660MW机组SCR脱硝板式催化剂磨损分析

骆成钢， 宋 峰

(马鞍山当涂发电有限公司, 安徽 马鞍山 243102)

660MW机组SCR脱硝板式催化剂磨损分析

骆成钢， 宋 峰

(马鞍山当涂发电有限公司, 安徽 马鞍山 243102)

针对马鞍山当涂电厂660MW机组脱硝SCR(选择性催化还原)板式催化剂发生局部严重磨损的现象,文章依据多次实际测量的数据进行对比分析，发现磨损呈现规律性分布，并且与脱硝反应器内部结构相关联。通过冷态流场计算及灰场数值计算分析研究表明：催化剂局部严重磨损的主要原因是由于反应器的顶部梁结构布局不合理，造成烟气流量、流速分布不均，引起催化剂局部出现严重磨损。针对这一原因，文章提出通过移除脱硝反应器上方的积灰三角以及改变喷氨烟道上方导流板的直径和角度等措施来改善脱硝反应器中烟气的流速分布。数值模拟的计算结果表明，在相同的运行工况下，改善后的脱硝反应器中烟气流速的均匀性得到了显著的提高，有效抑制了催化剂局部出现严重磨损等不良现象的发生。

脱硝；板式催化剂；磨损；反应器结构

0 引言

近年来随着国家不断提高环保要求,华东地区火电厂烟气氮氧化物排放标准已达50mg/Nm3以下，烟气脱硝工作已成为火电厂环保工作的重点[1]。脱硝催化剂是脱硝系统的核心部件,成本投入超过脱硝装置总投资的三分之一,使用寿命仅为3～5年,每年的设备折旧费用极高[2]，火力发电厂检修部门必须在日常的维护工作中加强对催化剂寿命的管理，提高脱硝装置的稳定性和可靠性。

1 板式催化剂基本磨损情况

2号机组SCR系统于2012年7月27日投运，分别在催化剂投运后对首层催化剂的磨损做了两次较为完整的磨损、活性检测试验。

1.1 首次催化剂磨损抽检试验

首次抽检试验于催化剂投运约8000h(约1年)进行，抽检对象为2号炉SCR-A反应器首层催化剂80个单元模块，抽检结果表明：从磨损分布上看，磨损主要集中在靠近反应器中间和前墙催化剂模块。从磨损程度上看，磨损最严重区深度约为7cm。

1.2 第二次催化剂磨损抽检试验

催化剂投运约15000h(约2年)时进行第二次抽检，第二次对2号炉SCR-A/B两反应器的160组模块进行了全面检测，由于第二次为全面检测，催化剂磨损特征暴露得也更为明显，其主要规律反映如下：

从整体磨损分布上看，靠近前墙侧催化剂单元(主要在靠近前墙1-4行)磨损最严重；从局部磨损分布上看，两根大横梁靠近前墙侧一行催化剂(第3行和第7行)呈现局部磨损峰值；从磨损程度上看，本次磨损最严重区的磨损长度约60cm，催化剂单元模块几乎全部脱落。

1.3 磨损分析小结

1)局部区域催化剂模块的磨损速度过快。两次抽检的对比结果显示运行15000小时(2年)的催化剂磨损程度是运行8000小时(1年)的8.5倍。其磨损最严重区的磨损长度由7cm增加到60cm 。以此磨损劣化速度，催化剂难以保证设计使用寿命[2]。

2)催化剂模块磨损程度的分布不均匀。从整体磨损分布上看，靠近前墙侧催化剂单元(主要在靠近前墙1-4行)磨损最严重；从局部磨损分布上看，两根大横梁靠近前墙侧一行催化剂(第3行和第7行)呈现局部磨损峰值，局部磨损峰值与反应器顶部梁布置存在一定的关联。

2 SCR冷态流场试验

2.1 测量方法及测点位置

由于烟气冲击催化剂的速度对催化剂的磨损有着重要影响，因此，我们利用了机组停机期间对催化剂上方流场分布进行测量。测量选在2号机组SCR-B反应器首层催化剂上方0.7米截面，每个催化剂模块布置2个测点[3]，如图1所示。

2.2 测量结果

冷态核算知，催化剂上方烟气流速超过2.36m/s，达到了模化要求，即冷态和热态流场分布相似[4]。测量结果如图2所示：

测量结果表明，烟气在水平方向速度均匀性较好，烟气流速在2.2 m/s到3.1m/s之间；而在竖直方向速度均匀性较差，烟气流速在1.4m/s和4.2m/s间剧烈波动。在竖直方向上距前墙第3和第7行模块上方速度出现峰值，其流速约为平均流速的2倍；而距前墙第4和第8行模块上方速度出现谷值。速度峰值位置同样为两根大横梁距前墙一侧催化剂模块上方，和催化剂抽检局部高磨损区位置一致。测量结果表明催化剂局部高磨损区与催化剂上方局部高流速区重叠。

第三行及第七行横梁的存在造成了烟气流通截面的不规则性，加剧了烟气在该界面处流速的不均匀性，进而造成局部区域烟气流速、流量过大。这不仅造成反应器中局部区域(二至三行间，六至七行间)的催化剂荷载过大降低催化效率同时也会加速该区域催化剂模块的磨损。

