超低排放SCR脱硝装置的问题与解决对策

超低排放SCR脱硝装置的问题与解决对策随着我国SCR脱硝装置的广泛应用,烟气系统积灰堵塞、磨损破损、冷端设备腐蚀已成为困扰机组NOx超低排放运行较为突出的问题。以某2X1000WM机组为例,经现状调查、缘由分析与诊断,制定解决对策并实施改造。工程实践应用表明,合理的设计建筑指标,优良的导流、均流与NH3/NOx混合技术行之有效。SCR脱硝装置凭借技术成熟、脱硝效率高、还原剂NH3价廉易得、煤种适应范围宽、相宜大容量机组NOx超低排放运营等优势，广泛应用于我国火力发电企业。烟气系统的积灰堵塞、磨损破损、冷端设备ABS（即AmmoniumBisulfate，中文名称硫酸氢铵，分子式NH4HSO4）现象发生频率较高，折射出当前SCR脱硝装置经济运行、性能保障的危机。本文以某火电企业调研和测试数据为基础，通过流场模拟、理论分析和诊断，将胜利的解决对策共享给读者，所涉及的方法、手段、分析依据和技术指标，可为SCR脱硝超低排放工程供应技术借鉴和实践参考。1SCR脱硝装置现状调查1.1主要设计指标该SCR脱硝装置主要设计指标参考《火电厂烟气脱硝技术导则》（DL/T296-2011）设定，详细状况如表1所示。表1SCR脱硝装置主要设计指标<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322483209.jpg”alt=“QQ截图20190211092534.jpg”width=“1108”height=“408”/1.2主要测试指标在100%BMCR工况下，SCR装置脱硝效率、氨逃逸以及射入角、流速、NH3/NOx分布偏差等指标偏离设计值，详细状况如表2所示。表2SCR脱硝装置主要测试指标<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322488641.jpg”alt=“QQ截图20190211092559.jpg”width=““height=“301”/1.3导流板安装偏差反应器入口烟道6组导流板安装偏差多处超出允许值，详细状况如表3所示。表3导流板安装偏差检查<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322489540.jpg”alt=“QQ截图20190211092621.jpg”width=“970”height=“354”/1.4催化剂积灰堵塞、磨损和内裂SCR反应器顶层催化剂积灰堵塞、磨损和内裂状况如图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为积灰堵塞分布，C15为损坏，B4、B9、B14、D5、D9、D13、F4、F9、F14为内裂。<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322497325.jpg”alt=“QQ截图20190211092653.jpg”width=“559”height=“341”/图1催化剂积灰堵灰、磨损和内裂1.5其他设备积灰堵塞、磨损破损烟气系统导流板、喷氨格栅（AIG）、均流管、飞灰整流器、空气预热器积灰堵塞、磨损破损状况如表4所示，同时空气预热器换热元件发生腐蚀。表4

SCR脱硝设备积灰、破损检查表<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322490527.jpg”alt=“QQ截图20190211092636.jpg”width=“1105”height=“298”/2缘由分析与诊断烟气设备的积灰堵塞、磨损破损、导流板安装偏差等因素，均会转变流道流场分布，导致注入氨浓度分布不均、NH3/NOx混合效果差、氨逃逸增加。氨逃逸和SO2/SO3转化率增加造成催化剂堵塞失活、空气预热器腐蚀、SCR脱硝性能下降。2.1积灰堵塞该煤质收到基灰分Aar、煤灰SiO2和Al2O3含量分别为41.3%、64.1%和27.1%。脱硝装置入口烟气粉尘和灰分SiO2含量高是导致烟气设备积灰堵塞的成因。分析图2可知，催化剂堵塞导致催化剂提前失活、SCR装置脱硝效率下降。<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322498342.jpg”alt=“QQ截图20190211092705.jpg”width=“457”height=“317”/图2催化剂性能与脱硝效率2.2磨损破损和催化剂内裂锅炉和SCR烟气系统设备未做灰渣清理，机组启动运行后，烟气携带残渣、金属碎片以及大颗粒粉尘流入，冲击或撞击下游设备，导致设备局部磨损破损、催化剂内裂。仅考虑导流板和飞灰整流器破损因素，经测试和流场模拟分析：喷氨格栅（AIG）前500mm处烟道断面流速偏差不合格率3.1%；SCR反应器烟气流向射入角偏差不合格率4.8%；SCR反应器顶层催化剂入口前500mm处，流道断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，导流板和飞灰整流器的破损劣化流场和NH3/NOx混合，同时飞灰整流器影响幅度较大。2.3导流板安装偏差仅考虑导流板安装偏差因素，经测试和场模拟分析：喷氨格栅（AIG）前500mm处烟道断面流速偏差不合格率4.8%；SCR反应器烟气流向射入角偏差不合格6.9%；SCR反应器顶层催化剂入口前500mm处，断面流速偏差不合格率15.6%、NH3/NOx分布偏差不合格率13.2%。由此推断，导流板安装偏差超过允许值既影响烟气系统均流和NH3/NOx混合，又导致积灰堵塞、磨损破损和氨逃逸增加。2.4氨逃逸与流速偏差喷氨格栅（AIG）和顶层催化剂前流速偏差不合格率分别为7.5%和29.7%，依据图3分析：流速偏差超过设计值导致氨逃逸增加，同时氨逃逸量随流速偏差加大而增加。