SCR烟气脱硝技术在国华台电600MW机组的应用案例

1、工程案例 SCR烟气脱硝技术在国华台电600MW机组的应用 引言 根据我国环保政策要求，目前烟气脱硫项目已基本覆盖所有燃煤火电机组，但烟气脱硝还未大规模的开展应用。有相关研究资料表明，如果还继续不加强对烟气中氮氧化物的控制， 氮氧化物的总量和在大气污染物中的比重都将上升，并有可能取代二氧化硫成为大气中的主要污染物。随着我国对工业环保标准逐渐严格，仅靠低氮燃烧已明显不能满足更加严格的排放标准。SCR烟气脱硝技术是目前减少氮氧化物排放的有效方法。国华台电一期5号机组2006年同步投产脱硝装置，引进丹麦SCR烟气脱硝技术。催化剂是SCR烟气脱硝工艺的核心，是获得较高脱硝效率的关键，国华台电一期5号机

2、组SCR烟气脱硝工艺采用的是直通型流道，波纹板和平板间隔布置的催化剂，其特点是不易堵灰，脱硝效率高。我厂5号机组脱硝装置运行6年来，催化剂未出现严重堵灰情况，氨逃逸率小于3PPM的情况下，脱硝效率也能保持80%以上。1 设备概况神华国华台山发电厂（简称：台电）一期5600MW燃煤机组。5号机组为SCR脱硝机组，已于2006年投产。1至4号机组预留脱硝扩建条件，并计划逐步投产见表1。 表1 台电1-4号机组脱硝计划投产时间机组1号机2号机3号机4号机投产时间2012年3月2011年12月2013年3月2012年6月备注未开工已开工未开工未开工 国华台电一期5号机组烟气脱硝技术为SCR烟气脱硝技术

3、，由丹麦托普索公司联合韩国凯西公司提供，系统布置于省煤器之后，空预器之前，属于高尘布置方式。在设计煤种及校核煤种、锅炉最大工况（BMCR）、处理100%烟气量条件下脱硝装置脱硝率保证值大于80。SCR烟气脱硝装置主要由液氨卸载/储存系统、注氨系统、SCR反应系统、吹灰系统、干除灰系统组成。其工艺流程见图1。图1 SCR烟气脱硝工艺流程图2 SCR烟气脱硝技术特点SCR是Selective Catalytic Reduction的缩写，是指选择性催化还原技术。目前，大型燃煤电厂烟气脱硝应用最为广泛的是选择性催化还原SCR技术，该技术由Engelhard公司发明并于1957年申请专利，分别于197

4、7年和1979年在燃油和燃煤锅炉上成功投入商业运营。20世纪80年代中期开始迅速在日本、西欧和美国等国家的电站应用。目前，SCR已成为世界上应用最广泛、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术。SCR反应器和辅助系统是SCR脱硝系统的核心部分，主要由带膨胀节的进出口烟道、导流板、均流板、灰斗、立式反应器催化剂的方形支撑、注氨格栅、催化剂和吹灰装置组成。2.1 SCR烟气脱硝技术原理SCR脱硝工艺中，氮氧化物在催化剂作用下被氨还原为无害的氮气和水，不产生任何二次污染，反应通常可在温度250450 oC下进行，其化学反应如下： 4NH3 + 4NO + O2 4N2 + 6H2O 6NO2 + 8NH

5、3 7N2 + 12H2OSCR脱硝系统的工艺流程示意图如下图所示。脱硝系统的工艺装置主要组成部分包括两个装有催化剂的反应器、两个液氨存储罐及一套氨气注入系统。来自存储罐的液氨靠自身的压力进入蒸发器中，被热水加热蒸发成氨气。从氨气积压器出来的氨气经由稀释风机来的空气在氨气/空气混合器混合稀释，通过注入系统被注入到烟气中，被稀释的氨气和烟气在SCR前被充分混合均匀后进入两层催化剂，进而产生化学反应，氮氧化物就被脱除。其工艺流程见图2。图2 氮氧化物反应过程2.2 SCR烟气脱硝技术参数 脱硝装置加装于锅炉省煤器至空预器之间的烟道上，整体布置在送一次风机上部。系统不设置旁路烟道，进出口无挡板门，分

