后在脫硝下游生成硫酸氫氨粘附在空預(yù)器蓄熱元件表面上，造成換熱元件堵灰，空預(yù)器壓差增大，引風(fēng)機(jī)電耗增加。

三、原因分析

1.煙氣飛灰顆粒磨損是催化劑吹損的主要原因，根據(jù)催化劑吹損分布規(guī)律可看出煙氣流場分布已偏離設(shè)計工況。實際運(yùn)行工況與設(shè)計模型存在偏差，導(dǎo)致煙氣流場偏離設(shè)計工況，整流格柵、支撐、導(dǎo)流板與催化劑的磨損情況大致對應(yīng)。做為迎風(fēng)面的上層催化劑不僅吹損嚴(yán)重，其頂端的不銹鋼防護(hù)網(wǎng)也基本全部吹損，可見煙氣流速局部過大，煙氣流場偏離設(shè)計值是催化劑吹損的直接原因，煙氣流場不均勻的原因與設(shè)計、施工、運(yùn)行調(diào)整等方面有關(guān)。

2.催化劑機(jī)械強(qiáng)度和磨耗率偏低，經(jīng)檢測催化劑硬化端磨損測試結(jié)果為 0.2887 %/kg ，說明催化劑機(jī)械性強(qiáng)度較低。

3.脫硝反應(yīng)器人孔門、測孔、吹灰器、壁板不嚴(yán)漏風(fēng)，長時間漏風(fēng)使催化劑強(qiáng)度、硬度降低，最終導(dǎo)致催化劑損壞。

4.煙氣溫度低于310℃時，氨氣與煙氣中的三氧化硫反應(yīng)生成氨鹽，造成催化劑磨損和堵塞，使催化劑活性降低。

5.燃煤灰分中鈣含量較高極易引起結(jié)球磨損，從檢測結(jié)果上看氧化鈣含量為2.965%，正常應(yīng)該1%-2%。鈣含量高容易形成灰球，催化劑磨損會較嚴(yán)重。

6.事故狀態(tài)對催化劑有較大的影響。未完全燃燒的煤粉和油霧在催化劑表面二次燃燒時，過度的熱量會使催化劑遭受物理和化學(xué)損壞。鍋爐滅火和甩負(fù)荷時，煙氣溫度迅速下降，脫硝系統(tǒng)停運(yùn)，催化劑中殘余的氨較多，形成硫酸氫銨沉淀，堵塞催化劑微孔，使催化劑活性降低。爐管四管泄漏時對催化劑損害較大，特別是尾部受熱面泄漏時影響最大，大量的水汽隨煙氣進(jìn)入催化劑，如在催化劑表面形成水滴，在較短的時間內(nèi)造成催化劑的壽命損耗，并加快催化劑的堿金屬中毒。

四、預(yù)防措施

1.校核脫硝煙氣流場實際分布情況，對流場的校核不要局限于設(shè)計階段的數(shù)模和物模，需現(xiàn)場測量脫硝出、入口煙速每個催化劑模塊處煙速，在反應(yīng)器內(nèi)部懸掛彩旗，觀察彩旗走向，直觀反應(yīng)出煙氣流場的走向，掌握煙氣流場冷、熱態(tài)真實分布情況，為運(yùn)行調(diào)整及脫硝系統(tǒng)整改提供準(zhǔn)確依據(jù)。加強(qiáng)燃燒調(diào)整，消除爐膛出口存在的煙氣殘余旋轉(zhuǎn)，減少脫硝反應(yīng)器兩側(cè)煙氣量偏差。降低煙氣中灰塵含量，以減少煙氣中飛灰顆粒對催化劑、噴氨管的沖刷。充分利用停爐機(jī)會，修復(fù)或更換吹損的煙氣擋板、導(dǎo)流板、整流格柵，煙氣擋板、導(dǎo)流板噴涂防磨材料，力爭使煙氣流場分布趨于均勻。定期沖洗空預(yù)器蓄熱元件，減少空預(yù)器堵塞，保證脫硝系統(tǒng)兩側(cè)煙氣流量平衡。

