SCR脫硝系統(tǒng)對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性的影響

大氣網(wǎng)訊:摘要：火電廠SCR煙氣脫硝裝置用于脫除煙氣中氮氧化物（NOx）。該類技術(shù)通過(guò)將氨（NH3）作為還原劑噴入煙氣中，使還原劑與煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)，生成無(wú)害的氮?dú)猓∟2）和（H2O），從而達(dá)到脫除氮氧化物的目的。然而SCR脫硝裝置對(duì)鍋爐也產(chǎn)生了一定的影響。

目前、煙氣脫硝主流技術(shù)工藝之一選擇性催化還原發(fā)（SCR）應(yīng)用十分廣泛，被大量在建電廠選用。SCR脫硝裝置脫硝效率可達(dá)85%以上，能滿足嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。若鍋爐設(shè)計(jì)煤種燃燒后產(chǎn)生的煙氣中NOx含量較高，SCR煙氣脫硝裝置可保證煙氣脫硝效率，大大降低煙氣NOx排放量。

1.脫硝裝置介紹

2014年河北龍山電廠2×600MW空冷燃煤機(jī)組實(shí)施煙氣脫硝改造工程，采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置，每臺(tái)鍋爐配置2臺(tái)SCR反應(yīng)器。反應(yīng)器內(nèi)催化劑層按照兩層，并預(yù)留一層設(shè)計(jì)，催化劑的型式采用蜂窩式。煙氣系統(tǒng)安裝位置是由鍋爐尾部低溫省煤器下部引出口引至SCR反應(yīng)器本體入口、SCR反應(yīng)器本體出口至回轉(zhuǎn)式空預(yù)器入口之間的連接煙道。脫硝還原劑采用氨氣（無(wú)水液氨制?。?，本工程配套建設(shè)氨站一座，包括液氨卸料、儲(chǔ)存、蒸發(fā)及供應(yīng)系統(tǒng)，滿足兩臺(tái)機(jī)組脫硝需求。

2.SCR脫硝技術(shù)原理

“選擇性催化劑還原煙氣脫硝”技術(shù)，其主要化學(xué)反應(yīng)如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

其反應(yīng)產(chǎn)物為對(duì)環(huán)境無(wú)害的水和氮?dú)猓挥性?00℃以上的條件下才具備足夠的反應(yīng)速度，工業(yè)應(yīng)用時(shí)須安裝相關(guān)反應(yīng)的催化劑，在催化劑的作用下其反應(yīng)溫度降至400℃左右，SCR脫硝系統(tǒng)催化劑的工作溫度是有一定范圍的，溫度過(guò)高（＞450℃）時(shí)催化劑會(huì)加速老化；當(dāng)溫度在300℃左右時(shí)，在同一催化劑的作用下，另一副反應(yīng)也會(huì)發(fā)生：

2SO2+O2→2SO3

NH3+H2O+SO3→NH4HSO4

即生成氨鹽，該物質(zhì)粘性大，易粘結(jié)在催化劑和鍋爐尾部的受熱面上，影響鍋爐運(yùn)行。因此，只有在催化劑環(huán)境的煙氣溫度在300-420℃之間時(shí)方允許噴射氨氣進(jìn)行脫硝。

3.運(yùn)行中SCR系統(tǒng)對(duì)鍋爐的影響

長(zhǎng)期運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)機(jī)組送、引風(fēng)機(jī)電流上漲、電耗增加，空預(yù)器二次風(fēng)和煙氣出入口壓差變大，在50%-100%負(fù)荷工況下由正常0.5-1.1Kpa增長(zhǎng)到1.5-2.2Kpa，排煙溫度也有所增長(zhǎng)。在加裝了SCR脫硝裝置以后實(shí)際運(yùn)作中也對(duì)鍋爐系統(tǒng)有其他的的影響，根據(jù)實(shí)際參數(shù)和運(yùn)行情況總結(jié)如下：

3.1SCR法脫硝對(duì)鍋爐效率的影響。

（1）安裝SCR脫硝系統(tǒng)后鍋爐的熱量損失主要是煙氣通過(guò)脫硝系統(tǒng)后煙溫會(huì)降低6℃左右，對(duì)鍋爐效率將會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

