托电脱硝超低排放改造实践与探讨

贾翔

【摘要】本文介绍了内蒙古大唐国际托克托发电公司600MW机组锅炉脱硝超低排放改造工程实际情况，特别是在安装催化剂的选型上以及脱硝系统的烟气流场的均匀性上尤为重要，通过托电公司已完成的6台炉脱硝超低排放成功改造的体会，结合自己的实践经验，重点讨论脱硝超低排放改造中所必须强调注意的问题，以保证脱硝超低排放改造完成投运后，更好的满足环保要求的排放指标及脱硝各项性能指标测试要求。

【关键词】脱硝；超低排放；改造；问题

1、概述

根据国务院批复实施的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》的相关规定，结合内蒙古发改委和内蒙古环保厅联合下发《内蒙古自治区煤电节能减排升级与改造行动计划》，要求托电公司脱硝烟气NOX排放浓度标准不大于50mg/Nm3。因此需要对脱硝系统设施进行增容改造。

内蒙古大唐国际托克托发电公司2016年已经完成了6台600MW机组脱硝超低排放改造。为了保证改造后各项性能指标达到规范要求，结合现场实际，研究并分析总结改造前脱硝系统设备及运行状况，从优化运行并提高设备工艺角度出发，在改造中要更加完善脱硝体系，真正达到超低排放改造投运后各项性能指标完全符合技术要求。

2、系统简介

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司600MW机组为亚临界机组，脱硝系统改造于2014年6月30日前全部完成。系统均采用低氮燃烧器加选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺，单炉体双反应器、高灰型SCR结构布置，催化剂层数按2+1模式布置，初装2层预留1层。脱硝效率不小于80%，NOX排放浓度不大于100mg/Nm3，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3转换率小于1%。脱硝催化剂采用蜂窝式催化剂，脱硝还原剂采用液氨。反应器安装双吹扫装置，即蒸汽吹灰器和声波吹灰器。

托电公司1、3、4、5、6、8号炉脱硝超低排放改造于2016年随机组检修同步完成并投运。改造后的性能试验由大唐科研院负责，分别对机组90%、75%、50%的负荷段进行了试验测试，同时对SCR脱硝反应器出入口的烟气场即NOx浓度场、温度场、O2含量分布、SO3浓度、CO浓度分布、反应器出口氨逃逸率分布等进行测试，从整体测试的结果看，各台炉脱硝超低排放改造技术评估良好，总体性能指标及氮氧化物排放达到超低排放要求。

3、超低排放改造中着重注意的问题

在机组进行超低排放改造前应掌握脱硝系统设备设施的情况特点，根据已知情况全面制定方案。脱硝系统的超低排放改造不单纯是增加备用层催化剂那么简单。首先应从运行角度入手，着重分析脱硝出口的氨逃逸率、理論与实际喷氨量的对比、NOX与脱硫总排口的线性关系等相关情况，汇总脱硝系统可能存在的缺陷；再从停炉检查脱硝系统反应器、烟道内部催化剂及设施吹损等整体状况，发现流场的偏差与导流、整流装置存在的问题等进行综合分析。针对总结积累的问题，安排必要的动、静态流场试验，确定问题所在，一并在脱硝超低排放改造中加以解决处理并修正内部设施安装的偏差。其目的是为了保证超低排放改造后性能指标符合环保与技术要求。托电公司从实际出发，根据现场实际情况着重从以下方面着手。

问题一：全方位计算并考虑脱硝整体系统的设备能否满足超低排放改造后运行出力的需要。脱硝初期改造从设计到施工考虑了煤种变化及环保排放要求所提升的空间裕量，反应器催化剂装填形式设计为2+1，两层催化剂运行，留有一层备用层。但脱硝稀释风系统、供氨系统、氨制备系统等满足不了超低排放改造后的需要。改造中脱硝设备设施尽可能要考虑全，裕量要合理。对上述系统托电公司都做了增容改进，防止因系统内容不匹配，改造完成投运后影响脱硝整体性能指标的控制。

问题二：要考虑脱硝烟气氨气混合的均匀性，内部设施的完整性。托电公司定期在机组运行中进行不同负荷下的脱硝出口NOX测试试验，根据试验结果，调整喷氨蝶阀的开度以均衡出口烟道同一截面各测点的NOX数据，减少局部氨量过高，防止脱硝出口及脱硫总出口NOX出现倒挂现象，即脱硫出口NOX值高于脱硝出口测点的NOX值。由于不同的负荷下烟气的流速在烟道的同一截面上不是均匀的发生变化，根据运行的摸索试验需找到适应于不同负荷下的喷氨蝶阀的最佳开度，但前提必须保证喷氨格栅AIG管道不被烟气吹损的完整程度。判断喷氨格栅AIG管道的冲刷泄露可以通过计算喷氨量进行对比，或通过稀释风量的压力进行比对，若想使脱硝出口的NOX均衡或逃逸率较低，设施的完整性是关键。由于脱硝改造伊始缺乏经验，AIG管道均采用普通碳钢，普通碳钢的耐磨程度较低，运行中吹损泄露严重。

