超低排放SCR脫硝裝置的問題與解決對(duì)策

崔 社

（國家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司，重慶 401122）

SCR脫硝裝置憑借技術(shù)成熟、脫硝效率高、還原劑NH3價(jià)廉易得、煤種適應(yīng)范圍寬、適宜大容量機(jī)組NOx超低排放運(yùn)營等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于我國火力發(fā)電企業(yè)。

煙氣系統(tǒng)的積灰堵塞、磨損破損、冷端設(shè)備ABS（即Ammonium Bisulfate，中文名稱硫酸氫銨，分子式NH4HSO4）現(xiàn)象發(fā)生頻率較高，折射出當(dāng)前SCR脫硝裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、性能保障的危機(jī)。本文以某火電企業(yè)調(diào)研和測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過流場(chǎng)模擬、理論分析和診斷，將成功的解決對(duì)策分享給讀者，所涉及的方法、手段、分析依據(jù)和技術(shù)指標(biāo)，可為SCR脫硝超低排放工程提供技術(shù)借鑒和實(shí)踐參考。

1　SCR脫硝裝置現(xiàn)狀調(diào)查

1.1　主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

該SCR脫硝裝置主要設(shè)計(jì)指標(biāo)參考《火電廠煙氣脫硝技術(shù)導(dǎo)則》（DL/T296-2011）設(shè)定，具體情況如表1所示[1]。

1.2　主要測(cè)試指標(biāo)

在100%BMCR工況下，SCR裝置脫硝效率、氨逃逸以及射入角、流速、NH3/NOx分布偏差等指標(biāo)偏離設(shè)計(jì)值，具體情況如表2所示。

1.3　導(dǎo)流板安裝偏差

反應(yīng)器入口煙道6組導(dǎo)流板安裝偏差多處超出允許值，具體情況如表3所示。

1.4　催化劑積灰堵塞、磨損和內(nèi)裂

SCR反應(yīng)器頂層催化劑積灰堵塞、磨損和內(nèi)裂情況如圖1所示。A2～A17（不包含A5、A7、A5）、B1～ B17（不包含 B4、B9、B14）、C1～ C17（不包含C15）、D1～D17（不包含D3、D5、D8、D9、D13）、E1、E4、E14、E15、E16為積灰堵塞分布，C15 為損壞，B4、B9、B14、D5、D9、D13、F4、F9、F14為內(nèi)裂。

1.5　其他設(shè)備積灰堵塞、磨損破損

煙氣系統(tǒng)導(dǎo)流板、噴氨格柵（AIG）、均流管、飛灰整流器、空氣預(yù)熱器積灰堵塞、磨損破損情況如表4所示，同時(shí)空氣預(yù)熱器換熱元件發(fā)生腐蝕。

表1　SCR脫硝裝置主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

表2　SCR脫硝裝置主要測(cè)試指標(biāo)

表3　導(dǎo)流板安裝偏差檢查

表4　SCR脫硝設(shè)備積灰、破損檢查表

2　原因分析與診斷

煙氣設(shè)備的積灰堵塞、磨損破損、導(dǎo)流板安裝偏差等因素，均會(huì)改變流道流場(chǎng)分布，導(dǎo)致注入氨濃度分布不均、NH3/NOx混合效果差、氨逃逸增加。氨逃逸和SO2/SO3轉(zhuǎn)化率增加造成催化劑堵塞失活、空氣預(yù)熱器腐蝕、SCR脫硝性能下降。

2.1　積灰堵塞

該煤質(zhì)收到基灰分Aar、煤灰SiO2和Al2O3含量分別為41.3%、64.1%和27.1%。脫硝裝置入口煙氣粉塵和灰分SiO2含量高是導(dǎo)致煙氣設(shè)備積灰堵塞的成因。分析圖2可知，催化劑堵塞導(dǎo)致催化劑提前失活、SCR裝置脫硝效率下降[2]。

2.2　磨損破損和催化劑內(nèi)裂

鍋爐和SCR煙氣系統(tǒng)設(shè)備未做灰渣清理，機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行后，煙氣攜帶殘?jiān)⒔饘偎槠约按箢w粒粉塵流入，沖擊或撞擊下游設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備局部磨損破損、催化劑內(nèi)裂。僅考慮導(dǎo)流板和飛灰整流器破損因素，經(jīng)測(cè)試和流場(chǎng)模擬分析：噴氨格柵（AIG）前500 mm處煙道斷面流速偏差不合格率3.1%；SCR反應(yīng)器煙氣流向射入角偏差不合格率4.8%；SCR反應(yīng)器頂層催化劑入口前500 mm處，流道斷面流速偏差不合格率13.2%、NH3/NOx分布偏差不合格率11.5%。

分析表明，導(dǎo)流板和飛灰整流器的破損劣化流場(chǎng)和NH3/NOx混合，同時(shí)飛灰整流器影響幅度較大。

2.3　導(dǎo)流板安裝偏差

僅考慮導(dǎo)流板安裝偏差因素，經(jīng)測(cè)試和場(chǎng)模擬分析：噴氨格柵（AIG）前500 mm處煙道斷面流速偏差不合格率4.8%；SCR反應(yīng)器煙氣流向射入角偏差不合格6.9%；SCR反應(yīng)器頂層催化劑入口前500 mm處，斷面流速偏差不合格率15.6%、NH3/NOx分布偏差不合格率13.2%。

