國電沈陽熱電有限公司SCR脫硝裝置綜述

（國電沈陽熱電有限公司,遼寧 沈陽 110000）

國電沈陽熱電有限公司SCR脫硝裝置綜述

厲昂

（國電沈陽熱電有限公司,遼寧 沈陽 110000）

以國電沈陽熱電有限公司2x330MW機組煙氣選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置為例，簡要介紹了沈陽熱電有限公司SCR脫硝系統的工藝構成和流程特點、設計參數、總體布置，并對該工程中相關設備存在的問題進行了描述，提出治理辦法，為我國大型燃煤機組脫硝改造的類似工程提供了參考。

煙氣脫硝；選擇性催化還原；應用

氮氧化物是造成大氣污染的污染物之一，我國氮氧化物排放量中大部分是來自于煤炭的燃燒,火力發電廠是氮氧化物主要排放源之一。

目前，火力發電廠主要有兩種方式降低氮氧化物排放：一是通過低氮型燃燒器來控制氮氧化物的生成。二是對生成的氮氧化物進行處理的煙氣脫硝技術。主要方法有選擇性催化還原(SCR)和選擇性非催化還原 (SNCR)工藝。選擇性催化還原(SCR)是目前應用最為廣泛的脫硝技術，國外大多數電廠基本都應用該技術。與其他技術相比，SCR脫硝技術相對成熟，裝置結構簡單，脫硝效率高，運行可靠性強，便于維護，是火力發電廠應用最多的煙氣脫硝技術，其系統的脫硝效率可達80%以上。

1 SCR脫硝工藝流程及設計參數

1.1 工藝流程

國電沈陽熱電有限公司2×330MW機組亞臨界燃煤機組，于2012年相繼投入生產，鍋爐型式為亞臨界、一次再熱、自然循環汽包、四角切圓燃燒、全鋼構架。沈陽熱電有限公司SCR脫硝工程要求在校核煤種1、鍋爐最大工況（BMCR）、處理100%煙氣量條件下脫硝效率不小于60%并預留進一步提高硝效率不小于80%的設計方案和催化劑層數。SCR脫硝工藝采用典型的高塵布置方式， SCR反應器布置在省煤器和空預器之間，其優點為煙氣溫度滿足催化劑反應要求。

表1

1.2 設計參數

國電沈陽熱電有限公司2×330MW機組亞臨界機組煙氣脫硝系統的主要設計參數及性能如下(本文煙氣量均為標準狀態值)（表1）。

2 國電沈陽熱電有限公司SCR脫硝系統的特點

2.1 反應系統

（1）鋼結構。沈陽熱電的煙氣脫硝工程為北京龍源環保工程有限公司EPC項目，鋼結構為北京龍源設計、制造、安裝。其連接形式和鍋爐鋼構有一定區別。用戶需根據廠地空間等條件合理優化。（2）煙道。煙道的阻力是造成引風機壓頭增大的主要原因之一，由于脫硝系統煙道管路較長，在引風機選型中應須考慮留有一定裕量。在施工過程中，加強焊接質量監管，否則保溫后漏點較多，增大鍋爐散熱損失。（3）SCR反應器。SCR反應器布置在鍋爐省煤器和空預器之間。反應器入口及出口段均設導流板。反應器內部的支架、加強板設計成不易積灰的型式，反應器底部設置非金屬補償器。我公司為每臺鍋爐設置2個SCR反應器。 （4）渦流混合器。氨氣噴射混合系統采用了“渦流式混合器”，其設計原理是采用空氣動力學中的駐渦理論。在煙道內部布設擾流板，在其背向煙氣流動方向的位置安裝噴嘴，當原煙氣通過時，會在擾流板的后部形成渦流混合區，達到原煙氣與氨氣混合均勻的效果。渦流混合器結構簡單，運行安全可靠，噴管耐磨且不會造成堵灰。（5）吹灰器和灰斗。國電沈陽熱電有限公司2×330MW機組亞臨界機組煙氣脫硝工程中未設置SCR反應器旁路。本工程SCR裝置為高含塵布置，加裝SCR裝置后省煤器出口水平煙道比較長，為防止飛灰在SCR入口煙道底部彎頭形成積灰死角和飛灰板結，在每個反應器入口煙道下部彎頭處設置4個SCR入口煙道灰斗。本工程在每個灰斗下方設置一臺電動鎖氣器及相應的輸灰管路，將收集到的飛灰排入了空預器入口的煙道里，這樣設計給空預器堵灰帶來了隱患。電動鎖氣器設置順控方式不間斷運行，確保將灰斗收集下來的飛灰連續不斷的排出。

根據本工程灰的特性和處理規模，在SCR反應器內部、催化劑床層上端設置聲波吹灰系統，每個反應器的每層催化劑布置3只。催化劑吹掃壓縮空氣最大耗量（瞬時最大）2.4Nm3/min，吹掃儀用壓縮空氣壓力0.4～0.8MPa，每個吹灰器每次吹掃時間10s，每臺聲波吹灰器每10min吹掃一次。

2.2 還原劑制備系統

沈陽熱電煙氣脫硝工程中采用尿素熱解制氨系統。該系統采用尿素作為還原劑，兩臺鍋爐的脫硝裝置公用一個還原劑儲存、制備及供應區域，并按照80%脫硝效率進行公用區的設計；主要設備有熱解爐、尿素輸送設備（斗提機）、尿素存儲倉、尿素溶液罐及存儲罐、泵組及分配計量模塊等。

