某電廠鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)改造工程分析

某電廠共有三臺(tái)240t/h 循環(huán)流化床鍋爐，之前爐膛頂部分離器入口處安裝有SNCR（選擇性非催化劑還原法）脫硝系統(tǒng)。該SNCR 主要組成系統(tǒng)是：①氨水加注、存儲(chǔ)系統(tǒng)：通過罐車將氨水(20%）由外界運(yùn)輸?shù)綇S送至氨水存放點(diǎn)儲(chǔ)存。氨水通過氨水加注泵輸送到氨水儲(chǔ)罐儲(chǔ)存使用。②氨水輸送系統(tǒng)：氨水輸送泵將儲(chǔ)罐中的氨水輸送至靜態(tài)稀釋器和工藝水混合稀釋為5%左右的氨水后，輸送至爐前噴射系統(tǒng)進(jìn)行脫硝反應(yīng)。③稀釋水系統(tǒng)：除鹽水從主廠房除鹽水系統(tǒng)接入稀釋水箱，通過稀釋水泵打入靜態(tài)混合器中與20%氨水混合。目前，因環(huán)保要求改變，煙氣氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)由原先100mg/Nm3提高為50mg/Nm3。為響應(yīng)國家對(duì)煙氣排放的環(huán)保指標(biāo)要求，需要對(duì)原有SNCR 脫硝系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加SCR 脫硝系統(tǒng)。

1 工程概況

本工程為改造原有電廠1#鍋爐全煙氣量脫硝裝置。原鍋爐設(shè)計(jì)三層空預(yù)器，現(xiàn)設(shè)計(jì)縮減掉一層，改造后預(yù)熱器性能不變。省煤器下管系組下移至此拆除空預(yù)器位置，騰出3m 左右高度空間安裝SCR 脫硝設(shè)備，省煤器改造后熱能不變。在上下省煤器管組斷開部位采用2 根外部集箱及4 根聯(lián)絡(luò)管連接，外部管路采用硅酸鋁保溫。空預(yù)器采用三維肋管空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)為立式布置，共上下兩級(jí)管箱，二次風(fēng)在一次風(fēng)中間。改造內(nèi)容包括脫硝催化劑及其輔助鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)、聲波吹灰器、NOx監(jiān)測(cè)裝置等。

2 工藝原理

本工程所采用的選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)是利用原有SNCR 脫硝系統(tǒng)噴射的過量氨作為還原劑，將部分省煤器移位，移出后的空間煙氣溫度控制在320～420℃，然后裝入以二氧化鈦為載體的釩基負(fù)載型板式催化劑，過量氨在催化劑的作用下，將煙氣中的NOx 進(jìn)一步脫除，濃度從150mg/Nm3(標(biāo)干，6%O2)降至50mg/Nm3(標(biāo)干，6%O2)以下，從而實(shí)現(xiàn)NOx的超低排放。脫硝還原反應(yīng)：

因循環(huán)流化床鍋爐煙氣含塵量偏高，本工程采用了孔隙率大、積灰易清理的板式催化劑。催化劑的運(yùn)行有最佳溫度范圍，當(dāng)運(yùn)行溫度高于催化劑的最高溫度限值時(shí)，蜂窩式催化劑將發(fā)生燒結(jié)和脆裂；當(dāng)運(yùn)行溫度低于催化劑的最低溫度限值時(shí)，容易生成硫酸氫銨，生成的硫酸氫銨附著在催化劑表面堵塞催化劑孔，導(dǎo)致催化劑活性降低，影響脫硝效率。SCR 最低運(yùn)行溫度必須高于催化劑的最低溫度限值，否則停止噴入氨，停運(yùn)SCR裝置。本工程催化劑的運(yùn)行溫度范圍為320～420℃。

3 系統(tǒng)描述

3.1 煙道

SCR 脫硝裝置的煙道直接與省煤器下部的軟連接相連，同時(shí)煙道中設(shè)置導(dǎo)流板和SCR 反應(yīng)器入口罩。省煤器出口的煙氣通過SCR 入口煙道進(jìn)入SCR 反應(yīng)器，通過反應(yīng)器下部直接與后部省煤器煙道相連。

3.2 SCR反應(yīng)器

配置一臺(tái)SCR 反應(yīng)器。SCR 反應(yīng)器包括反應(yīng)器箱體板、單層催化劑、水平支撐梁體系、入口NOx檢測(cè)儀、催化劑安裝門、吊裝電葫蘆及附屬保溫、平臺(tái)爬梯。

3.3 吹灰系統(tǒng)

SCR 裝置的吹灰系統(tǒng)采用聲波吹灰器，吹灰壓縮空氣接自廠區(qū)壓縮空氣管道。壓縮空氣要求壓力為0.4～0.6MPa。吹灰器用于清除催化劑表面的積灰。反應(yīng)器設(shè)3 臺(tái)吹灰器，每個(gè)吹灰器本體、控制柜、連接管道及管件等。

4 運(yùn)行與維護(hù)

4.1 初次運(yùn)行

只有對(duì)鍋爐管道進(jìn)行酸洗、燃料油燃燒設(shè)備的起燃試驗(yàn)且熄火后才能進(jìn)行催化劑的安裝，即在調(diào)試前不久進(jìn)行催化劑的安裝。如果無法滿足要求，則應(yīng)保證煙氣清潔系統(tǒng)可投入使用而且功能正常及系統(tǒng)投運(yùn)的條件為系統(tǒng)安裝、檢修完畢；系統(tǒng)水、電、氣、脫硝劑供應(yīng)正常。鍋爐投運(yùn)正常、噴氨系統(tǒng)調(diào)試正常。

