齊魯熱電SCR脫硝系統(tǒng)運行中存在的問題及應(yīng)對措施

李海濤

（中國石化齊魯石化分公司熱電廠，山東 淄博 255410）

氮氧化物（NOx）是燃煤過程中排放的主要大氣污染物，其危害較大且難以處理，是引起溫室效應(yīng)、酸雨和光化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)。中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)、消費國，煤炭燃燒產(chǎn)生的大氣污染物帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染、生態(tài)破壞。隨著我國對環(huán)境保護工作的日益重視，降低氮氧化物排放量成為燃煤鍋爐達標(biāo)運行的重要工作。燃煤電廠主流的煙氣脫硝技術(shù)是選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)，近年來發(fā)展迅猛[1]。

齊魯石化熱電廠本部擁有8臺410 t/h燃煤鍋爐，2014年引進北京國電龍源SCR煙氣脫硝技術(shù)，催化劑采用“2+2”布置，第一階段設(shè)置兩層催化劑，預(yù)留兩層催化劑位置，改造完成后，煙氣排放滿足《山東省火電廠電氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB37 664-2013）和《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB372376-2013）規(guī)定的NOx低于100 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著排放要求的提高，2016年又對8臺鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)增上一層催化劑，煙氣NOx排放達到低于50 mg/m3要求。然而，SCR脫硝系統(tǒng)在運行中遇到一些問題，這在一定程度上影響了機組的穩(wěn)定運行和超凈排放。

1 SCR脫硝工藝系統(tǒng)

煙氣脫硝系統(tǒng)主要包括煙氣系統(tǒng)、SCR催化反應(yīng)系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng)。

1.1 煙氣系統(tǒng)

煙道以最差運行條件進行設(shè)計。煙道最小壁厚不小于6 mm，煙道內(nèi)煙氣流速不大于15 m/s。催化劑區(qū)域內(nèi)流速不大于6 m/s。在適當(dāng)位置配有足夠數(shù)量的人孔門和清灰孔，便于維修和檢查。在外削角和變截面收縮等急轉(zhuǎn)彎頭處以及煙氣流動模型研究結(jié)果要求的其他地方，設(shè)置了導(dǎo)流板；在易積灰的煙道轉(zhuǎn)彎處設(shè)計了防積灰設(shè)施；設(shè)計了低溫省煤器泄漏時的排水措施，可由4根排水管直接排到灰溝[2]。

1.2 催化反應(yīng)系統(tǒng)

反應(yīng)器設(shè)計成煙氣豎直向下流動，入口和出口段設(shè)置導(dǎo)流板，對于易于磨損的部位設(shè)計必要的防磨措施。頂部入口截面煙氣速度分布最大允許偏差不超過±15%，煙氣溫度分布最大允許偏差不超過±10℃，NH3/NOx摩爾比分布最大允許偏差不超過±5%。反應(yīng)器設(shè)置足夠數(shù)量的人孔門，配有可拆卸的催化劑測試塊。出、入口各設(shè)置一套NOx和O2分析儀及相應(yīng)的過濾、加熱吹掃裝置的取樣系統(tǒng)，在反應(yīng)器出口設(shè)置一套原位式激光測量法的NH3逃逸分析儀。在渦流混合板處設(shè)置10個取樣口測量氨氣濃度和流速。反應(yīng)器入口設(shè)計5個煙氣取樣口，測量NOx和O2；出口設(shè)計5個煙氣取樣口，測量NOx、O2和NH3。

根據(jù)煙氣設(shè)計參數(shù)要求，選用18孔蜂窩催化劑。采用模塊化設(shè)計，統(tǒng)一規(guī)格，與板式或波紋板式催化劑具有互換性。

催化劑正常工作溫度：315～420℃，最高工作溫度不大于450℃。催化劑可在煙氣溫度不高于420℃的情況下長期運行，同時催化劑可承受運行溫度為450℃、不低于5 h的考驗，不產(chǎn)生任何損壞。

1.3 噴氨系統(tǒng)

