脱硝催化剂技术

烟气脱硝装置对锅炉运行的影响

2018年10月28日 热度:439 ℃

0  引言

火电厂SCR烟气脱硝装置用于脱除烟气中氮氧化物(NOx)。该类技术通过将氨(NH3)作为还原剂喷入烟气中,使还原剂与烟气中的NOx发生还原反应,生成无害的氮气(N2)和水(H2O),从而达到脱除氮氧化物的目的。SCR脱硝装置脱硝效率可达90%以上,能满足严格的环保排放标准。若锅炉设计煤种燃烧后产生的烟气中NOx含量较高,SCR烟气脱硝装置可保证烟气脱硝效率,大大降低烟气NOx排放量。但SCR脱硝装置对锅炉安全经济运行将产生较大的影响。

1  SCR法脱硝对锅炉运行的影响

1.1 对锅炉效率的影响

1)热量损失  安装SCR脱硝系统后锅炉的热量损失主要是烟气通过脱硝系统后烟温会降低6℃左右,对锅炉效率将会产生一定的影响。

2)空预器换热元件堵塞,是排烟温度升高。氨气和三氧化硫反应生成硫酸氢氨。硫酸氢氨在温度180~200℃的环境中呈“鼻涕”状的粘性物,因此在空预器高温段和低温段处烟气中的灰尘在该处容易和硫酸氢氨一块极易粘附于空预器换热面上,使空预器换热元件脏污,空预器的换热效果,是排烟温度升高,锅炉效率降低。

3)空预器漏风率增大。烟气通过SCR脱硝系统以后的压降将增加500Pa左右,为了使炉膛内部压力平衡,吸风机的出力将有所增加,从而导致空预器内部烟气压力降低,使空预器风/烟压差增大,导致空预器漏风率增加,锅炉效率降低。

1.2 对烟道阻力的影响

SCR脱硝装置使烟气阻力增加500Pa左右,而且对蜂窝式催化剂容积积灰堵塞,且随着运行时间的增长,催化剂堵塞程度也越严重,将导致吸风机的电耗增加,现在设计的SCR脱硝系统均不设计旁路系统,如果催化剂堵塞严重,将直接影响锅炉的安全、稳定运行。

1.3 对空预器的影响

相比较来说,SCR脱硝装置对空预器的影响更为突出。主要原因是硫酸氢氨的腐蚀性和黏结性。硫酸氢氨于灰尘一起粘附在空预器的换热元件上,不仅降低换热效果,还将会在空预器的低温段产生低温腐蚀,同时造成空预器的积灰。SCR脱硝装置氨逃逸率一般设计为≯3ppm,逃逸率超过设计值时将会造成大量的硫酸氢氨生成,致使空预器严重堵塞,这将造成吸风机电耗增加,一次风机母管压力波动大等情况。2011年2月我公司#4锅炉由于SCR脱硝装置逃逸率表计不能正常投入,氨气流量表计不准,致使空预器出现严重堵塞情况,被迫停运脱硝系统,再次期间锅炉同等负荷时吸风机电流增加30A以上。在5月份#4机组A修期间对空预器传热元件进行清洗工作。

另外,燃用高硫煤时,烟气中SO3含量较高,只要烟气中有0.005%的SO3,烟气的露点即可提高到150℃以上。同时氨气和NOx反应产物为氮气和水,因此空预器的低温段就可能有硫酸溶液凝结在换热元件上,造成空预器的低温腐蚀。

2  应采取的措施

2.1 减少SCR脱硝催化剂积灰情况

烟气中灰尘的含量与煤种的灰份、燃烧调整有很大关系,但影响脱硝催化剂积灰的因素还于省煤器疏灰系统运行情况、脱硝装置所安装的吹灰器有关。省煤器疏灰系统不能正常工作,将会使大量的灰尘带入脱硝上层催化剂,即便加强脱硝系统吹灰仍不能避免蜂窝状催化剂的堵塞。用于脱硝装置的吹灰器有声波和蒸汽吹灰两种方式,声波吹灰器在灰量较小时效果较为明显,并能对彻底吹除边角的积灰。但灰量较大时耙式蒸汽吹灰器能起到很好的作用。当在投入蒸汽吹灰时,一定要充分的疏水,否则会造成灰尘结块堵塞催化剂或对催化剂造成水蚀,影响催化剂的使用寿命。