（2）造成空預(yù)器換熱元件堵塞，排煙溫度升高，增大引風(fēng)機(jī)電耗。氨氣和三氧化硫反應(yīng)生成硫酸氫氨。硫酸氫氨在溫度180～200℃的環(huán)境中的粘性物，因此在空預(yù)器高溫段和低溫段處煙氣中的灰塵在該處容易和硫酸氫氨一塊極易粘附于空預(yù)器換熱面上，使空預(yù)器換熱元件臟污，空預(yù)器的換熱效果，是排煙溫度升高，鍋爐效率降低的主要原因。

（3）空預(yù)器漏風(fēng)率增大。煙氣通過(guò)SCR脫硝系統(tǒng)以后的壓降將增加800Pa左右，為了使?fàn)t膛內(nèi)部壓力平衡，吸風(fēng)機(jī)的出力將有所增加，從而導(dǎo)致空預(yù)器內(nèi)部煙氣壓力降低，使空預(yù)器風(fēng)/煙壓差增大，導(dǎo)致空預(yù)器漏風(fēng)率增加，鍋爐效率降低。

3.2對(duì)煙道阻力的影響。

SCR脫硝裝置使煙氣阻力增加800Pa左右，而且對(duì)蜂窩式催化劑容積積灰堵塞，且隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，催化劑堵塞程度也越嚴(yán)重，將導(dǎo)致吸風(fēng)機(jī)的電耗增加，現(xiàn)在設(shè)計(jì)的SCR脫硝系統(tǒng)均不設(shè)計(jì)旁路系統(tǒng)，如果催化劑堵塞嚴(yán)重，將直接影響鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3對(duì)空預(yù)器的影響。

SCR脫硝裝置對(duì)空預(yù)器的影響更為突出。主要原因是硫酸氫氨的腐蝕性和黏結(jié)性。硫酸氫氨于灰塵一起粘附在空預(yù)器的換熱元件上，不僅降低換熱效果，還將會(huì)在空預(yù)器的低溫段產(chǎn)生低溫腐蝕，同時(shí)造成空預(yù)器的積灰。SCR脫硝裝置氨逃逸率一般設(shè)計(jì)為不大于3ppm，逃逸率超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)將會(huì)造成大量的硫酸氫氨生成，致使空預(yù)器嚴(yán)重堵塞，這將造成吸風(fēng)機(jī)電耗增加，一次風(fēng)機(jī)母管壓力波動(dòng)大等情況。另外，燃用高硫煤時(shí)，煙氣中SO3含量較高，空預(yù)器的低溫段就可能有硫酸溶液凝結(jié)在換熱元件上，造成空預(yù)器的低溫腐蝕。

4.采取的針對(duì)性措施

針對(duì)以上情況，為減弱SCR脫硝對(duì)鍋爐的負(fù)面影響我們總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，借鑒其他各廠的技術(shù)措施，在實(shí)際運(yùn)行中有以下措施：

4.1減少SCR脫硝催化劑積灰情況。

煙氣中灰塵的含量與煤種的灰份、燃燒調(diào)整有很大關(guān)系，但影響脫硝催化劑積灰的因素還于省煤器疏灰系統(tǒng)運(yùn)行情況、脫硝裝置所安裝的吹灰器有關(guān)。省煤器疏灰系統(tǒng)不能正常工作，將會(huì)使大量的灰塵帶入脫硝上層催化劑，即便加強(qiáng)脫硝系統(tǒng)吹灰仍不能避免蜂窩狀催化劑的堵塞。用于脫硝裝置的吹灰器有聲波和蒸汽吹灰兩種方式，聲波吹灰器在灰量較小時(shí)效果較為明顯，并能徹底吹除邊角的積灰。但灰量較大時(shí)耙式蒸汽吹灰器能起到很好的作用。

