托克托電廠脫硝催化劑吹損原因分析
本文介紹了內(nèi)蒙古大唐托克托發(fā)電公司鍋爐脫硝運行中催化劑出現(xiàn)的問題，分析催化劑出現(xiàn)問題的原因及防止措施，保證脫硝效率、氨逃逸、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率在合格范圍內(nèi)，使脫硝催化劑在壽命周期內(nèi)安全、經(jīng)濟(jì)運行。
內(nèi)蒙古大唐托克托發(fā)電公司600MW機(jī)組（#1、#2）鍋爐為亞臨界參數(shù)、強(qiáng)制循環(huán)、四角切圓燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架懸吊緊身全封閉型汽包爐；#3-#8鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒、尾部雙煙道、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架懸吊緊身全封閉型汽包爐。
根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）相關(guān)規(guī)定，內(nèi)蒙古大唐托克托發(fā)電公司對600MW機(jī)組進(jìn)行低氮燃燒器改造，并安裝煙氣脫硝系統(tǒng)，2014年7月11日托電公司600MW機(jī)組已全部完成低氮燃燒器和脫硝系統(tǒng)改造且全部投入生產(chǎn)運行，脫硝各項性能指標(biāo)較好，煙氣排放完全滿足環(huán)保要求。
托電公司煙氣脫硝技術(shù)為國內(nèi)燃煤電廠普遍采用的SCR煙氣脫硝技術(shù)，除4號爐催化劑層數(shù)按1+2模式布置，初裝1層預(yù)留2層外，其它爐均采用催化劑層數(shù)按2+1模式布置，初裝2層預(yù)留1層。在設(shè)計煤種及校核煤種、鍋爐最大連續(xù)出力工況（BMCR）、處理100%煙氣量、在布置1層催化劑條件下脫硝效率不小于50%，在布置2層催化劑條件下脫硝效率不小于80%。
脫硝還原劑采用液氨。反應(yīng)器安裝雙吹掃裝置，即蒸汽吹灰器和聲波吹灰器。脫硝系統(tǒng)催化劑全部為蜂窩式，催化劑是SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的核心部件，其性能直接影響整體脫硝效果，且其初期投資約占項目投資的30%-50%，決定著SCR脫硝系統(tǒng)的運行成本。催化劑活性好壞不僅會影響系統(tǒng)的脫硝效率和煙氣NOX的達(dá)標(biāo)排放，而且會造成還原劑NH3的夾帶量的增加，影響下游設(shè)備正常運行，引發(fā)機(jī)組安全事故。本文講述了托克托發(fā)電公司脫硝催化劑損壞的原因，制定防止催化劑損壞的措施。
一、存在的問題
自2013年7月檢查發(fā)現(xiàn)托電公司三、四期鍋爐（#5-#8鍋爐）SCR脫硝催化劑吹損較為嚴(yán)重，其中中間部位較兩側(cè)吹損嚴(yán)重，A側(cè)催化劑吹損較B側(cè)嚴(yán)重，局部模塊內(nèi)單體已全部脫落，催化劑防護(hù)網(wǎng)已全部吹損，催化劑吹損部位大體沿爐后方向分布，催化劑上方整流格柵局部脫落。
催化劑吹損出現(xiàn)孔洞后造成NH3/NOX摩爾比分布不均勻，氨和煙氣混合較差，計算出理論所需的噴氨量不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致鍋爐出口氮氧化物濃度不易控制，實際用氨量增高，氨逃逸率增大，實際用氨量增高，經(jīng)濟(jì)效果較差。