6、为AB两侧，两侧烟道独立，对称布置，烟道内部采用导流板降低系统阻力。SCR入口处有喷氨格栅和星型混合器，氨气和稀释风经过喷氨层喷嘴进入烟道内部，然后经过星型混合器产生扰流来加强与烟气的混合均匀程度。经过两个90度烟道弯头后，混合均匀的烟气进入催化剂上层的均流板。均流板为500mm高垂直布置的蜂窝状通道，起到稳流和均布烟气作用，并且保证烟气垂直进入催化剂。经过均流板后进入两层催化剂，然后经出口烟道进入空预器。在每侧每层催化剂上有4台耙式吹灰器，采用辅汽进行吹扫。脱硝催化剂底部水平烟道上有灰斗和输灰系统，对积存的灰进行定期输送。5号机组SCR脱硝装置NOx脱除率80%，主要性能参数见表2。表2 5

7、号机组SCR脱硝性能参数项目参数单位NOx脱除率80（NH3）%NOx出口含量110（进口550）mg/Nm3氨逃逸率3ppmSO2/SO3转化率%催化剂寿命3年脱硝装置可用率98%3 SCR烟气脱硝技术在台电运行情况国华台电一期5号机组脱硝系统投产以来，在机组满足脱硝投运条件的情况下，投运率达100%，脱硝效率保持在80%以上，氮氧化物2007年至2010年期间，年均减排了达2715吨，其中2010年氮氧化物减排了2983.65吨。3.1 SCR烟气脱硝装置运行主要监测参数 SCR烟气脱硝装置运行主要关注以下几个参数： （1）反应器入口/出口氮氧化物的量； （2）脱硝催化剂的入口温度； （3

8、）通过反应器的阻力降； （4）氨消耗的控制； （5）反应器氨逃逸的量； （6）氧含量； （7）烟气流量或其他决定操作速度；（8）吹灰情况；3.2 SCR烟气脱硝装置在台电运行情况进入催化剂内部任意一点的温度均要超过280（低温喷氨容易形成硫酸氢氨、即ABS），要达到这个值，则必须保证进入催化剂表面的平均温度不能低于290。设计温度为365，最高温度不超过400（高报警），到430时高高报警（此时停止注氨），300为低报警，290为低低报警（此时停止注氨）。运行执行标准为高于317后才能喷氨。从日常曲线可以看出，降负荷至460MW负荷时，烟气温度就已经降到了317，此时喷氨也停止。升负荷过程则不

9、相同，运行一般到510MW至550MW左右才能将烟气温度升高至320以上。所以脱硝的投运情况与系统负荷直接相关。另一方面也说明锅炉的效率设计应当考虑到脱硝系统对温度的要求，综合送一次风及锅炉排烟温度多方因素进行考虑。催化剂两层总压降报警值为50H2O(即500Pa)，当差压上升而无法降低时说明催化剂有堵塞情况，而堵塞可能有灰渣堵塞、硫酸氢氨黏附、催化剂本体损坏等原因。运行中整体差压是有逐渐升高的趋势，说明催化剂表面情况有恶化，需要增加吹灰时间或频率。机组停运后，潮气及冷风进入催化剂，使部分飞灰黏附加剧，致使启动后差压有所上升。说明机组停运时的催化剂保养至关重要。 氨逃逸率是在催化剂下游安装的氨

10、气浓度检测来测量。当氨气浓度大于2ppm时报警，当大于5ppm时要求停止喷氨。从投运至今的情况来看，氨逃逸率超过5ppm的情况非常少，但是由于脱硝入口没有氨分析仪，所以无法对实际效率及催化剂实际状态进行有效的评估。因为只有在保证实际效率超过设计值时氨逃逸率不超标才能说明催化剂状态良好。3.3 SCR烟气脱硝装置缺陷分析从2006年投产以来，到2010年底5号机组SCR烟气脱硝装置共出现过310条缺陷，投产初期，缺陷类型和数量较多，但随着投产时间的增加，设备磨损和老化问题突出并呈逐渐增多趋势，主要是设备运行环境恶劣、设备寿命周期以及新设备投产运行经验不足等原因。其主要缺陷数据见表3表3 5号机组