脱硝烟道入口导流板应设计为流线机翼型并尽可能偏向于炉前方向,这样可有效改善烟气分布流场,阻止较大灰分颗粒被烟气携带到催化剂蜂窝孔中造成催化剂蜂窝孔堵塞。

2.2 空预器传热元件及冲洗改造

安装SCR脱硝工艺的空预器在防止起低温段腐蚀、积灰堵塞和清洗方面需要进行特殊设计。

为防止由于空预器脏污使传热效果降低,或空预器堵塞导致被迫停炉事件的发生,空预器低温段传热元件应采用搪瓷表面传热元件。一方面是搪瓷表面可以隔离腐蚀物与金属接触,其表面光洁,易于清洗;另一方面是搪瓷层稳定性好,耐磨损,使用寿命命长。

为避免锅炉运行期间由于出现空预器有严重堵塞而被迫停炉事件的发生,在空预器吹灰器选型时不妨可以考虑采用双介质吹灰器(蒸汽和水),实现对空预器在线水冲洗。正常运行时采用蒸汽定期吹灰,空预器堵塞严重时采用高压水冲洗。

我公司空预器传热元件由于未采用搪瓷材质,在SCR脱硝系统投入半年时间即出现严重堵塞情况。因此计划利用机组B修对空预器传热元件低温段进行更换。

2.3 加强吹灰,定期对空预器进行冲洗

SCR脱硝系统在运行过程中,催化剂和空预器积灰堵塞是在所难免的,必须坚强SCR反应器区域和空预器的吹灰,尤其应加强空预器低温段的吹灰。发现烟道阻力增大时,及时对催化剂进行清理,发现空预器进、出口差压增大,应及时水冲洗。2011年5月我公司#4机组A修时对催化剂检查发现上层催化剂表面积灰严重,空预器低温传热元件有明显堵塞情况。

2.4 控制氨逃逸率

为减少脱硝装置运行时对锅炉的影响,控制硫酸氢氨的生成量就显得尤为重要。生成硫酸氢氨的反应速率主要与温度、烟气中氨气、SO3及水含量有关。对于实际运行的火电机组,锅炉烟气中SO3及水的含量无法控制。因此,必须严格控制氨的逃逸率。

1)严格控制氨的喷入量,防止氨气过量而造成氨逃逸,正常情况下应控制氨逃逸率不超过3ppm。据统计,目前绝大部门火电厂SCR脱硝系统氨逃逸率表计显示不准,基本上没有正常投入,因此,对氨逃逸率的控制造成很大的难度。

2)保持催化剂的活性。SCR脱硝催化剂的寿命一般在5~6年,因此SCR脱硝装置运行一段时间后,催化剂活性会逐渐衰减,脱硝效率将会降低,氨逃逸率将会增加。SCR脱硝装置设计均为2+1方式,当脱硝效率达不到设计值或不能满足国家环保排放要求时,为确保锅炉的安全运行,就必须对催化剂进行清洗或安装备用层催化剂。

3)针对氨流量计、氨逃逸率表计不能正常投入采取的措施:

(1)目前国家环保对NOx的排放标准为200mg/Nm

3

,我公司目前按150 mg/Nm

3

控制。

(2)通过开大低氮燃烧器燃烬风风门开度降低SCR脱硝装置入口NOx指标,从而达到即满足环保要求,又减少了喷氨量。

(3)通过对SCR脱硝装置后烟气分析试验确定脱硝入口不同NOx指标所对应的喷氨调整门开度。

(4)加强脱硝装置CEMS的维护工作,确保脱硝进、出口NOx数据的准确性,为运行人员提供可靠的调整依据。

(5)对每日的耗氨量进行比对,避免有过量喷氨情况。

(6)加强空预器进、出口差压的监视,发现空预器进、出口差压增大时及时减少喷氨量,增加空预器低温段的吹灰次数。

3 结束语

1、采用SCR脱硝装置,对锅炉尾部受热面(主要是空预器)的沾污、堵塞和腐蚀可通过限制氨逃逸量及催化剂的SO2/SO3氧化率加以控制;对锅炉热效率的影响可通过减少烟道长度从而减少散热面积加以控制;对引风机的影响(即锅炉烟气阻力的增加)可通过合理设计烟道形状、合理选取烟气流速、加装导流装置、缩短烟道长度等加以控制。对于在役电厂锅炉,后两者的控制措施在很大程度上受现有设备空间和场地条件的限制。

2、在进行脱硝装置设计时,必须充分考虑该装置对锅炉运行的影响,并应进行技术经济评价,以保证锅炉安全经济运行。

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