鍋爐煙氣對SCR脫硝系統的影響及對策

楊法華(四川廣安發電有限責任公司,四川廣安 638000)

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鍋爐煙氣對SCR脫硝系統的影響及對策

楊法華
(四川廣安發電有限責任公司,四川廣安 638000)

【摘 要】目前,煙氣脫硝主流技術之一選擇性催化還原法(SCR)應用相當廣泛,以廣安三期的煙氣脫硝裝置為例,簡要介紹選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction 簡稱SCR)脫硝工藝,并通過鍋爐煙中的水份、氧、二氧化硫、飛灰以及煙氣溫度等對SCR脫硝系統的影響進行分析,提出了解決的對策,為相關燃煤機組脫硝提供技術借鑒。

【關鍵詞】SCR 鍋爐 影響 煙氣 飛灰

2014年7月1日,我國開始實施被稱為“史上最嚴”的國《火電廠大氣污染物排放標準》,這就對火電廠污染物排放提出更高的要求,因此必須考量對煙氣中NOx進行脫除以達到排放標準。目前,煙氣脫硝主流技術之一選擇性催化還原法(SCR)應用相當廣泛,可滿足目前嚴格的環保標準。在關注脫硝效率的同時,鍋爐系統的相關設備對SCR經濟性的影響也應加以重視。但目前國內電廠對SCR的運行經驗并不豐富。本文將從鍋爐設備相關方面對SCR脫硝系統影響作較簡要分析。

1 脫硝裝置簡介

廣安三期配有2臺600MW亞臨界燃煤機組,鍋爐采用東鍋DG2028/17.45-Ⅱ5型,燃燒器采用前后墻對沖燃燒方式,配有30只低NOx燃燒器,在尾部煙道安裝脫硝裝置。在省煤器出口布置2個SCR反應器,每個反應器配置3個催化劑反應層。SCR脫硝裝置使用氨氣作為還原劑,將體積濃度為5%的氨氣通過氨注入裝置噴入溫度為280℃－420℃的煙氣中,在催化劑作用下,氨氣將煙氣中的NO 和NO2還原成無公害的氮氣和水。為了避免尾部煙道積灰過多造成催化劑活性下降引發脫硝效率下降和煙氣阻力過大,在各層催化劑區域布置了聲波吹灰器,整個脫硝裝置共布置了42臺(#61爐24臺,該鍋爐脫硝改造時NOx排放標準為200mg/Nm3)。

2 SCR脫硝原理

在催化劑存在條件下,在合適的反應溫度時,煙氣中NOx被選擇性還原劑還原成無二次污染的N2和H2O。

4NO+4NH3+O2→4N2+6H20 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O副反應主要有: 2SO2+O2→2SO3

3 鍋爐煙氣對SCR的影響

3.1 煙氣中含水量對SCR系統的影響

水是SCR的反應產物,它能夠與催化劑的表面相互作用,從而改變活性位的結構,進而抑制SCR的反應的發生。當然,這種作用并不明顯。一般來說,對于特定的催化劑,煙氣含水量越高,對催化劑的活性越不利。有資料說明,煙氣含水率低于5%可忽略這種影響。

3.2 煙氣中含氧量對SCR系統的影響

一般來說。煙氣中的含氧濃度增大,有利于NOx的還原,對催化劑的活性有利。根據經驗,一煙氣中含氧大于3%以上時,對SCR系統基本沒有影響。

3.3 煙氣中SO2對SCR系統的影響

SO2在催化劑的作用下被氧化成SO3,該反應對SCR反應非常不利,因為SO3和煙氣中的水與NH3反應,生成硫酸銨和硫酸氫氨,這些硫酸鹽(特別是硫酸氫氨)會對空預器產生堵塞,嚴重時可導致系統停運。

3.4 煙氣中的飛灰對SCR系統的影響

在燃煤鍋爐中,含灰較高的煙氣SCR系統中,催化劑隨著其活性的損失而老化,主要原因為解除煙氣中的飛灰。煙氣中的飛灰對催化劑的性能影響主要表現在以下方面:

3.4.1 飛灰中堿金屬引起催化劑中毒

通常,煤中還還有有的堿金屬(Na+、K+),其中Na+的含量有較K+少。這些堿金屬在燃燒會產生的Na+、K+等腐蝕性混合物,隨著煙氣進入SCR系統,會直接與催化劑表面接觸,與催化劑活性組份反應,致使催化劑失去活性。由于SCR反應集中發生在催化劑的表面,為了減低因堿金屬對催化劑的活性的影響,最有效的措施是避免水蒸氣在催化劑表面的凝結。

3.4.2 飛灰引起催化劑堵塞

催化劑堵塞主要是因為銨鹽及飛灰中的小顆粒沉積在催化劑的小孔中,致使煙氣不能順利流通,就會阻礙NOx、NH3、O2到達催化劑活性表面,引起催化劑鈍化。嚴重的堵灰,不僅會使催化劑鈍化,還會使得催化劑內煙氣流速大大增加,這樣還會對風煙系統正常運行帶來不利影響。

3.4.3 飛灰造成催化劑磨蝕

催化劑的磨蝕與飛灰的濃度、飛灰的粒徑、飛灰的入射角、煙氣的流速、催化劑的運行時間以及催化劑本身的硬度等有關。正常情況下,催化劑的飛灰磨蝕主要發生在催化劑的迎灰面。

3.4.4 飛灰中的CaO引起的催化劑毒化

CaO造成SCR催化劑中毒可能有以下三種原因:CaO造成小孔堵塞、CaO的堿性使得催化劑的酸性下降和生成的CaSO4使得催化劑活性下降,其中,CaSO4生成造成催化劑表面堵塞,具體原因此處暫不展開敘述。