3 SCR冷态流场及灰场数值计算

3.1 流场数值计算结果

以满负荷660MW为计算工况，计算得到结果和冷态试验测量的烟气流速分布相似，即两根横梁靠前墙侧一行催化剂上方风速出现速度峰值。高速区速度同样约为平均速度2倍，靠后墙一侧一行催化剂上方为低速区。原因为烟气受到积灰三角筋、格栅支撑梁和整流格栅等梁结构的阻碍，使烟气流量集中于梁前，造成流量集中、速度出现峰值，而在梁结构后方形成低速漩涡区。

根据上述分析测量的结果可以得出积灰三角筋、格栅支撑梁和整流格栅等梁结构在烟道内的布局是造成局部烟气速度过大的主要原因。因此，有必要对梁结构的布局进行优化改造。

3.2 灰场数值计算结果

飞灰浓度和飞灰粒径是评估灰场对催化剂磨损程度的两个重要参数。飞灰浓度越大说明单位时间飞灰颗粒撞击催化剂密度越大。飞灰粒径越大说明飞灰撞击催化剂的动量越大[5]。灰场计算结果表明烟气速度场和飞灰浓度场峰值区域重合。重合区域同样与速度场峰值区域相同。

大粒径的飞灰颗粒富集于反应器前墙是反应器整体设计决定的：省煤器出口烟气携带着飞灰进入2个连续渐扩段烟道，随着流通截面积增加，烟气速度减小，易受下转角两块导流板作用，达到设计的均流效果，如图4所示。而来自省煤器的飞灰由于受烟气曳力和长距离(锅炉尾部烟道较高)重力作用，保持着较大动量冲入下转角烟道，飞灰的惯性作用使其经下转角导流板作用后仍富集于喷氨烟道后墙，而上转角两块直弧形导流板设计在喷氨烟道后墙正上方，飞灰颗粒经其折流，圆周运动曲率半径减小，富集于反应器烟道前墙。

4 脱硝反应器改造方案

4.1 流场优化改造方案

为减小两根横梁前局部流速过大造成的催化剂磨损，有必要进行流场优化改造，流场改造策略为切掉整流格栅上积灰三角，减少流场的局部集中效应。由于反应器上方积灰三角切掉区域烟气速度达到十几米每秒，模拟显示切除改造后格栅横梁上截面也无积灰现象出现。因此，切除积灰三角的策略是可行的。

4.2 灰场优化改造方案

由于灰集中在靠前墙横梁催化剂模块上方，造成整体上靠前墙催化剂磨损较重，这里的飞灰富集现象是反应器整体结构造成的，改造存在一定难度。基于这种情况，改造思路为减小灰在靠前墙钢梁靠前墙侧的富集，规避局部高流速区和局部高灰分区的重叠，达到解决前墙侧催化剂磨损速度过快问题，策略为改造喷氨烟道上方导流板，使喷氨前墙的灰分散到反应器低速区，因此将大导流板更换为多块小板，根据不同小板角度和直径不同，更精细地调节灰的偏向和轨迹。

5 总结

当涂发电有限公司2号机组于2014年10月根据实验分析对反应器顶部的积灰三角进行了拆除，经过停机检查，催化剂未再出现严重磨损，脱硝效率及催化剂的使用寿命都得到有效保证，取得了令人满意的效果。当涂电厂未来将结合机组检修对导流板进行改造，进一步优化反应器内烟气速度场及灰场分布。火电厂脱硝装置在近年来的环保高要求大环境下大量上马，装置检修及管理经验尚待积累，希望本文能够在兄弟单位的实际生产问题中提供一些解决思路。

[1] 国家能源局.DL/T 1286—2013 火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范[M].北京：中国电力出版社,2013.

[2] 胡将军.燃煤电厂烟气脱硝催化剂[M].北京：中国电力出版社,2013.

[3] 李庆扬.数值分析[M].北京：清华大学出版社,2008.

[4] 蒋文举.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京：化学工业出版社,2012.

[5] 夏怀祥.煤电站烟气污染物排放控制工程技术丛书-选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝[M].北京：中国电力出版社,2012.

[责任编辑：程蓓]

660MW Unit Denitrification SCR Plate Catalyst Wear Analysis

LUOCheng-gang,SONGFeng

(MaanshanDangtuPowerGenerationCompany,Maanshan243102,China)

According to the local serious wear and tear occurred on a 660MW unit in a power plant denitrification SCR (selective catalytic reduction) plate catalyst, this paper collects the actual measurement data, and after comparing and analyzing many times, it is found that the wear issue is showed in regular distribution, and is associated with denitrification reactor in internal structure. Through the cold flow field calculation and ash field numerical analysis, the research shows that the main reason for partial severe wear of catalyst is because of the unreasonable top beam structure layout of reactor. Due to this reason, the flue gas flow is concentrated on front beam contributing to the quantity of flow concentrated and above the catalyst module the uneven gas velocity. Therefore, the local severe wear is caused in catalyst. For this reason, this article puts forward a plan to improve the velocity distribution of the flue gas in denitrification reactor by removing the triangle deposition on the top of the denitrification reactor and changing the diameter and angle of the guide plate on the top of spraying ammonia flu. Numerical simulation results show that under the same operating conditions, the uniformity of flow velocity in the flue gas denitrification reactor is significantly improved, and the catalyst local severe wear as well as other adverse reactions is effectively inhibited.

denitrification; board type catalyst; wear; reactor structure

2015-06-15

骆成钢(1988-)，男，安徽马鞍山人，大唐马鞍山当涂发电有限公司设备部锅炉点检员，从事脱硝装置的检修管理工作。

TK228

A

1672-9706(2015)03- 0074- 04