由此判斷，導(dǎo)流板安裝偏差超過允許值既影響煙氣系統(tǒng)均流和NH3/NOx混合，又導(dǎo)致積灰堵塞、磨損破損和氨逃逸增加。

2.4　氨逃逸與流速偏差

噴氨格柵（AIG）和頂層催化劑前流速偏差不合格率分別為7.5%和29.7%，依據(jù)圖3分析：流速偏差超過設(shè)計(jì)值導(dǎo)致氨逃逸增加，同時(shí)氨逃逸量隨流速偏差加大而增加[3]。

2.5　氨逃逸與NH3/NOx分布偏差

反應(yīng)器內(nèi)頂層催化劑前NH3/NOx分布偏差不合格率為23.6%，依據(jù)圖4分析：氨逃逸隨脫硝效率升高而增加；NH3/NOx分布偏差越大，氨逃逸隨脫硝效率增幅越大；脫硝效率越高，控制氨逃逸越難；NH3/NOx分布偏差超過設(shè)計(jì)指標(biāo)是導(dǎo)致氨逃逸增加的成因，高于流速偏差的影響[4]。

2.6　冷端設(shè)備ABS現(xiàn)象

液態(tài)硫酸氫銨（NH4HSO4）通常以液滴形式分散于SCR煙氣中，其向固態(tài)（（NH4）2SO4）轉(zhuǎn)變階段的溫度稱為轉(zhuǎn)化溫度。但是，轉(zhuǎn)變階段的硫酸氫銨具有極強(qiáng)的吸附性，會(huì)隨煙氣粉塵一起沉積到轉(zhuǎn)化溫區(qū)的冷端設(shè)備通道內(nèi)，引起催化劑堵塞失活，造成空氣預(yù)熱器堵塞腐蝕。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)SO3=2～3 μg/m3，NH3＜2 μg/m3時(shí)，硫酸氫銨附著積聚現(xiàn)象就會(huì)在空氣預(yù)熱器內(nèi)發(fā)生。依據(jù)圖5分析：ABS形成取決于轉(zhuǎn)化溫度、NH3·SO3濃度之積；轉(zhuǎn)化溫度隨NH3·SO3濃度之積增加而升高；NH3·SO3濃度之積取決于氨逃逸和SO2/SO3轉(zhuǎn)化率；該裝置氨逃逸為8.7 μg/m3、脫硝效率確定，氨逃逸是造成催化劑堵塞和空氣預(yù)熱器腐蝕的主因。

2.7　脫硝效率與SO2/SO3轉(zhuǎn)化率

依據(jù)圖6分析，提高脫硝效率，催化劑體積量增加，面速度降低，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率升高，SO3濃度增加。也就是說，對(duì)于SCR超低排放工程來說，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率難以控制，應(yīng)考慮冷端設(shè)備防腐[5]。

圖1　催化劑積灰堵灰、磨損和內(nèi)裂

圖2　催化劑性能與脫硝效率

圖3　流速偏差與氨逃逸

圖4　NH3/NOx分布偏差與氨逃逸

圖5　轉(zhuǎn)化溫度、NH3·SO3與ABS

圖6　催化劑面速度與SO2/SO3轉(zhuǎn)化率

3　解決對(duì)策與運(yùn)行建議

按照設(shè)計(jì)建造指標(biāo)流場(chǎng)模擬，重新確定導(dǎo)流板類型、數(shù)量和位置，并控制導(dǎo)流板加工制作和安裝偏差在允許范圍內(nèi)實(shí)施更換；無論SCR裝置改造與否，都應(yīng)定期檢查飛灰整流器，及時(shí)更換受損單元；依據(jù)在役催化劑的性能檢測(cè)和評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)潛能不足、破損嚴(yán)重、發(fā)生內(nèi)裂的催化劑實(shí)施添加/更換；基于超低排放SCR脫硝裝置氨逃逸、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率控制難度大的分析，空氣預(yù)熱器實(shí)施防腐改造。定期優(yōu)化調(diào)整噴氨格柵（AIG）系統(tǒng)，保障NH3/NOx混合均勻性；機(jī)組啟動(dòng)之前，清除鍋爐和SCR脫硝裝置煙氣系統(tǒng)殘?jiān)⒔饘偎槠痛箢w粒粉塵，保持催化劑、空氣預(yù)熱器差壓在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)清潔運(yùn)行。

4　效果評(píng)價(jià)

依據(jù)圖7、圖8綜合分析：該SCR脫硝裝置設(shè)計(jì)建造指標(biāo)合理，改造后能夠有效控制氨逃逸，既解決了煙氣系統(tǒng)的積灰堵塞、磨損破損和腐蝕問題，又使催化劑活性得以充分發(fā)揮、SCR脫硝性能得到可靠保障。

圖7　改造前氨逃逸與脫硝效率

圖8　改造后氨逃逸與脫硝效率

表5　SCR脫硝裝置主要設(shè)計(jì)建造指標(biāo)推薦值（一）

表6　SCR脫硝裝置主要設(shè)計(jì)建造指標(biāo)推薦值（二）

表7　SCR脫硝裝置主要設(shè)計(jì)建造指標(biāo)推薦值（三）

表8　SCR脫硝裝置主要設(shè)計(jì)建造指標(biāo)推薦值（四）

表9　SCR脫硝裝置主要設(shè)計(jì)建造指標(biāo)推薦值（五）

表10　SCR脫硝裝置主要設(shè)計(jì)建造指標(biāo)推薦值（六）

5　結(jié)語

合理的設(shè)計(jì)建造指標(biāo)，優(yōu)良的導(dǎo)流、均流與NH3/NOx混合技術(shù)，是保障SCR脫硝性能和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)。SCR脫硝裝置主要設(shè)計(jì)建造指標(biāo)推薦值如表5～表10所示，本文列出指標(biāo)推薦值供SCR脫硝超低排放工程借鑒和參考。