齊魯熱電SCR脫硝系統運行中存在的問題及應對措施

李海濤

（中國石化齊魯石化分公司熱電廠，山東 淄博 255410）

氮氧化物（NOx）是燃煤過程中排放的主要大氣污染物，其危害較大且難以處理，是引起溫室效應、酸雨和光化學反應的主要物質。中國是世界上最大的煤炭生產、消費國，煤炭燃燒產生的大氣污染物帶來嚴重的環境污染、生態破壞。隨著我國對環境保護工作的日益重視，降低氮氧化物排放量成為燃煤鍋爐達標運行的重要工作。燃煤電廠主流的煙氣脫硝技術是選擇性催化還原（SCR）脫硝技術，近年來發展迅猛[1]。

齊魯石化熱電廠本部擁有8臺410 t/h燃煤鍋爐，2014年引進北京國電龍源SCR煙氣脫硝技術，催化劑采用“2+2”布置，第一階段設置兩層催化劑，預留兩層催化劑位置，改造完成后，煙氣排放滿足《山東省火電廠電氣污染排放標準》（DB37 664-2013）和《山東省區域性大氣污染物綜合排放標準》（DB372376-2013）規定的NOx低于100 mg/m3的排放標準。隨著排放要求的提高，2016年又對8臺鍋爐SCR脫硝系統增上一層催化劑，煙氣NOx排放達到低于50 mg/m3要求。然而，SCR脫硝系統在運行中遇到一些問題，這在一定程度上影響了機組的穩定運行和超凈排放。

1 SCR脫硝工藝系統

煙氣脫硝系統主要包括煙氣系統、SCR催化反應系統、氨噴射系統、自動控制系統和其他輔助系統。

1.1 煙氣系統

煙道以最差運行條件進行設計。煙道最小壁厚不小于6 mm，煙道內煙氣流速不大于15 m/s。催化劑區域內流速不大于6 m/s。在適當位置配有足夠數量的人孔門和清灰孔，便于維修和檢查。在外削角和變截面收縮等急轉彎頭處以及煙氣流動模型研究結果要求的其他地方，設置了導流板；在易積灰的煙道轉彎處設計了防積灰設施；設計了低溫省煤器泄漏時的排水措施，可由4根排水管直接排到灰溝[2]。

1.2 催化反應系統

反應器設計成煙氣豎直向下流動，入口和出口段設置導流板，對于易于磨損的部位設計必要的防磨措施。頂部入口截面煙氣速度分布最大允許偏差不超過±15%，煙氣溫度分布最大允許偏差不超過±10℃，NH3/NOx摩爾比分布最大允許偏差不超過±5%。反應器設置足夠數量的人孔門，配有可拆卸的催化劑測試塊。出、入口各設置一套NOx和O2分析儀及相應的過濾、加熱吹掃裝置的取樣系統，在反應器出口設置一套原位式激光測量法的NH3逃逸分析儀。在渦流混合板處設置10個取樣口測量氨氣濃度和流速。反應器入口設計5個煙氣取樣口，測量NOx和O2；出口設計5個煙氣取樣口，測量NOx、O2和NH3。

根據煙氣設計參數要求，選用18孔蜂窩催化劑。采用模塊化設計，統一規格，與板式或波紋板式催化劑具有互換性。

催化劑正常工作溫度：315～420℃，最高工作溫度不大于450℃。催化劑可在煙氣溫度不高于420℃的情況下長期運行，同時催化劑可承受運行溫度為450℃、不低于5 h的考驗，不產生任何損壞。

1.3 噴氨系統

每臺鍋爐設置2臺滿負荷容量的離心式稀釋風機，一用一備。設置一套氨/空氣混合系統，用于氨氣與空氣的混合。

為保證氨氣注入煙道的絕對安全以及混合均勻，將氨氣濃度降低到爆炸極限（爆炸極限在空氣中的體積分數為16%～25%）下限以下，控制在5%以內。稀釋風機必須能保證30%～100%鍋爐最大連續蒸發量（BMCR）工況下正常運行，風量裕度不低于10%，風壓裕度不低于20%。

氨/煙氣混合均布系統設計如下：由氨/空氣混合系統來的混合氣體噴入位于煙道內的渦流混合器處，在渦流混合器前裝設手動調節閥，在系統投運后根據煙道進出口的NOx濃度來調節氨的分配量。

2 SCR脫硝系統運行中存在的問題及應對措施

齊魯熱電8臺煤粉鍋爐SCR脫硝系統自投運以來，反應器入口煙氣溫度在320～375℃，滿足催化劑溫度窗口要求，每臺鍋爐脫硝效率高于90%，實現了脫硝自動調整，操作簡單，鍋爐煙氣穩定達標，但在運行過程中仍出現以下問題。

2.1 供氨母管壓力波動

液氨在罐區通過蒸發器蒸發成氣氨后，經由Φ100氣氨管線送至鍋爐區域，各爐用Φ50管線從母管引接。在混合器中氣氨與稀釋風機的冷風混合后，通過7個噴嘴進入上升煙道，經渦流混合后送入SCR反應器。