11、脱硝系统缺陷情况原因20062007200820092010安装工艺劣72000检修质量劣44102设备质量劣38432选型不当25200设计原因22100维护不当22002磨损或老化050428859操作不当03422合计2076549367 5号机组脱硝除灰系统缺陷出现140条，为脱硝各分系统中最多。脱硝吹灰器出现16条缺陷，其中吹灰器15和16号各重复出现3次，主要原因是吹灰器程序故障。SCR数据分析仪缺陷24条，主要原因是运行环境恶劣，导致仪表易出现故障。液氨储存区出现123条缺陷，主要存在问题是表记测量异常或故障，以及阀门动作故障等情况。其中还出现4次液氨泄漏缺陷，主要发生在供氨环节

12、上。 从5号机组脱硝装置运行期间出现的缺陷来看，SCR烟气脱硝装置在台电运行几年来情况较好，没有出现较大的异常。通过运行和维护经验的不断完善，技术和设备不断的改良，SCR烟气脱硝装置运行逐渐成熟。3.4 SCR烟气脱硝装置运行中主要异常分析 （1）烟道导流板断裂，脱落：脱硝入口烟道由于烟道尺寸小，风速高，导流板受力大，加上烟气中含粉尘量大，对导流板及烟道支撑均产生严重磨损。而导流板的损坏则导致进入喷氨层烟气流场流速偏差大，流场偏差大则又导致喷氨层各部位喷氨量不能均匀混合，从而降低脱硝效率。 （2）氨泄漏：投产至今主要发生了两类氨泄漏，一处为液氨罐温度套管焊接部位泄漏，主要是由于温度套管选型不当

13、，密封不良，后将此套管与温度计焊接后安装，投运正常。另一处则为氨管路上一排污阀短管焊接部位泄漏，主要是焊接工艺差造成。另一类则是密封材料受氨冷热变化后造成变形不能恢复，密封效果变差后泄漏，主要是阀门内的O型圈，后更换为硬质四氟乙烯板后正常。另外氨区的各部位连接螺栓锈蚀严重，对法兰连接强度是一个隐患，建议投产前就全部采用不锈钢螺栓进行连接。液氨罐泄漏是重点要防止的，主要是从系统上采用可以倒罐的管道布置，另外则是对密封材料及锈蚀螺栓定期更换。 （3）灰管道磨损：我厂脱硝系统投产后，灰管多次发生磨损泄漏事件，由于灰管与氨管并列布置，动火风险大，所以一直是难题。主要问题在两个方面，一是输灰压力太高，二

14、是管道全程焊接，无法兰连接或伸缩节，灰管弯头部位磨损后只能补焊或做耐磨层修补。治理措施主要是对输灰压力进行调整，保证能正常输送则可。管道弯头部位采用耐磨陶瓷弯头，并且弯头采用法兰连接安装，即使损坏也便于拆卸焊接。（4）催化剂模块密封板变形、部分催化剂堵灰：停运时检查时发现部分不锈钢密封板变形，催化剂模块之间形成旁路，造成部分模块之间积灰。另外催化剂表面有局部区域有积灰，无法清通，从而形成永久性堵塞。催化剂的小人孔部位有大量的积灰，每次停运进入之前应当人工清理出来，而不能直接将冷灰直接推入催化剂表面，这样将导致冷灰将催化剂局部堵塞。催化剂上层烟道导流板上设计有吹灰管道，运行中应当定期投入吹扫，避免积灰过多后瞬间大量灰落到催化剂表面，形成局部堵灰。同时建议大修中将催化剂表面用防雨布遮盖，这样可以避免灰块落到催化剂表面。4 结束语国华台电5号机组脱硝装置为国华电力公司先期试点投产项目机组，SCR烟气脱硝系统投