4.2 啟動(dòng)

催化劑安裝完成后要對(duì)其進(jìn)行升溫激活。升溫速率見表1。

表1 催化劑安裝后升溫速率

在催化劑升溫過程中，為防止催化劑表面生成冷凝水，升溫速率不能低于 5℃/min；當(dāng)煙氣溫度高于最低噴氨溫度時(shí)開始噴氨。同樣，當(dāng)溫度低于最低噴氨溫度時(shí)停止噴氨。打開吹灰器自動(dòng)運(yùn)行程序，吹灰器會(huì)自動(dòng)循環(huán)間隔清灰，或者根據(jù)壓降損失情況進(jìn)行手動(dòng)清灰。

4.3 系統(tǒng)關(guān)停的要求

關(guān)停反應(yīng)器或鍋爐時(shí)，當(dāng)達(dá)到最低工作溫度時(shí)，應(yīng)停止噴氨。反應(yīng)器關(guān)閉時(shí)，催化劑溫度下降速度應(yīng)不超過60℃/min，急劇的溫度下降可能會(huì)導(dǎo)致催化劑開裂。系統(tǒng)關(guān)停后，用吹灰器對(duì)催化劑表面進(jìn)行反復(fù)吹掃，保證催化劑表面的積灰清除干凈。一旦完成反應(yīng)器的清潔工作，反應(yīng)器應(yīng)密閉起來，所有的閥、門洞、檢查孔均應(yīng)予以密閉。停運(yùn)期間，反應(yīng)器內(nèi)的相對(duì)濕度應(yīng)維持在盡可能低的水平，以防止水汽的沉積。有必要在反應(yīng)器的底部安裝臨時(shí)的電加熱器或除濕器，并在停車期間運(yùn)行，當(dāng)溫度過低或濕度過大時(shí)，電加熱器或除濕器可以間斷運(yùn)行，使催化劑保持干燥狀態(tài)。

4.4 注意事項(xiàng)

當(dāng)溫度低時(shí)，煙氣中的NOx與NH3反應(yīng)生成硫銨。因此，當(dāng)溫度低于最低噴氨溫度時(shí)停止噴氨。催化劑不宜在420℃及以上溫度煙氣條件下長期運(yùn)行，以免催化劑材料發(fā)生晶化和結(jié)構(gòu)變化，使催化劑失活。

4.5 催化劑中毒

受流經(jīng)的不同氣體及液態(tài)催化劑毒性物的影響，催化劑的活性將會(huì)降低。其失活程度受催化劑毒物的濃度、與毒物接觸的時(shí)間以及與毒物接觸時(shí)的溫度等因素的影響。如鈉鹽、鉀鹽、鎂鹽及鈣鹽等都會(huì)引起催化劑中毒。避免在露點(diǎn)溫度區(qū)運(yùn)行，或者使運(yùn)行時(shí)穿越露點(diǎn)溫度區(qū)的時(shí)間盡可能短，如此可減輕中毒癥狀。并且吹掃周期不得大于7d，最佳的吹掃周期應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。

4.6 催化劑的維護(hù)

模塊裝卸及搬運(yùn)過程嚴(yán)格遵守手冊(cè)中的要求進(jìn)行作業(yè)；催化劑存儲(chǔ)、系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)要做好防潮措施，以免催化劑活性受影響，停運(yùn)期間確保氨噴嘴以及吹灰器關(guān)閉完好；應(yīng)保證反應(yīng)器內(nèi)模塊組件的垂直度，各排列精準(zhǔn)對(duì)齊，確保每個(gè)催化劑單體在模塊中都沒有移位；檢查模塊中單體是否有破損或堵塞，及時(shí)做好清灰工作；檢查模塊組件之間的密封，以及模塊組件與反應(yīng)器墻板之間的密封，確保所有密封要徹底，以避免煙氣的泄漏，具體詳情見表2。

表2 催化劑維護(hù)措施

4.7 故障診斷及處理程序

如果氨噴入量在緩慢增加，表明催化劑已經(jīng)到了壽命極限。如果上述可能出現(xiàn)的故障原因被排除，則應(yīng)對(duì)運(yùn)行的催化劑樣品進(jìn)行活性檢測(cè)，以確定催化劑實(shí)際的活性狀態(tài)。

5 主要設(shè)備改造后評(píng)價(jià)

設(shè)備投運(yùn)后進(jìn)行了整體試驗(yàn)。

①改造后，壓力、流量和煙氣成分測(cè)點(diǎn)的位置和測(cè)量方式布置合理，保證可測(cè)出脫硝系統(tǒng)入口、出口的壓力和NOx含量。

②脫硝裝置在性能考核試驗(yàn)時(shí)的NOx排放小于50mg/Nm3（折算為6%含氧量條件下，位于煙氣采集儀的NOx分析測(cè)點(diǎn)），氨逃逸濃度小于3ppm，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%，整套系統(tǒng)的脫硝效率達(dá)到85%以上。

6 改造完工后投入使用的效益分析

改造后可保證在氨水消耗基本不變的前提下，提高氨水與氮氧化物的反應(yīng)效率，達(dá)到氮氧化物的超低排放要求。改造后可保證鍋爐的熱效率不變，并且保證了燃料的充分燃燒。改造后比改造前提高了氨水的使用效率，大大提高了環(huán)保效益；降低了氮氧化物的排放總量，減少了排污費(fèi)用的支出。從數(shù)據(jù)比較來看，在鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下、全年運(yùn)行8000h，約可減少氮氧化物的排放量為235700Nm3/h×100mg/Nm3×8000h=188.56t。