每臺鍋爐設(shè)置2臺滿負(fù)荷容量的離心式稀釋風(fēng)機，一用一備。設(shè)置一套氨/空氣混合系統(tǒng)，用于氨氣與空氣的混合。

為保證氨氣注入煙道的絕對安全以及混合均勻，將氨氣濃度降低到爆炸極限（爆炸極限在空氣中的體積分?jǐn)?shù)為16%～25%）下限以下，控制在5%以內(nèi)。稀釋風(fēng)機必須能保證30%～100%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況下正常運行，風(fēng)量裕度不低于10%，風(fēng)壓裕度不低于20%。

氨/煙氣混合均布系統(tǒng)設(shè)計如下：由氨/空氣混合系統(tǒng)來的混合氣體噴入位于煙道內(nèi)的渦流混合器處，在渦流混合器前裝設(shè)手動調(diào)節(jié)閥，在系統(tǒng)投運后根據(jù)煙道進出口的NOx濃度來調(diào)節(jié)氨的分配量。

2 SCR脫硝系統(tǒng)運行中存在的問題及應(yīng)對措施

齊魯熱電8臺煤粉鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)自投運以來，反應(yīng)器入口煙氣溫度在320～375℃，滿足催化劑溫度窗口要求，每臺鍋爐脫硝效率高于90%，實現(xiàn)了脫硝自動調(diào)整，操作簡單，鍋爐煙氣穩(wěn)定達標(biāo)，但在運行過程中仍出現(xiàn)以下問題。

2.1 供氨母管壓力波動

液氨在罐區(qū)通過蒸發(fā)器蒸發(fā)成氣氨后，經(jīng)由Φ100氣氨管線送至鍋爐區(qū)域，各爐用Φ50管線從母管引接。在混合器中氣氨與稀釋風(fēng)機的冷風(fēng)混合后，通過7個噴嘴進入上升煙道，經(jīng)渦流混合后送入SCR反應(yīng)器。

脫硝要求供氨壓力保持在0.3～0.6 MPa，低于0.15 MPa聯(lián)鎖停車。由于氣氨除供8臺鍋爐脫硝用戶外還供應(yīng)兩臺氨法脫硫塔，氨法脫硫塔氣氨用量大，大量使用時造成脫硝供氨母管壓力大幅波動，自動控制無法投入運行。運行過程中，SCR供氨母管壓力最高至0.8 MPa，最低至0.1 MPa，波動幅度達0.7 MPa，出現(xiàn)了供氨壓力低造成的脫硝裝置聯(lián)鎖停車事故。

對此，2014年10月新增一套液氨蒸發(fā)器，專供脫硝裝置使用，避免了脫硫、脫硝系統(tǒng)相互影響，脫硝系統(tǒng)自動控制投入，鍋爐煙氣穩(wěn)定達標(biāo)。

2.2 噴氨量波動大

單爐用Φ50管線從供氨母管引接，供氨管線未設(shè)置保溫措施。在夏季運行時，供氨調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)噴氨量穩(wěn)定，鍋爐煙氣穩(wěn)定達標(biāo)。在冬季運行時，出現(xiàn)供氨調(diào)節(jié)閥及后管路結(jié)霜、結(jié)凍，甚至供氨調(diào)節(jié)閥凍結(jié)問題，導(dǎo)致噴氨量大幅波動，影響鍋爐穩(wěn)定達標(biāo)。

對此，2015年1月在脫硝供氨母管上加裝一臺氣氨電加熱器，將氣氨由15℃加熱到50℃，效果不明顯。又在各臺爐供氨管線加裝蒸汽伴熱線并對管線進行保溫，供氨管線結(jié)霜及調(diào)節(jié)門凍結(jié)問題解決，冬季運行中供氨調(diào)節(jié)門動作靈活，自動控制投入運行，鍋爐煙氣穩(wěn)定達標(biāo)。

2.3 脫硝壓縮空氣系統(tǒng)冬季凍堵問題

脫硝SCR區(qū)域的聲波吹灰器和儀表用氣引自廠壓縮空氣系統(tǒng)。脫硝壓縮空氣母管引自廠公用壓縮空氣緩沖罐，在標(biāo)高0m處由一條Φ150管線送至鍋爐區(qū)域。單爐用一條Φ50管線與母管連接，送至標(biāo)高20 m脫硝壓縮空氣緩沖罐后供單爐聲波吹灰器和儀表使用。

