燃煤電廠SCR煙氣脫硝改造工程關(guān)鍵技術(shù)

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:當(dāng)前全國(guó)火電機(jī)組煙氣脫硝改造已進(jìn)入集中投運(yùn)期，部分工程實(shí)施過程中隱藏的問題也在投運(yùn)后逐漸顯現(xiàn).針對(duì)當(dāng)前燃煤電廠脫硝改造工程現(xiàn)狀.在總結(jié)分析當(dāng)前脫硝改造工程問題的基礎(chǔ)上，就設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、性能保證值的確定、催化劑的選型、流場(chǎng)設(shè)計(jì)、吹灰器選型、反應(yīng)器人口灰斗設(shè)置以及配套改造等脫硝改造工程中的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行分析與探討.提出了相應(yīng)的意見與解決措施。

關(guān)鍵詞：火電廠;煙氣脫硝;SCR;改造工程

“十二五”以來.隨著達(dá)標(biāo)排放、總量控制以及工程限期治理等多重政策性要求陸續(xù)出臺(tái)。與此同時(shí).雖然當(dāng)前燃煤機(jī)組煙氣脫硝有低氮燃燒與SCR、SNCR及SNCR/SCR聯(lián)用煙氣脫硝等多種技術(shù)可選。但在實(shí)際工程應(yīng)用中.受排放標(biāo)準(zhǔn)與脫硝效率限制.絕大部分機(jī)組均需采用SCR煙氣脫硝技術(shù)。

據(jù)國(guó)家環(huán)保部2013年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù).國(guó)內(nèi)在役脫硝機(jī)組共計(jì)548臺(tái)2.26億kW.其中SCR脫硝機(jī)組共計(jì)434臺(tái)2.15億kW.但距相關(guān)政策要求的脫硝裝配率仍有較大差距。從2013年起.全國(guó)火電機(jī)組煙氣脫硝改造已進(jìn)入集中投運(yùn)期。

在上述背景下.國(guó)內(nèi)當(dāng)前燃煤電廠煙氣脫硝改造工程及主要設(shè)備或材料市場(chǎng)呈現(xiàn)出魚龍混雜、良莠不齊的局勢(shì).部分改造已投運(yùn)工程已經(jīng)顯現(xiàn)出在工程設(shè)計(jì)或建設(shè)中隱藏的問題.導(dǎo)致未能充分發(fā)揮設(shè)計(jì)的減排能力與環(huán)保效益.甚至對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

針對(duì)當(dāng)前燃煤電廠脫硝改造工程現(xiàn)狀.在總結(jié)分析當(dāng)前部分脫硝改造工程問題的基礎(chǔ)上.提出幾點(diǎn)燃煤電廠SCR煙氣脫硝改造工程關(guān)鍵技術(shù)問題.以供后續(xù)脫硝改造工程借鑒及進(jìn)一步探討。

1設(shè)計(jì)參數(shù)與性能保證值

1.1設(shè)計(jì)煤質(zhì)的確定

由于受煤炭市場(chǎng)等因素影響.火電廠燃煤條件往往偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)且波動(dòng)較大。針對(duì)此情況SCR脫硝改造工程設(shè)計(jì)煤質(zhì)應(yīng)以近2年實(shí)際燃煤煤質(zhì)為基準(zhǔn).綜合考慮進(jìn)一步劣化的可能及對(duì)后續(xù)燃煤來源變化的預(yù)期，確定設(shè)計(jì)煤質(zhì)。尤其設(shè)計(jì)硫分與灰分不宜過高或過低.硫分直接影響脫硝性能保證值中的S02/SO，轉(zhuǎn)化率與NH，逃逸指標(biāo)以及空氣預(yù)熱器改造方案中的冷端鍍搪瓷換熱元件高度的確定.灰分直接影響催化劑(蜂窩/平板)與吹灰器選型(聲波/蒸汽)，進(jìn)而影響工程投資與后續(xù)運(yùn)行維護(hù)。

1.2入口煙氣參數(shù)的選取

因技術(shù)較為成熟可靠、無運(yùn)行費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn).低氮燃燒技術(shù)已經(jīng)成為燃煤電廠氮氧化物控制的首選技術(shù)。低氮燃燒+SCR煙氣脫硝已成為當(dāng)前最為常用的老機(jī)組脫硝改造方案。但在確定低氮燃燒改造的NO，排放性能保證值時(shí)不宜過高以免造成SCR工程投資偏高.也不宜過低以免影響后續(xù)鍋爐或SCR脫硝裝置穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.

SCR裝置入口NO。濃度應(yīng)結(jié)合低氮燃燒改造以及改造的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定.且應(yīng)在低氮燃燒性能保證值基礎(chǔ)上留取適當(dāng)裕量.一般推薦為50或100mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%02)。對(duì)于無需進(jìn)行低氮燃燒改造的機(jī)組也應(yīng)在當(dāng)前排放濃度的基礎(chǔ)上留取適當(dāng)裕量以確保后續(xù)SCR脫硝裝置的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行.