<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322492556.jpg”alt=“QQ截图20190211092719.jpg”width=“522”height=“352”/图3流速偏差与氨逃逸2.5氨逃逸与NH3/NOx分布偏差反应器内顶层催化剂前NH3/NOx分布偏差不合格率为23.6%，依据图4分析：氨逃逸随脱硝效率上升而增加；NH3/NOx分布偏差越大，氨逃逸随脱硝效率增幅越大；脱硝效率越高，掌握氨逃逸越难；NH3/NOx分布偏差超过设计指标是导致氨逃逸增加的成因，高于流速偏差的影响。<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322505037.jpg”alt=“QQ截图20190211092732.jpg”width=“536”height=“381”/图4NH3/NOx分布偏差与氨逃逸2.6冷端设备ABS现象液态硫酸氢铵（NH4HSO4）通常以液滴形式分散于SCR烟气中，其向固态（（NH4）2SO4）转变阶段的温度称为转化温度。但是，转变阶段的硫酸氢铵具有极强的吸附性，会随烟气粉尘一起沉积到转化温区的冷端设备通道内，引起催化剂堵塞失活，造成空气预热器堵塞腐蚀。运行阅历表明，当SO3=2～3μg/m3，NH32μg/m3时，硫酸氢铵附着积聚现象就会在空气预热器内发生。<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322505526.jpg”alt=“QQ截图20190211092744.jpg”width=“514”height=“336”/图5转化温度、NH3·SO3与ABS依据图5分析：ABS形成取决于转化温度、NH3·SO3浓度之积；转化温度随NH3·SO3浓度之积增加而上升；NH3·SO3浓度之积取决于氨逃逸和SO2/SO3转化率；该装置氨逃逸为8.7μg/m3、脱硝效率确定，氨逃逸是造成催化剂堵塞和空气预热器腐蚀的主因。2.7脱硝效率与SO2/SO3转化率依据图6分析，提高脱硝效率，催化剂体积量增加，面速度降低，SO2/SO3转化率上升，SO3浓度增加。也就是说，对于SCR超低排放工程来说，SO2/SO3转化率难以掌握，应考虑冷端设备防腐。<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322506738.jpg”alt=“QQ截图20190211092755.jpg”width=“522”height=“291”/图6催化剂面速度与SO2/SO3转化率3解决对策与运行建议根据设计建筑指标流场模拟，重新确定导流板类型、数量和位置，并掌握导流板加工制作和安装偏差在允许范围内实施更换；无论SCR装置改造与否，都应定期检查飞灰整流器，准时更换受损单元；依据在役催化剂的性能检测和评价结果，对潜能不足、破损严峻、发生内裂的催化剂实施添加/更换；基于超低排放SCR脱硝装置氨逃逸、SO2/SO3转化率掌握难度大的分析，空气预热器实施防腐改造。定期优化调整喷氨格栅（AIG）系统，保障NH3/NOx混合匀称性；机组启动之前，清除锅炉和SCR脱硝装置烟气系统残渣、金属碎片和大颗粒粉尘，保持催化剂、空气预热器差压在设计范围内清洁运行。4效果评价依据图7、图8、综合分析：该SCR脱硝装置设计建筑指标合理，改造后能够有效掌握氨逃逸，既解决了烟气系统的积灰堵塞、磨损破损和腐蚀问题，又使催化剂活性得以充分发挥、SCR脱硝性能得到牢靠保障。<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322502754.jpg”alt=“QQ截图20190211092808.jpg”width=“483”height=“355”/图7改造前氨逃逸与脱硝效率<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322501621.jpg”alt=“QQ截图20190211092819.jpg”width=“502”height=“358”/图8改造后氨逃逸与脱硝效率5结语合理的设计建筑指标，优良的导流、均流与NH3/NOx混合技术，是保障SCR脱硝性能和经济运行的基础。SCR脱硝装置主要设计建筑指标推举值如表5～表10所示，本文列出指标推举值供SCR脱硝超低排放工程借鉴和参考。表5SCR脱硝装置主要设计建筑指标推举值（一）<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322505921.jpg”alt=“QQ截图20190211092833.jpg”width=“1074”height=“119”/表6SCR脱硝装置主要设计建筑指标推举值（二）<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322514790.jpg”alt=“QQ截图20190211092845.jpg”width=“1060”height=“116”/表7SCR脱硝装置主要设计建筑指标推举值（三）<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322517862.jpg”alt=“QQ截图20190211092859.jpg”width=““height=“114”/表8SCR脱硝装置主要设计建筑指标推举值（四）<imgsrc=“/UploadFiles/2022001/20224/Env/202204262322520859.jpg”alt=“QQ截图20190211092910.jpg”width=“1127”height=“115”/表9SCR脱硝装置主要设计建筑指标推举