最主要的是從脫硝反應(yīng)器逃逸的部分氨與煙氣中的SO3和H2O反應(yīng)生成硫酸氫氨，與煙氣中的灰塵一起粘附在空預(yù)器的換熱元件上，增加了空預(yù)器堵塞和腐蝕風(fēng)險，空預(yù)器差壓增大，通煙受阻，影響鍋爐效率。另外氨逃逸過大時對脫硫系統(tǒng)也將造成不良后果。
二、現(xiàn)象
1.供氨量增大，氨逃逸率逐步增大，脫硝出口氮氧化物與脫硫出口氮氧化物偏差較大，通過噴氨蝶閥無法調(diào)整平衡脫硝出口NOX含量，脫硝出口實際氮氧化物超標(biāo)，脫硝效率下降。
2.氨逃逸增大后在脫硝下游生成硫酸氫氨粘附在空預(yù)器蓄熱元件表面上，造成換熱元件堵灰，空預(yù)器壓差增大，引風(fēng)機(jī)電耗增加。
三、原因分析
1.煙氣飛灰顆粒磨損是催化劑吹損的主要原因，根據(jù)催化劑吹損分布規(guī)律可看出煙氣流場分布已偏離設(shè)計工況。實際運行工況與設(shè)計模型存在偏差，導(dǎo)致煙氣流場偏離設(shè)計工況，整流格柵、支撐、導(dǎo)流板與催化劑的磨損情況大致對應(yīng)。做為迎風(fēng)面的上層催化劑不僅吹損嚴(yán)重，其頂端的不銹鋼防護(hù)網(wǎng)也基本全部吹損，可見煙氣流速局部過大，煙氣流場偏離設(shè)計值是催化劑吹損的直接原因，煙氣流場不均勻的原因與設(shè)計、施工、運行調(diào)整等方面有關(guān)。
2.催化劑機(jī)械強(qiáng)度和磨耗率偏低，經(jīng)檢測催化劑硬化端磨損測試結(jié)果為0.2887%/kg，說明催化劑機(jī)械性強(qiáng)度較低。
3.脫硝反應(yīng)器人孔門、測孔、吹灰器、壁板不嚴(yán)漏風(fēng)，長時間漏風(fēng)使催化劑強(qiáng)度、硬度降低，最終導(dǎo)致催化劑損壞。
4.煙氣溫度低于310℃時，氨氣與煙氣中的三氧化硫反應(yīng)生成氨鹽，造成催化劑磨損和堵塞，使催化劑活性降低。
5.燃煤灰分中鈣含量較高極易引起結(jié)球磨損，從檢測結(jié)果上看氧化鈣含量為2.965%，正常應(yīng)該1%-2%。鈣含量高容易形成灰球，催化劑磨損會較嚴(yán)重。
6.事故狀態(tài)對催化劑有較大的影響。未完全燃燒的煤粉和油霧在催化劑表面二次燃燒時，過度的熱量會使催化劑遭受物理和化學(xué)損壞。鍋爐滅火和甩負(fù)荷時，煙氣溫度迅速下降，脫硝系統(tǒng)停運，催化劑中殘余的氨較多，形成硫酸氫銨沉淀，堵塞催化劑微孔，使催化劑活性降低。
爐管四管泄漏時對催化劑損害較大，特別是尾部受熱面泄漏時影響最大，大量的水汽隨煙氣進(jìn)入催化劑，如在催化劑表面形成水滴，在較短的時間內(nèi)造成催化劑的壽命損耗，并加快催化劑的堿金屬中毒。
四、預(yù)防措施
1.校核脫硝煙氣流場實際分布情況，對流場的校核不要局限于設(shè)計階段的數(shù)模和物模，需現(xiàn)場測量脫硝出、入口煙速每個催化劑模塊處煙速，在反應(yīng)器內(nèi)部懸掛彩旗，觀察彩旗走向，直觀反應(yīng)出煙氣流場的走向，掌握煙氣流場冷、熱態(tài)真實分布情況，為運行調(diào)整及脫硝系統(tǒng)整改提供準(zhǔn)確依據(jù)。加強(qiáng)燃燒調(diào)整，消除爐膛出口存在的煙氣殘余旋轉(zhuǎn)，減少脫硝反應(yīng)器兩側(cè)煙氣量偏差。
降低煙氣中灰塵含量，以減少煙氣中飛灰顆粒對催化劑、噴氨管的沖刷。充分利用停爐機(jī)會，修復(fù)或更換吹損的煙氣擋板、導(dǎo)流板、整流格柵，煙氣擋板、導(dǎo)流板噴涂防磨材料，力爭使煙氣流場分布趨于均勻。定期沖洗空預(yù)器蓄熱元件，減少空預(yù)器堵塞，保證脫硝系統(tǒng)兩側(cè)煙氣流量平衡。
2.提高催化劑防磨性能，可考慮在催化劑迎風(fēng)面端部做硬化處理，提高催化劑抗沖刷能力。