在冬季運行過程中，多臺次鍋爐出現(xiàn)脫硝用壓縮空氣壓力低現(xiàn)象，廠用壓縮空氣系統(tǒng)運行正常。對脫硝壓縮空氣罐加強定期放水工作，此現(xiàn)象仍存在，壓縮空氣母管末端的8#爐尤為嚴(yán)重。分析認(rèn)為，雖然壓縮空氣經(jīng)過干燥后有一定的露點溫度，但不能保證壓縮空氣內(nèi)不含水，壓縮空氣罐定期放水工作。此外，由于位置較高，母管內(nèi)存水泄放不徹底，造成壓縮空氣管線凍堵。根據(jù)分析結(jié)果，對壓縮空氣母管通過臨時跨線閥進行放水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，放出大量存水。壓縮空氣母管無放水閥的設(shè)計，導(dǎo)致壓縮空氣母管內(nèi)存水，冬季溫度較低時造成單爐管線凍堵，提出增加母管疏水管線的建議后，脫硝壓縮空氣冬季未再出現(xiàn)凍堵問題。

2.4 氨/空氣混合器及噴嘴堵塞問題

2.4.1 氨/空氣混合器堵塞

2015年8月，在脫硝系統(tǒng)運行一年左右后，8臺鍋爐脫硝系統(tǒng)稀釋風(fēng)機風(fēng)量均出現(xiàn)了不同程度的下降問題。現(xiàn)場查看稀釋風(fēng)機入口濾網(wǎng)等部件沒有發(fā)現(xiàn)問題。利用停爐機會，檢查了2#爐脫硝氨/空氣混合器內(nèi)部運行情況，發(fā)現(xiàn)氨/空氣混合器發(fā)生大面積堵塞，混合器表面有大量積灰，通流面積降低，導(dǎo)致稀釋風(fēng)量減小，如圖1所示。

圖1 氨/空氣混合器清理前、后對比照片

對氨/空氣混合器進行清理，重新運行后，稀釋風(fēng)量恢復(fù)投運前狀態(tài)，運行情況良好。因此，制定每次停爐必須對氨/空氣混合器進行清洗、檢查的定期工作計劃，至今未再發(fā)生稀釋風(fēng)量不足問題。

2.4.2 氨噴嘴堵塞

2017年1月，停爐檢查2#爐脫硝裝置時，筆者發(fā)現(xiàn)氨噴嘴形成的“牛角灰”延伸至渦流混合器形成搭橋現(xiàn)象，如圖2所示。搭橋灰錐導(dǎo)致所在噴嘴噴氨量下降，均布性變差，與煙道尾部的低溫空氣預(yù)熱器部分堵塞高度關(guān)聯(lián)。

圖2 噴嘴積灰前、后對比照片

分析認(rèn)為，主要原因是低溫的NH3、空氣混合氣體與高溫的含SO3的氣體接觸，生成NH4HSO，黏附在噴嘴上，逐漸堆積形成“牛角灰”，灰錐不斷增長延伸至渦流混合器處形成搭橋現(xiàn)象[3]。因此，對2#爐氨噴嘴進行改造，將噴嘴直徑由100 mm將為80 mm，與渦流混合器距離由500 mm增加至650 mm，提高噴嘴處的流速，避免灰錐的形成，下一步將進一步觀察此措施的實施效果。

3 結(jié)論

自投運以來，齊魯熱電8臺鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定，自動控制投入，脫硝效率高。除發(fā)生上述問題外，還有氨逃逸表指示不準(zhǔn)確、聲波吹灰器頻繁故障等問題，給生產(chǎn)運行帶來了一定的困擾。隨著國家對環(huán)境保護的日益重視，熱電廠在運行過程中需要加緊解決現(xiàn)有的各種問題，確保煙氣穩(wěn)定達標(biāo)。