脫硝要求供氨壓力保持在0.3～0.6 MPa，低于0.15 MPa聯鎖停車。由于氣氨除供8臺鍋爐脫硝用戶外還供應兩臺氨法脫硫塔，氨法脫硫塔氣氨用量大，大量使用時造成脫硝供氨母管壓力大幅波動，自動控制無法投入運行。運行過程中，SCR供氨母管壓力最高至0.8 MPa，最低至0.1 MPa，波動幅度達0.7 MPa，出現了供氨壓力低造成的脫硝裝置聯鎖停車事故。

對此，2014年10月新增一套液氨蒸發器，專供脫硝裝置使用，避免了脫硫、脫硝系統相互影響，脫硝系統自動控制投入，鍋爐煙氣穩定達標。

2.2 噴氨量波動大

單爐用Φ50管線從供氨母管引接，供氨管線未設置保溫措施。在夏季運行時，供氨調節閥調節噴氨量穩定，鍋爐煙氣穩定達標。在冬季運行時，出現供氨調節閥及后管路結霜、結凍，甚至供氨調節閥凍結問題，導致噴氨量大幅波動，影響鍋爐穩定達標。

對此，2015年1月在脫硝供氨母管上加裝一臺氣氨電加熱器，將氣氨由15℃加熱到50℃，效果不明顯。又在各臺爐供氨管線加裝蒸汽伴熱線并對管線進行保溫，供氨管線結霜及調節門凍結問題解決，冬季運行中供氨調節門動作靈活，自動控制投入運行，鍋爐煙氣穩定達標。

2.3 脫硝壓縮空氣系統冬季凍堵問題

脫硝SCR區域的聲波吹灰器和儀表用氣引自廠壓縮空氣系統。脫硝壓縮空氣母管引自廠公用壓縮空氣緩沖罐，在標高0m處由一條Φ150管線送至鍋爐區域。單爐用一條Φ50管線與母管連接，送至標高20 m脫硝壓縮空氣緩沖罐后供單爐聲波吹灰器和儀表使用。

在冬季運行過程中，多臺次鍋爐出現脫硝用壓縮空氣壓力低現象，廠用壓縮空氣系統運行正常。對脫硝壓縮空氣罐加強定期放水工作，此現象仍存在，壓縮空氣母管末端的8#爐尤為嚴重。分析認為，雖然壓縮空氣經過干燥后有一定的露點溫度，但不能保證壓縮空氣內不含水，壓縮空氣罐定期放水工作。此外，由于位置較高，母管內存水泄放不徹底，造成壓縮空氣管線凍堵。根據分析結果，對壓縮空氣母管通過臨時跨線閥進行放水，結果發現，放出大量存水。壓縮空氣母管無放水閥的設計，導致壓縮空氣母管內存水，冬季溫度較低時造成單爐管線凍堵，提出增加母管疏水管線的建議后，脫硝壓縮空氣冬季未再出現凍堵問題。

2.4 氨/空氣混合器及噴嘴堵塞問題

2.4.1 氨/空氣混合器堵塞

2015年8月，在脫硝系統運行一年左右后，8臺鍋爐脫硝系統稀釋風機風量均出現了不同程度的下降問題。現場查看稀釋風機入口濾網等部件沒有發現問題。利用停爐機會，檢查了2#爐脫硝氨/空氣混合器內部運行情況，發現氨/空氣混合器發生大面積堵塞，混合器表面有大量積灰，通流面積降低，導致稀釋風量減小，如圖1所示。

圖1 氨/空氣混合器清理前、后對比照片

對氨/空氣混合器進行清理，重新運行后，稀釋風量恢復投運前狀態，運行情況良好。因此，制定每次停爐必須對氨/空氣混合器進行清洗、檢查的定期工作計劃，至今未再發生稀釋風量不足問題。

2.4.2 氨噴嘴堵塞

2017年1月，停爐檢查2#爐脫硝裝置時，筆者發現氨噴嘴形成的“牛角灰”延伸至渦流混合器形成搭橋現象，如圖2所示。搭橋灰錐導致所在噴嘴噴氨量下降，均布性變差，與煙道尾部的低溫空氣預熱器部分堵塞高度關聯。

圖2 噴嘴積灰前、后對比照片

分析認為，主要原因是低溫的NH3、空氣混合氣體與高溫的含SO3的氣體接觸，生成NH4HSO，黏附在噴嘴上，逐漸堆積形成“牛角灰”，灰錐不斷增長延伸至渦流混合器處形成搭橋現象[3]。因此，對2#爐氨噴嘴進行改造，將噴嘴直徑由100 mm將為80 mm，與渦流混合器距離由500 mm增加至650 mm，提高噴嘴處的流速，避免灰錐的形成，下一步將進一步觀察此措施的實施效果。

3 結論

自投運以來，齊魯熱電8臺鍋爐SCR脫硝系統運行基本穩定，自動控制投入，脫硝效率高。除發生上述問題外，還有氨逃逸表指示不準確、聲波吹灰器頻繁故障等問題，給生產運行帶來了一定的困擾。隨著國家對環境保護的日益重視，熱電廠在運行過程中需要加緊解決現有的各種問題，確保煙氣穩定達標。