4.2空預(yù)器傳熱元件及沖洗改造

安裝SCR脫硝工藝的空預(yù)器在防止起低溫段腐蝕、積灰堵塞和清洗方面需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。為防止由于空預(yù)器臟污使傳熱效果降低，或空預(yù)器堵塞導(dǎo)致被迫停爐事件的發(fā)生，空器低溫段傳熱元件應(yīng)采用搪瓷表面?zhèn)鳠嵩楸苊忮仩t運(yùn)行期間由于出現(xiàn)空預(yù)器有嚴(yán)重堵塞而被迫停爐事件的發(fā)生，在空預(yù)器吹器選型時(shí)不妨可以考慮采用雙介質(zhì)吹灰器（蒸汽和水），實(shí)現(xiàn)對(duì)空預(yù)器在線水沖洗。正常運(yùn)行時(shí)采用蒸汽定期吹灰，空預(yù)器堵塞嚴(yán)重時(shí)采用高壓水沖洗。如果空預(yù)器傳熱元件由于未采用搪瓷材質(zhì)，在SCR脫硝系統(tǒng)投入半年時(shí)間即出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞情況。所以一般要對(duì)空預(yù)器傳熱元件低溫段進(jìn)行更換，更換為搪瓷管空預(yù)器。

4.3加強(qiáng)吹灰，定期對(duì)空預(yù)器進(jìn)行沖洗和維護(hù)

SCR脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，催化劑和空預(yù)器積灰堵塞是在所難免的，必須加強(qiáng)SCR反應(yīng)器區(qū)域和空預(yù)器的吹灰，尤其應(yīng)加強(qiáng)空預(yù)器低溫段的吹灰。發(fā)現(xiàn)煙道阻力增大時(shí)，及時(shí)對(duì)催化劑進(jìn)行清理，發(fā)現(xiàn)空預(yù)器進(jìn)、出口差壓增大，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)空預(yù)器或者水沖洗。要想從根本解決麻煩更換為搪瓷管空預(yù)器。

4.4控制氨逃逸率

為減少脫硝裝置運(yùn)行時(shí)對(duì)鍋爐的影響，控制硫酸氫氨的生成量就顯得尤為重要。生成硫酸氫氨的反應(yīng)速率主要與溫度、煙氣中氨氣、SO3及水含量有關(guān)。對(duì)于實(shí)際運(yùn)行的火電機(jī)組，鍋爐煙氣中SO3及水的含量無(wú)法控制。因此，必須嚴(yán)格控制氨的逃逸率。

（1）嚴(yán)格控制氨的噴入量，防止氨氣過(guò)量而造成氨逃逸，正常情況下應(yīng)控制氨逃逸率超過(guò)3ppm，保證計(jì)量設(shè)備的正確全時(shí)的投入，加強(qiáng)維護(hù)。

（2）保持催化劑的活性。SCR脫硝催化劑的壽命一般在5～6年，SCR脫硝裝置設(shè)計(jì)均為2＋1方式，當(dāng)脫硝效率達(dá)不到設(shè)計(jì)值或不能滿足國(guó)家環(huán)保排放要求時(shí)，為確保鍋爐的安全運(yùn)行，就必須對(duì)催化劑進(jìn)行清洗或安裝備用層催化劑。

（3）加強(qiáng)空預(yù)器進(jìn)、出口差壓的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)空預(yù)器進(jìn)、出口差壓增大時(shí)及時(shí)減少噴氨量，增加空預(yù)器低溫段的吹灰次數(shù)。

采用SCR脫硝裝置，對(duì)鍋爐尾部受熱面（主要是空預(yù)器）的沾污、堵塞和腐蝕可通過(guò)限制氨逃逸量及催化劑的SO2/SO3氧化率加以控制；對(duì)鍋爐熱效率的影響可通過(guò)減少煙長(zhǎng)度從而減少散熱面積加以控制；對(duì)引風(fēng)機(jī)的影響（即鍋爐煙氣阻力的增加）可通過(guò)合理設(shè)計(jì)煙道形狀、合理選取煙氣流速、加裝導(dǎo)流裝置、縮短煙道長(zhǎng)度等加以控制。

5.結(jié)束語(yǔ)

由于近年來(lái)的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)越趨嚴(yán)格，脫硝設(shè)備的投入是以后各廠所必行的，脫硝所帶來(lái)的問(wèn)題也是不可避免的，要利用現(xiàn)有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行技術(shù)總結(jié)，加強(qiáng)治理維護(hù)，保證環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，減弱脫硝設(shè)備運(yùn)行對(duì)鍋爐的負(fù)面影響，增加經(jīng)濟(jì)效益。