关于锅炉尾部SCR催化还原法烟气脱硝系统调试总结

2015-10-31李春涛

中国科技纵横 2015年14期

关键词：喷氨吹灰氨气

李春涛

（中国能源建设集团湖南火电建设有限公司，湖南长沙 410015）

关于锅炉尾部SCR催化还原法烟气脱硝系统调试总结

李春涛

（中国能源建设集团湖南火电建设有限公司，湖南长沙 410015）

锅炉尾部SCR催化还原法烟气脱硝技术是当前电厂机组应用最广的一种脱硝技术，据统计，在理想状态下，可使NOx的脱除率达90%以上。基于此，在本文中，将主要对NOx脱除机理、主要设备布置、工艺流程等方面进行简单描述，同时列举新疆某电厂作为实例，为日后调试工作的参考，并且希望提高烟气脱硝系统调试的质量水平。

脱硝技术 SCR法烟气脱硝催化剂

1　SCR脱除机理

选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是工业上应用最广的一种脱硝技术。

氨和烟气混合物通过催化床，在那里氨和NOx反应生成气体N2和水蒸气。在没有催化剂的情况下，上述化学反应只在很窄的温度范围内（980℃左右）进行。通过使用适当的催化剂，上述反应可以在200～450℃的温度范围内有效进行。在NH3/NO摩尔比为1的条件下，可以得到80%～90%的脱硝率。在反应过程中，NH3可以选择性的和NOx反应生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，因此反应具有“选择性”。

除了以上提到的化学反应外，脱硝反应中还存在如下一些有害反应:SO2被氧化成SO3的反应；NH3的氧化成NO的反应。

2　SCR工艺流程及脱硝装置的布置

理论上，SCR脱硝装置可以布置在水平烟道或垂直烟道中，但对于燃煤锅炉，一般应布置在垂直烟道中，这是一位烟气中含有大量粉尘，布置在水平烟道中易引起SCR脱硝装置的堵塞。选择性催化还原脱硝系统，主要由催化剂反应器、催化剂和氨储存及喷射系统组成，催化剂反应器在锅炉尾部烟道中布置的位置通常布置在空气预热器前温度为350℃左右的位置见图1。

SCR法催化剂反应器布置于空气预热器前的高尘烟气中，此时烟气中所含有的全部飞灰与SO2均通过催化剂反应器，反应器的工业条件是在“不干净”的高尘烟气中。由于这种布置方案的烟气温度在300～400℃的范围内，适合于多数催化剂的反应温度，因而它被采用最为广泛。但是由于催化剂是在“不干净”的烟气中工作，因此催化剂的寿命受下列因素的影响:

烟气所携带的飞灰中含有Na、K、Ca、Si、As等成分时，会使催化剂“中毒”或受污染，从而降低催化剂的效能；飞灰对催化剂反应器的磨损和使催化剂反应器蜂窝状通道堵塞；如烟气温度升高，会使催化剂烧结或使之再结晶失效；如烟气温度降低，NH3会和SO3反应生成（NH4）2SO4，从而堵塞催化反应器通道和空气预热器；高活性的催化剂会使烟气中的SO2氧化成SO3，因此应避免采用高活性的催化剂用于这种装置。

为了尽可能的延长催化剂的使用寿命，除了应选择合适的催化剂外，要使反应器通道有足够的空间可以防堵塞，同时还要有防腐措施。

3　工程实例

3.1设备概况

某工程装设四台350MW纯凝空冷机组。锅炉为亚临界参数汽包炉，燃用烟煤。采用自然循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧燃烧方式、燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、紧身封闭布置燃煤锅炉。

3.2脱硝岛系统首次投运

确认省煤器出口温度＞320°；启动任一台氨稀释风机，投入联锁，检查稀释风流量单侧大于2500标立方，压力不低于3KPa；打开氨气供应各手动门、把氨气供应至喷氨关断阀前；检查确认以下条件是否全满足:SCR反应器入口的烟气温度在设计温度范围之内＞320°，＜425°，且持续10min以上；烟气分析装置运行正常，无故障报警；已有至少1台稀释风机运行，风机出口风压、风量正常；