3.治理脫硝反應(yīng)器漏點，定期對壓縮空氣進(jìn)行疏水，杜絕冷風(fēng)、水汽漏入反應(yīng)器。
4.定期化驗入爐煤成分及灰分成分。
5.運行中嚴(yán)格根據(jù)煙氣參數(shù)確定脫硝裝置投退，煙氣溫度在310℃-420℃時方可投入脫硝運行，當(dāng)煙氣溫度或機(jī)組負(fù)荷偏低時及時投入煙氣旁路裝置；煙氣溫度升至410℃時，采取加強(qiáng)鍋爐吹灰，降低火焰中心高度，切換磨煤機(jī)運行等方法，如煙氣溫度仍在上升，應(yīng)申請降低機(jī)組負(fù)荷以保護(hù)脫硝催化劑。鍋爐四管泄漏時檢查省煤器灰斗是否有水排出，若煙氣中帶有水汽，申請停爐，停爐后可對催化劑進(jìn)行吹掃。
五、托克托發(fā)電公司目前已采取的措施
1.已實測#1、#7爐脫硝煙氣流場冷、熱態(tài)分布情況，選取負(fù)荷工況為600MW、450MW、350MW，按網(wǎng)格法測量反應(yīng)器出、入口截面的煙氣速度、氧量、NOX濃度、煙氣溫度、氨逃逸，重新核實理論設(shè)計。
#7爐脫硝反應(yīng)器入口速度場測點分布圖：
煙氣速度測孔位于第二層催化劑上方約0.5m，A/B兩側(cè)反應(yīng)器外側(cè)各布置7個測孔，按照從靠近爐膛到遠(yuǎn)離爐膛的順序編號為A1—A7、B1—B7；A/B脫硝反應(yīng)器外側(cè)各布置23個測孔，按照從外到內(nèi)編號1、2、3。在脫硝系統(tǒng)入口水平煙道位置均勻開孔各11個，安裝試驗管座，用于測量煙道內(nèi)O2、NOx的分布。溫度測點測點位置同NOx等參數(shù)的測點位置。將熱電阻組深入煙道內(nèi)，每組熱電阻組包含四根熱電阻，分別測煙道內(nèi)1m深，2m深，3m深，4m深處煙氣的溫度。
600MW工況A側(cè)反應(yīng)器邊側(cè)煙氣速度分布（m/s）：
600MW工況B側(cè)反應(yīng)器邊側(cè)煙氣速度分布：
測量顯示SCR-A側(cè)側(cè)面測量截面的平均速度為6.68m/s，SCR-B側(cè)側(cè)面測量截面的平均速度為5.77m/s，SCR脫硝系統(tǒng)流速分布沿寬度方向從靠近爐膛一側(cè)到遠(yuǎn)離爐膛一側(cè)呈增大趨勢，這與#7爐催化劑吹損情況一致。綜合各典型工況煙氣流速分布情況，制定流場優(yōu)化方案，現(xiàn)改造備件已到貨，計劃在停爐時實施改造。
2.進(jìn)行入爐煤及灰分化驗。
3.檢測催化劑化學(xué)成分、機(jī)械強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度。
4.停爐時檢查導(dǎo)流板、整流格柵磨損情況，消除反應(yīng)器漏點，定期對空預(yù)器進(jìn)行沖洗，定期分析脫硝系統(tǒng)各項指標(biāo)，聯(lián)系運行專工及時調(diào)整脫硝反應(yīng)器兩側(cè)煙氣量，使兩側(cè)煙氣流場趨于均勻。
六、結(jié)束語
托克托發(fā)電公司SCR脫硝系統(tǒng)已運行近3年，在生產(chǎn)現(xiàn)場不斷的檢查、分析、探索，逐步摸索脫硝系統(tǒng)運行調(diào)整、設(shè)備維護(hù)的規(guī)律，加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整，消除煙氣流場存在的偏差因素，嚴(yán)格催化劑入廠檢測，是保證鍋爐脫硝催化劑安全運行的根本。找準(zhǔn)影響催化劑壽命的關(guān)鍵因素并加以改進(jìn)，才能保證催化劑在使用周期內(nèi)安全、經(jīng)濟(jì)運行。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