1.3性能保證值確定

當(dāng)前SCR脫硝改造工程中的SO，/SO，轉(zhuǎn)化率與NH，逃逸濃度常規(guī)的性能保證值為不高于1.0%與3x104(體積分?jǐn)?shù)，下同)。鑒于高硫煤地區(qū)SCR脫硝機(jī)組當(dāng)前頻繁出現(xiàn)的空氣預(yù)熱器堵塞腐蝕現(xiàn)象，建議當(dāng)燃煤硫分大于或等于2.5%時(shí).sojso，轉(zhuǎn)化率按小于0.75%要求：對(duì)于硫分大于或等于3%，NH，逃逸濃度按小于2x10-6要求。

雖然《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223--2011)要求2003年12月31日前投產(chǎn)或通過環(huán)評(píng)審批的燃煤鍋爐執(zhí)行200mg/m3(標(biāo)態(tài).干基，6%0：)排放限值，但項(xiàng)目單位在確定出口NO。濃度時(shí)應(yīng)考慮排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步趨嚴(yán)的可能性(如出臺(tái)地方排放標(biāo)準(zhǔn)或所在區(qū)域劃為重點(diǎn)區(qū)域)，可相應(yīng)采取在設(shè)計(jì)中暫按200mg/m3(標(biāo)態(tài).干基。6%0，)要求安裝催化劑。但相關(guān)設(shè)備選型與反應(yīng)器設(shè)計(jì)具備滿足100mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%0：)排放限值的能力。

2催化劑選型

催化劑是整個(gè)SCR脫硝系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵.其成分、結(jié)構(gòu)、活性等相關(guān)參數(shù)直接影響脫硝裝置脫硝效率及運(yùn)行狀況。催化劑的設(shè)計(jì)和選擇應(yīng)綜合考慮燃煤特性、煙氣條件、組分及性能目標(biāo)來確定，并且綜合考慮煙氣特性、飛灰特性、灰分含量、反應(yīng)器型式、脫硝效率、氨逃逸濃度、SOJSO，轉(zhuǎn)化率、壓降以及使用壽命等條件。

目前商用的脫硝催化劑類型有平板式催化劑、蜂窩式催化劑和波紋板式催化劑3種類型。其中波紋板式催化劑由于自身結(jié)構(gòu)和制備工藝的局限性，一般適用于煙塵濃度較低的場(chǎng)合(≤10g/m，)，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用相對(duì)較少。對(duì)于常規(guī)SCR煙氣脫硝工程.常采用平板式或蜂窩式催化劑，當(dāng)煙塵濃度小于30g/m3時(shí)宜優(yōu)先選用蜂窩式催化劑.當(dāng)煙塵濃度大于40∥m，時(shí)宜優(yōu)先選用平板式催化劑。

值得注意的是.在反應(yīng)器截面、高度與催化劑支撐梁的設(shè)計(jì)中應(yīng)按蜂窩/平板通用進(jìn)行設(shè)計(jì).并應(yīng)充分考慮不同型式催化劑的重量對(duì)SCR裝置鋼結(jié)構(gòu)的影響.以滿足后續(xù)對(duì)催化劑型式進(jìn)行更換的需求。催化劑選型時(shí)體積量的確定是基于達(dá)到性能要求的基本體積量再考慮燃料特性、SCR運(yùn)行工況、催化劑堵塞等裕量后的值。尤其對(duì)于高砷(鉀、鈉)、高鈣、高溫或其他對(duì)性能指標(biāo)(如so#SO，轉(zhuǎn)化率、NH，逃逸濃度)有特殊要求的項(xiàng)目應(yīng)在催化劑體積量與配方方面進(jìn)行特殊考慮。

通過分析已投運(yùn)脫硝機(jī)組催化劑運(yùn)行狀況可見.機(jī)械強(qiáng)度已成為脫硝系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及后續(xù)催化劑再生的關(guān)鍵影響因素。催化劑的機(jī)械強(qiáng)度變化主要由催化劑的生產(chǎn)條件如配方、選型、工藝控制以及運(yùn)行中的煙氣條件如流場(chǎng)、飛灰濃度等決定。

對(duì)于高灰項(xiàng)目.建議在防止催化劑磨損方面進(jìn)行特殊考慮.蜂窩式催化劑與板式催化劑在設(shè)計(jì)時(shí)迎風(fēng)流速分別按照4.4-4.6m/s與5.2～5.3m/s取值.催化劑通道煙氣流速均應(yīng)控制在6～7m/s以內(nèi)，此外可適當(dāng)提高催化劑壁厚(蜂窩)或板厚(平板)，適當(dāng)延長(zhǎng)蜂窩催化劑前端硬化長(zhǎng)度(不小于20mm)。

需要指出的是，在高煙塵濃度運(yùn)行條件下.如果催化劑內(nèi)壁過薄.即使采用頂端硬化措施.催化劑的內(nèi)部孔通道仍有可能由于過度磨損而斷裂。雖然壁厚的增加會(huì)帶來初投資增加、反應(yīng)器煙氣阻力增加、SO，/SO，轉(zhuǎn)化率增加等一系列問題.但也可以在很大程度上增加催化劑的機(jī)械壽命與再生能力.因此在設(shè)計(jì)壁厚時(shí)應(yīng)進(jìn)行綜合考慮。

3流場(chǎng)設(shè)計(jì)

對(duì)于脫硝裝置的設(shè)計(jì).采取適當(dāng)措施保證脫硝反應(yīng)器中催化劑入口截面氣體速度和反應(yīng)物分布的均勻性極為重要.當(dāng)前SCR脫硝實(shí)際運(yùn)行中遇到的脫硝效率未達(dá)到設(shè)計(jì)值、氨逃逸濃度超性能保證值以及催化劑積灰與磨損等問題往往是由于流場(chǎng)分布不均所導(dǎo)致.而數(shù)值流場(chǎng)模擬與物理模型試驗(yàn)研究是在設(shè)計(jì)階段解決此問題的有效手段。

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