3.5 煙氣參數對SCR的影響

3.5.1 煙氣溫度對催化劑的特性的影響

不同的催化劑優不同的使用溫度范圍,但反應溫度低于催化劑的使用溫度范圍下限是,催化劑上會有副反應,SCR區域的副反應會生成生成硫酸銨和硫酸氫氨,該鹽附著在催化劑表面,堵塞催化劑的小孔,降低催化劑的活性。

3.5.2 催化劑入口煙氣分布均勻性對催化劑的性能的影響

對于燃煤鍋爐,當煙氣速度分布偏差較大時,煙氣速度小的地方容易發生堵灰,而煙氣速度較大的地方容易發生催化劑磨損,因此,對于煙氣含灰較大的情況,煙氣速度偏差應該嚴格控制。

4 應采取的措施

4.1 對煙氣中的水的含量加以控制

一般情況下,煙氣含水量大于5%,控制起來難度較大,在實際工作中,我廠一般從以下方面入手:1,加強燃燒摻配管理,煤質較濕的嚴禁單獨上倉。上倉時確認煤質干燥程度,如果條件不具備,濕煤必須上倉時,要與干煤棚中燃煤摻配上倉,不僅可以控制水份,還可以防止堵煤;(2)優化鍋爐吹灰頻率,我廠因煤質原因曾經每天一次全程吹灰,通過優化分析,現在吹灰頻率下降了60%之多;(3)如果發生“四管泄漏”等異常,要盡早安排停爐,減少多SCR催化劑活性的影響。

4.2 氧量的控制

低負荷時,氧量一般都大于3%,可以忽略氧量對系統的影響,但是當高負荷,因增加SCR系統和因脫硝導致的空預器堵塞等原因導致引風機出力不足,使得送風氧量低于3%。此時,在保證燃燒安全的前提下,盡可能開大風門,但是這也不足以解決問題。為了解決鍋爐運行中煙道阻力增加的問題,應該增加引風機的裕量。當然也要考慮氧量NOx的產生影響。

4.3 加強燃煤中硫份的控制

廣安地區的煤質含硫普遍較大,一般大于3%,低硫煤需要外購,為了控制硫份,同時也為了控制燃煤成本,一般采取燃煤摻配來控制硫份,從而控制SO2生成。

4.4 加強聲波吹灰器的管理

聲波吹灰器對防止催化劑積灰和CaO引起催化劑毒化有不可替代的作用。由于聲波吹灰器吹掃是成組進行,當某個聲波吹灰器異常時不易發現,應定期進行逐個檢查。機組停運進入反應器內檢查催化劑層并清理聲波吹灰器內喇叭口。同時應加強壓縮空氣放水工作,防止影響吹灰效果。

4.5 確保省煤器灰斗良好下灰

SCR系統布置布置在省煤器之后,這種布置改變了省煤器灰斗的灰量,在日常運行中要加強監視,測量下灰管的溫度,確保省煤器灰度良好下灰,可有效降低進入催化劑區域的煙氣飛灰量,有效降低催化劑中毒。

4.6 SCR入口煙溫控制在300～420℃范圍內

煙氣溫度低于420～430℃,催化劑的燒結速度處于可以接受的范圍。但當煙氣溫度高于450℃,催化劑的壽命就會在短時間內大幅降低,燒結使催化劑失活的重要原因之一。因此應嚴格控制煙氣溫度,煙氣溫度太高會導致催化劑燒結。特別是鍋爐啟動及負荷調整過程中,避免溫升太快損壞催化劑,一般來說強調點火期間溫升,而不強調降溫速度。

4.7 SCR入口NOx含量的控制

廣安三期燃燒器采用的是低NOx燃燒器,結合NOx生成機理和日常摸索,總結一下降NOx經驗:

(1)保證磨煤機處于高出力運行,避免出現高磨煤機臺數、低磨煤機負荷這種工況出現。(2)在燃燒允許的情況下開大各燃燒器三次門,控制燃盡風開度上限運行。(3)燃燒穩定,設備可靠是關鍵,不穩定的燃燒工況會產生更多的NOx,不穩定工況也可能導致SCR噴氨量的過調。(4)加強燃煤摻配的管理,與相關部門做好溝通協調,保證均勻煤質上倉,加強燃運系統缺陷管理,提高設備健康水平。

以上幾點也可控制NH3逃逸率,減少對下游設備的影響,如空預器和電除塵。

5 結語

火電廠鍋爐在SCR脫硝裝置安裝之后,因煙氣對催化劑的影響很大,煙氣的各種因素對催化劑的影響,總結煙氣在鍋爐正常運行狀態下對催化劑的影響,針對性防止催化劑損壞的措施,對提高催化劑壽命和降低SCR脫硝系統的運行維護成本具有重要意義。

參考文獻:

[1]段傳和,夏懷祥.燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術[M].中國電力出版社,2009.

[2]寧獻武.SCR系統系統對鍋爐設備的影響及對策[J].電力環境保護,2009.

[3]四川廣安發電有限責任公司2×600MW脫硝運行規程,2012.

[4]李敏,仲兆平.氨選擇性催化還原(SCR)脫除氮氧化物的研究[J].山東電力技術,2004.

[5]張懷秋.對SCR催化劑選擇性的影響[J].能源研究與利用,2006.

作者簡介:楊法華(1981—),男,四川廣安人,工作單位:四川廣安發電有限責任公司,研究方向: 火電廠集控運行管理工作。