上述条件满足后，打开SCR系统喷氨气动关断阀；手动缓慢调节每个反应器的喷氨流量调节阀，行试喷氨试验，当调节阀打开后，确认氨气流量计能够准确地测量出氨气流量，首次喷氨时，脱硝效率暂时控制在30%；根据SCR出口NOx的浓度及氨气浓度，缓慢地逐渐开大喷氨流量调节阀，在喷氨过程中，全面检查各个系统，特别是反应器系统。NOx分析仪、氨气分析仪及氧量分析仪，确保烟气分析仪都工作正常。检查氨气制备系统，确保氨气参数正常（建议参数为母管调门后控制压力0.2MPa，温度＞10°C，对应温度下的氨饱和蒸汽压力表见附件，为确保无局部液化现象在一定压力情况下氨气饱和蒸汽温度按加10°控制）；在全面检查各个脱硝系统均工作正常后，可以继续手动缓慢开大喷氨流量调节阀。使脱硝效率达到设计值（80%），稳定30分钟后将喷氨调节阀投入自动控制；

吹灰器投用:吹灰器原则上每天吹灰一次，当反应器差压在对应负荷下超过原值的1.2倍，应加强吹灰。

3.3脱硝装置停运

正常停运顺序。短时停运:逐步关小氨气流量调节门到0%后关闭氨气关断阀，稀释风机保持运行。长时间停运:等停止喷氨后，稀释风机保持运行15分钟后停运，关闭喷氨操作台手动球阀。

紧急停运。保护动作停运脱硝系统，见脱硝系统跳闸保护逻辑。

4　SCR反应器给氨串级PI调节回路（自动）

原理为通过锅炉给煤量、燃煤高发热值、燃煤F因子、进出口其中原烟气流量因省煤器至SCR反应器之间的烟道一般没有合适的直管段安装烟气流量测量装置，并且在这种高温、高粉尘的环境下没有比较合适的烟气流量测量装置，所以原烟气流量一般根据锅炉给煤量和燃煤高发热值以及燃煤F因子计算得出。其中对于一定煤质的燃煤，其燃煤高发热值和燃煤F因子均为定值，该值由工艺专业提供（目前设置值为设计煤种计算得出）。若燃煤变化，可将燃煤分析值通过DCS画面输入至调节回路中修改。

NOX 浓度等计算得出内环PID给氨流量设定值，再由一个外环PID将设定目标NOX浓度与NOX浓度实际值偏差对内环PID给氨流量设定值进行修正。这样控制调节给氨量来说有一定的超前，即依据给煤量产生前馈调节作用。

5　运行注意事项

锅炉点火后且在SCR投入情况下，尤其是煤油混烧、等离子点火等，特别注意加强吹灰器投入，防止未燃尽的煤粉在催化剂上面沉积燃烧，造成催化剂损坏事故。

按照催化剂厂家设计锅炉烟气温度变化速率进行控制，避免催化剂温度骤变，造成催化剂模块产生裂纹损坏。

烟气温度对催化剂的活性有着重要影响。当烟气温度低于催化剂的活性温度范围时SO3生成率成倍增加，与过量喷氨逃逸的NH3在300°以下在催化剂作用下反应生成（NH4）2SO4或NH4HSO4结露黏着于催化剂及空预器表面且无法用蒸汽吹灰清除（因其露点较高140°以上，通常情况下空预器冷端平均温度无法达到该值），同样反应器在低温情况下生成硫酸盐和硝酸烟也会引起催化剂堵塞且降低催化剂活性。因此运行时应兼顾燃用煤质、反应器进口温度及氨逃逸率在标准范围内。

SCR烟气脱硝系统要配备有便携式氨泄漏监测装置、配备专用防护用品，运行人员严格遵守操作规程、加强安全意识、应做好事故及应急预案。

热态调整注意事项:供氨系统应运行稳定，提供合格的反应气体，对照氨气饱和蒸汽压力表，确保无氨气液化及局部液化现象；

在SCR的喷氨投入后，要注意监视反应器进出口压差的变化情况。如果反应器的压差在同负荷情况下增加较大，应注意加强吹灰。