对问题的解决处理：（1）改造中对喷氨格栅AIG系统由原来的普通碳钢材质更换为不锈钢材质且迎烟面增加防磨护瓦或防磨角钢，保证AIG系统的完整且喷氨均匀。（2）对原喷氨格栅上部混合管增加防磨角钢，减少烟气对混合管的直接冲刷。

问题三：考虑优化并调整脱硝烟气流场，消除不利于改造后提高运行指标的各种因素。脱硝系统的烟气流动从脱硝设计时的数模及物模试验后基本确定，并要求流速偏差最大不超出±15%，流场的均匀性是靠烟道中的导流及整流装置安装形式来决定。托电通过热态流场实验的测试：在脱硝系统出入口烟道按网格法测试试验截面烟气中O2、CO、NOx的浓度；在SCR催化剂上方约0.5m处，按网格法测试断面的烟气流速；在脱硝反应器出口按网格法测量NH3逃逸；通过冷态流场试验的流速测试，在脱硝上层的催化剂层测点按等面积网格法均匀布置，每个网格面积不大于1m2，在每个单元模块布置2个测点，比对所有测点的流速大小及烟气垂直于催化剂层面的状况。综合冷热态试验的结论分析，可断定造成流场不均的现象原因是与脱硝系统的外形设计、导流板的设计与安装情况等有关，由于超低排放的控制指标更加严格，所以针对烟气流动偏斜，不能垂直于催化剂层面，运行后催化剂吹损脱落严重出现的状况等，改造中必须加以修正解决。

此问题的解决处理：本次超低排放改造中在原整流格栅下部增加一套平行于催化剂表面的整流格栅，使烟气经二次整流后混合更为均匀，以减少对催化剂固化端的磨损。

问题四：结合现场实际注意考虑备用层加装催化剂的选型。脱硝超低排放改造选择添加备用层催化剂形式也非常关键。目前国内基本上采用蜂窝式或板式这两种催化剂。脱硝改造初期，大多数电厂因是后期改造或考虑空间反应器大小，均采用蜂窝式催化剂，原因是其用量相对占用的体积较小。超低排放改造备用层加装何种形式催化剂要综合其他因素来考虑。结合催化剂板式与蜂窝式形式的特点我们可以看出：（1）板式模块安装长条开孔，压损小，抗堵灰能力强。蜂窝式催化剂为正方形开口，结构固定，板式催化剂为長方形开口，具有弹性结构。从开口结构上来看，平板式更不容易堵灰。在压力损失方面，板式催化剂也有显著的优势。一般地说，在同一反应器内，平板式催化剂的空隙率在85%左右，蜂窝式催化剂的空隙率在70%左右。大空隙率意味着小的压力损失。（2）板式催化剂为不锈钢栅网骨架结构，抗磨损能力强。蜂窝式催化剂以陶土作为催化剂载体，平板式催化剂以不锈钢栅网为载体，在烟气速度较快、同时含灰量较高的情况下，不锈钢栅网可以有效保护催化剂甚至是下层催化剂免受烟气中的飞灰对催化剂的磨损。在运行中虽然板式催化剂的顶端有所磨损，但是作为催化剂载体的不锈钢栅网有效地保护了催化剂的其它部分，防止了催化剂的进一步磨损。烟气中飞灰对催化剂的磨损是不可避免的，而且随着运行时间的增加，对催化剂的磨损也逐渐严重，如果没有相应的措施，会导致催化剂完全损坏。（3）板式催化剂含钼配方，抗中毒能力强。相比于其它催化剂的配方采用TiO2、WO3、V2O5的成分组合，平板式催化剂在此基础之上加入MoO3，从而使催化剂具有抗砷中毒能力。这是因为MoO3可以同砷元素形成稳定的化合物，保护了V2O5这个催化剂中最具活性的成分不受砷元素的影响，减缓了催化剂的失活，降低了运行成本。再者托电公司脱硝烟气流场存在一定的问题，反应器上层空间高度为3米，去除催化剂层高度剩余空间只有1.2米，烟气通过导流板及整流格栅后，直接吹向催化剂层，空间高度缓冲较小，运行中催化剂最上层吹损严重，烟气灰量总体在40g/m3左右，分析了灰的成分及颗粒大小等因素，备用层选用板式催化剂较适合，即防止催化剂各层大面积脱落，又防治催化剂层面积灰。

除以上所述可考虑的问题外，施工过程中还要严格把控安装质量，催化剂层面密封等问题，工程技术人员严格把关，完成整体施工后必须进行脱硝系统的冷态试验，以保证流场均匀及设施的安装水平。

4、结语

托电公司成功的完成了6台炉脱硝超低排放改造，改造后脱硝系统运行良好，性能检测各项指标均达到超低排放标准要求，并已经陆续取得了相应的电价补贴。公司一直将节能减排工作作为公司的重点工作之一，严肃履行国有大型企业的社会责任，更加不断完善脱硝设备设施。到2017年底公司将全部完成所有机组脱硝超低排放改造整体工作。