托電脫硝超低排放改造實踐與探討

賈翔

【摘要】本文介紹了內蒙古大唐國際托克托發電公司600MW機組鍋爐脫硝超低排放改造工程實際情況，特別是在安裝催化劑的選型上以及脫硝系統的煙氣流場的均勻性上尤為重要，通過托電公司已完成的6臺爐脫硝超低排放成功改造的體會，結合自己的實踐經驗，重點討論脫硝超低排放改造中所必須強調注意的問題，以保證脫硝超低排放改造完成投運后，更好的滿足環保要求的排放指標及脫硝各項性能指標測試要求。

【關鍵詞】脫硝；超低排放；改造；問題

1、概述

根據國務院批復實施的《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》的相關規定，結合內蒙古發改委和內蒙古環保廳聯合下發《內蒙古自治區煤電節能減排升級與改造行動計劃》，要求托電公司脫硝煙氣NOX排放濃度標準不大于50mg/Nm3。因此需要對脫硝系統設施進行增容改造。

內蒙古大唐國際托克托發電公司2016年已經完成了6臺600MW機組脫硝超低排放改造。為了保證改造后各項性能指標達到規范要求，結合現場實際，研究并分析總結改造前脫硝系統設備及運行狀況，從優化運行并提高設備工藝角度出發，在改造中要更加完善脫硝體系，真正達到超低排放改造投運后各項性能指標完全符合技術要求。

2、系統簡介

內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司600MW機組為亞臨界機組，脫硝系統改造于2014年6月30日前全部完成。系統均采用低氮燃燒器加選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝，單爐體雙反應器、高灰型SCR結構布置，催化劑層數按2+1模式布置，初裝2層預留1層。脫硝效率不小于80%，NOX排放濃度不大于100mg/Nm3，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3轉換率小于1%。脫硝催化劑采用蜂窩式催化劑，脫硝還原劑采用液氨。反應器安裝雙吹掃裝置，即蒸汽吹灰器和聲波吹灰器。

托電公司1、3、4、5、6、8號爐脫硝超低排放改造于2016年隨機組檢修同步完成并投運。改造后的性能試驗由大唐科研院負責，分別對機組90%、75%、50%的負荷段進行了試驗測試，同時對SCR脫硝反應器出入口的煙氣場即NOx濃度場、溫度場、O2含量分布、SO3濃度、CO濃度分布、反應器出口氨逃逸率分布等進行測試，從整體測試的結果看，各臺爐脫硝超低排放改造技術評估良好，總體性能指標及氮氧化物排放達到超低排放要求。

3、超低排放改造中著重注意的問題

在機組進行超低排放改造前應掌握脫硝系統設備設施的情況特點，根據已知情況全面制定方案。脫硝系統的超低排放改造不單純是增加備用層催化劑那么簡單。首先應從運行角度入手，著重分析脫硝出口的氨逃逸率、理論與實際噴氨量的對比、NOX與脫硫總排口的線性關系等相關情況，匯總脫硝系統可能存在的缺陷；再從停爐檢查脫硝系統反應器、煙道內部催化劑及設施吹損等整體狀況，發現流場的偏差與導流、整流裝置存在的問題等進行綜合分析。針對總結積累的問題，安排必要的動、靜態流場試驗，確定問題所在，一并在脫硝超低排放改造中加以解決處理并修正內部設施安裝的偏差。其目的是為了保證超低排放改造后性能指標符合環保與技術要求。托電公司從實際出發，根據現場實際情況著重從以下方面著手。

問題一：全方位計算并考慮脫硝整體系統的設備能否滿足超低排放改造后運行出力的需要。脫硝初期改造從設計到施工考慮了煤種變化及環保排放要求所提升的空間裕量，反應器催化劑裝填形式設計為2+1，兩層催化劑運行，留有一層備用層。但脫硝稀釋風系統、供氨系統、氨制備系統等滿足不了超低排放改造后的需要。改造中脫硝設備設施盡可能要考慮全，裕量要合理。對上述系統托電公司都做了增容改進，防止因系統內容不匹配，改造完成投運后影響脫硝整體性能指標的控制。

問題二：要考慮脫硝煙氣氨氣混合的均勻性，內部設施的完整性。托電公司定期在機組運行中進行不同負荷下的脫硝出口NOX測試試驗，根據試驗結果，調整噴氨蝶閥的開度以均衡出口煙道同一截面各測點的NOX數據，減少局部氨量過高，防止脫硝出口及脫硫總出口NOX出現倒掛現象，即脫硫出口NOX值高于脫硝出口測點的NOX值。由于不同的負荷下煙氣的流速在煙道的同一截面上不是均勻的發生變化，根據運行的摸索試驗需找到適應于不同負荷下的噴氨蝶閥的最佳開度，但前提必須保證噴氨格柵AIG管道不被煙氣吹損的完整程度。判斷噴氨格柵AIG管道的沖刷泄露可以通過計算噴氨量進行對比，或通過稀釋風量的壓力進行比對，若想使脫硝出口的NOX均衡或逃逸率較低，設施的完整性是關鍵。由于脫硝改造伊始缺乏經驗，AIG管道均采用普通碳鋼，普通碳鋼的耐磨程度較低，運行中吹損泄露嚴重。