2.提高催化劑防磨性能，可考慮在催化劑迎風(fēng)面端部做硬化處理，提高催化劑抗沖刷能力。

3.治理脫硝反應(yīng)器漏點(diǎn)，定期對壓縮空氣進(jìn)行疏水，杜絕冷風(fēng)、水汽漏入反應(yīng)器。

4.定期化驗入爐煤成分及灰分成分。

5.運(yùn)行中嚴(yán)格根據(jù)煙氣參數(shù)確定脫硝裝置投退，煙氣溫度在310℃-420℃時方可投入脫硝運(yùn)行，當(dāng)煙氣溫度或機(jī)組負(fù)荷偏低時及時投入煙氣旁路裝置；煙氣溫度升至410℃時，采取加強(qiáng)鍋爐吹灰，降低火焰中心高度，切換磨煤機(jī)運(yùn)行等方法，如煙氣溫度仍在上升，應(yīng)申請降低機(jī)組負(fù)荷以保護(hù)脫硝催化劑。鍋爐四管泄漏時檢查省煤器灰斗是否有水排出，若煙氣中帶有水汽，申請停爐，停爐后可對催化劑進(jìn)行吹掃。

五、托克托發(fā)電公司目前已采取的措施

1.已實測#1、#7爐脫硝煙氣流場冷、熱態(tài)分布情況，選取負(fù)荷工況為600MW、450MW、350MW，按網(wǎng)格法測量反應(yīng)器出、入口截面的煙氣速度、氧量、NOX濃度、煙氣溫度、氨逃逸，重新核實理論設(shè)計。

#7爐脫硝反應(yīng)器入口速度場測點(diǎn)分布圖：

煙氣速度測孔位于第二層催化劑上方約0.5m，A/B兩側(cè)反應(yīng)器外側(cè)各布置7個測孔，按照從靠近爐膛到遠(yuǎn)離爐膛的順序編號為A1—A7、B1—B7；A/B脫硝反應(yīng)器外側(cè)各布置23個測孔，按照從外到內(nèi)編號1、2、3。在脫硝系統(tǒng)入口水平煙道位置均勻開孔各11個，安裝試驗管座，用于測量煙道內(nèi)O2、NOx的分布。溫度測點(diǎn)測點(diǎn)位置同NOx等參數(shù)的測點(diǎn)位置。將熱電阻組深入煙道內(nèi)，每組熱電阻組包含四根熱電阻，分別測煙道內(nèi)1m深，2m深，3m深，4m深處煙氣的溫度。

600MW工況A側(cè)反應(yīng)器邊側(cè)煙氣速度分布（m/s）：

600MW工況B側(cè)反應(yīng)器邊側(cè)煙氣速度分布：

測量顯示SCR-A側(cè)側(cè)面測量截面的平均速度為6.68m/s， SCR-B側(cè)側(cè)面測量截面的平均速度為5.77m/s， SCR脫硝系統(tǒng)流速分布沿寬度方向從靠近爐膛一側(cè)到遠(yuǎn)離爐膛一側(cè)呈增大趨勢，這與#7爐催化劑吹損情況一致。綜合各典型工況煙氣流速分布情況，制定流場優(yōu)化方案，現(xiàn)改造備件已到貨，計劃在停爐時實施改造。

2.進(jìn)行入爐煤及灰分化驗。

3.檢測催化劑化學(xué)成分、機(jī)械強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度。

4.停爐時檢查導(dǎo)流板、整流格柵磨損情況，消除反應(yīng)器漏點(diǎn)，定期對空預(yù)器進(jìn)行沖洗，定期分析脫硝系統(tǒng)各項指標(biāo)，聯(lián)系運(yùn)行專工及時調(diào)整脫硝反應(yīng)器兩側(cè)煙氣量，使兩側(cè)煙氣流場趨于均勻。

六、結(jié)束語

托克托發(fā)電公司SCR脫硝系統(tǒng)已運(yùn)行近3年，在生產(chǎn)現(xiàn)場不斷的檢查、分析、探索，逐步摸索脫硝系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整、設(shè)備維護(hù)的規(guī)律，加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整，消除煙氣流場存在的偏差因素，嚴(yán)格催化劑入廠檢測，是保證鍋爐脫硝催化劑安全運(yùn)行的根本。找準(zhǔn)影響催化劑壽命的關(guān)鍵因素并加以改進(jìn)，才能保證催化劑在使用周期內(nèi)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]夏懷祥. 段傳和.選擇性催化還原法煙氣脫硝[M]中國電力出版社

作者簡介：劉建軍，男，（1978.8-），漢族，2002年華北電力大學(xué)本科畢業(yè)，現(xiàn)為托克托發(fā)電公司設(shè)備部脫硝點(diǎn)檢員，工程師職稱，主要從事脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作。