3 實際生產中發生的主要問題

3.1 尿素溶液在熱解爐內部結晶

目前，尿素熱解技術已經成功應用到眾多火電機組的脫硝系統中。然而在實際運行中，東北地區由于冬季室外溫度較低，尿素溶液管路及熱解爐結晶成了難題。國電沈陽熱電有限公司脫硝熱解爐就頻頻出現的結晶問題，大量的結晶物在熱解爐內，脫硝系統被迫停止運行，嚴重影響機組排放指標，如圖1、2。

圖1

圖2

3.2 脫硝灰斗設計不合理

為防止催化劑積灰導致中毒，在脫硝入口煙道上設置了灰斗，灰斗內積灰直接排放到預熱器入口煙道，給空預器內部積灰留下了隱患。

3.3 空預器堵塞

機組運行中發現，投入脫硝后，空氣預熱器堵塞嚴重，尤其預熱器冷端。經過分析，積灰成分主要為硫酸氫銨。由于存在氨逃逸，當氨逃逸率達到一定數值時，將會發生化學反應。殘余的氨氣成分會和煙氣中的SO3和水蒸汽反應即NH3＋SO3＋H2O＝NH4HSO4。硫酸氫銨與空預器內部灰塵形成板結堵塞空預器扇形倉，如圖3、圖4。

圖3

圖4

3.4 噴槍霧化空氣品質不夠

盡管脫硝熱解爐內噴槍霧化氣源為儀用壓縮空氣，但是噴槍霧化壓縮空氣需要高品質高清潔的氣源，壓縮空氣中含少量水和油會影響尿素的霧化效果，嚴重影響霧化效果，長時間運行后熱解爐內部結晶。

3.5 尿素溶液管路伴熱設計存在缺陷

原設計安裝的尿素溶液管路伴熱管道的汽源為尿素溶解罐的蒸汽疏水，由于尿素溶液管路較長，從尿素溶解車間到鍋爐廠房四層，汽源壓力較低，在冬季室外溫度較低的時候，伴熱管路結冰，影響尿素溶液輸送，導致尿素溶液結晶。

4 解決辦法及應對措施

4.1 保溫治理

防止熱解爐結晶應保證熱解爐內的溫度場合理均勻分布、熱解爐內沒有溫度死角，沒有低溫區，外部保溫良好，避免散熱，使尿素溶液在熱解爐內不會因為達不到分解溫度條件而形成結晶。發生結晶后，經現場檢查發現，熱解爐支架與鋼架直接接觸，未加裝防止散熱的墊片。局部保溫缺失，散熱嚴重。檢修中，加裝隔熱墊片，恢復各部位保溫。

4.2 校正噴槍安裝角度

按照設計規范要求，調整噴槍角度，保證垂直度，使噴嘴與熱解爐筒壁平行。檢修中，兩臺鍋爐的12只噴槍全部校正噴嘴角度。

4.3 重新設計脫硝灰斗輸灰系統

脫硝入口煙道灰斗輸送不應該排放到空預器入口，建議其他電廠在脫硝設計階段應與脫硝廠家溝通，單獨設置輸送管道，可以排放到渣倉或者灰庫。目前各脫硝設備廠家為節約成本依然采取此種設計方式。我公司則根據實際情況已經提報技改方案，擇期改造。

4.4 嚴格控制氨逃逸

為避免空氣預熱器發生堵塞，需嚴格控制氨逃逸率，運行人員需根據工況，及時調整尿素溶液噴入量，控制氨逃逸，減少硫酸氫銨的生成。同時冬季，及早投入暖風器，提高一次風和二次風溫度，避免空預器冷端溫度過低增加硫酸氫銨的生成。

4.5 空預器水沖洗

為防止空預器堵灰嚴重影響機組停運，在機組檢修期，應該對空預器扇形倉拆包沖洗。不拆包沖洗，效果較差，可能未到檢修期，空預器就堵塞積灰嚴重影響鍋爐安全穩定運行。

4.6 提高壓縮空氣品質

儀用壓縮空氣凈化裝置需定期檢查，干燥劑過期及時進行更換，保證壓縮空氣品質。我公司在脫硝噴槍霧化儲氣罐前單獨增設一套過濾裝置，提高壓縮空氣潔凈度。

4.7 伴熱管路汽源改造

尿素溶液伴熱管路汽源改至中壓輔汽聯箱供給，提高壓力，增加管路疏水點，保證了伴熱效果，避免尿素溶液管路結晶。

4.8 嚴格配制尿素溶液

按照設計要求尿素溶液最佳濃度應該保證介于50%～55%之間，實際工作中應根據設備及環境內部的工作溫度，配制合格的溶液濃度，以避免由于尿素溶液配制時溫度不同而導致的尿素溶液濃度過高，從而在輸送管道中由于降溫而析出晶體。根據公司實際情況制定日常檢修維護制度，定期做好噴槍霧化情況檢查，檢查時應將噴槍抽出，做霧化試驗，確保噴槍工作正常。

5 結語

國電沈陽熱電有限公司SCR煙氣脫硝系統運行至今已有4年時間。運行期間發生過或大或小的各類問題。通過4年的摸索、熟悉、改造、完善，從曾經的故障頻發到今天的長期連續穩定運行，總結積累了一定的實際生產經驗，為其他同類機組的尿素熱解脫硝系統安裝、運行、檢修提供了經驗；同時也為公司實施煙氣超低排放起到了推動作用，對電力環保的可持續發展具有重要意義。

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