對問題的解決處理：（1）改造中對噴氨格柵AIG系統由原來的普通碳鋼材質更換為不銹鋼材質且迎煙面增加防磨護瓦或防磨角鋼，保證AIG系統的完整且噴氨均勻。（2）對原噴氨格柵上部混合管增加防磨角鋼，減少煙氣對混合管的直接沖刷。

問題三：考慮優化并調整脫硝煙氣流場，消除不利于改造后提高運行指標的各種因素。脫硝系統的煙氣流動從脫硝設計時的數模及物模試驗后基本確定，并要求流速偏差最大不超出±15%，流場的均勻性是靠煙道中的導流及整流裝置安裝形式來決定。托電通過熱態流場實驗的測試：在脫硝系統出入口煙道按網格法測試試驗截面煙氣中O2、CO、NOx的濃度；在SCR催化劑上方約0.5m處，按網格法測試斷面的煙氣流速；在脫硝反應器出口按網格法測量NH3逃逸；通過冷態流場試驗的流速測試，在脫硝上層的催化劑層測點按等面積網格法均勻布置，每個網格面積不大于1m2，在每個單元模塊布置2個測點，比對所有測點的流速大小及煙氣垂直于催化劑層面的狀況。綜合冷熱態試驗的結論分析，可斷定造成流場不均的現象原因是與脫硝系統的外形設計、導流板的設計與安裝情況等有關，由于超低排放的控制指標更加嚴格，所以針對煙氣流動偏斜，不能垂直于催化劑層面，運行后催化劑吹損脫落嚴重出現的狀況等，改造中必須加以修正解決。

此問題的解決處理：本次超低排放改造中在原整流格柵下部增加一套平行于催化劑表面的整流格柵，使煙氣經二次整流后混合更為均勻，以減少對催化劑固化端的磨損。

問題四：結合現場實際注意考慮備用層加裝催化劑的選型。脫硝超低排放改造選擇添加備用層催化劑形式也非常關鍵。目前國內基本上采用蜂窩式或板式這兩種催化劑。脫硝改造初期，大多數電廠因是后期改造或考慮空間反應器大小，均采用蜂窩式催化劑，原因是其用量相對占用的體積較小。超低排放改造備用層加裝何種形式催化劑要綜合其他因素來考慮。結合催化劑板式與蜂窩式形式的特點我們可以看出：（1）板式模塊安裝長條開孔，壓損小，抗堵灰能力強。蜂窩式催化劑為正方形開口，結構固定，板式催化劑為長方形開口，具有彈性結構。從開口結構上來看，平板式更不容易堵灰。在壓力損失方面，板式催化劑也有顯著的優勢。一般地說，在同一反應器內，平板式催化劑的空隙率在85%左右，蜂窩式催化劑的空隙率在70%左右。大空隙率意味著小的壓力損失。（2）板式催化劑為不銹鋼柵網骨架結構，抗磨損能力強。蜂窩式催化劑以陶土作為催化劑載體，平板式催化劑以不銹鋼柵網為載體，在煙氣速度較快、同時含灰量較高的情況下，不銹鋼柵網可以有效保護催化劑甚至是下層催化劑免受煙氣中的飛灰對催化劑的磨損。在運行中雖然板式催化劑的頂端有所磨損，但是作為催化劑載體的不銹鋼柵網有效地保護了催化劑的其它部分，防止了催化劑的進一步磨損。煙氣中飛灰對催化劑的磨損是不可避免的，而且隨著運行時間的增加，對催化劑的磨損也逐漸嚴重，如果沒有相應的措施，會導致催化劑完全損壞。（3）板式催化劑含鉬配方，抗中毒能力強。相比于其它催化劑的配方采用TiO2、WO3、V2O5的成分組合，平板式催化劑在此基礎之上加入MoO3，從而使催化劑具有抗砷中毒能力。這是因為MoO3可以同砷元素形成穩定的化合物，保護了V2O5這個催化劑中最具活性的成分不受砷元素的影響，減緩了催化劑的失活，降低了運行成本。再者托電公司脫硝煙氣流場存在一定的問題，反應器上層空間高度為3米，去除催化劑層高度剩余空間只有1.2米，煙氣通過導流板及整流格柵后，直接吹向催化劑層，空間高度緩沖較小，運行中催化劑最上層吹損嚴重，煙氣灰量總體在40g/m3左右，分析了灰的成分及顆粒大小等因素，備用層選用板式催化劑較適合，即防止催化劑各層大面積脫落，又防治催化劑層面積灰。

除以上所述可考慮的問題外，施工過程中還要嚴格把控安裝質量，催化劑層面密封等問題，工程技術人員嚴格把關，完成整體施工后必須進行脫硝系統的冷態試驗，以保證流場均勻及設施的安裝水平。

4、結語

托電公司成功的完成了6臺爐脫硝超低排放改造，改造后脫硝系統運行良好，性能檢測各項指標均達到超低排放標準要求，并已經陸續取得了相應的電價補貼。公司一直將節能減排工作作為公司的重點工作之一，嚴肅履行國有大型企業的社會責任，更加不斷完善脫硝設備設施。到2017年底公司將全部完成所有機組脫硝超低排放改造整體工作。