電廠脫硝催化劑頻繁堵塞和損壞的原因分析

          核心提示: 某發電廠300MW機組煙氣脫硝工程,采用選擇性觸媒脫硝(SCR)工藝,外加還原劑(氨氣)將煙氣中的氮氧化物還原為氮氣和水。其中催化...

                  某發電廠300MW機組煙氣脫硝工程,采用選擇性觸媒脫硝(SCR)工藝,外加還原劑(氨氣)將煙氣中的氮氧化物還原為氮氣和水。其中催化劑是還原反應中的核心部分,受煙氣成分、流場、運行方式等影響,催化劑大面積堵塞損壞嚴重,嚴重影響脫硝效率。本文從脫硝催化劑堵塞損壞機理進行分析,提出相應治理措施以延長催化劑使用壽命,提高脫硝效率。

          1、前言
                  #1爐是某電廠首臺脫硝改造的機組,于2013年9月投入脫硝系統運行,2014年3月停爐檢查發現催化劑存在大面積積灰堵塞,碎裂甚至坍塌.2014年相繼完成#2、3、4爐脫硝改造,2015年停爐檢查發現,鍋爐催化劑均存在大面積堵塞、碎裂甚至坍塌現象。嚴重威脅電廠機組安全經濟運行,分析催化劑堵塞、損壞原因,找到催化劑治理方法已刻不容緩。

          2、機組現狀
                   某發電廠(4×300MW)機組#1、#2鍋爐系北京巴布科克?威爾科克公司生產的“W”形火焰爐,#3、#4鍋爐系東方 鍋爐(集團)股份有限公司生產的“W”形火焰爐。為配合脫銷改造,四臺爐均進行低氮燃燒器改造,增加了燃盡風。設計校核煤種均為金沙無煙煤。

          3、催化劑堵塞損壞狀況
                  脫銷項目改造完成投運半年后,停爐檢查發現,三臺機組催化劑大面積堵塞,表面均出現大面積積灰,催化劑底部積了大量灰團,三分之一催化劑不同程度損壞。

          4、目前催化劑缺陷處理措施
                  第一次發現催化劑堵塞時,電廠按照遠達環保公司提供的維護規程所示,采用特制的吸塵器進行疏通,但由于催化劑小孔內的積灰已板結,吸塵器無法將孔內積灰吸出,無奈情況下只能采用鐵釬進行疏通。對于磨損嚴重、坍塌斷裂的催化劑只能進行更換。

          5、催化劑堵塞原因分析
                  催化劑損壞的根本原因就是催化劑堵塞。催化劑堵塞后造成堵塞區域的煙氣只能通過沒有堵塞的催化劑區域,導致煙氣的線速度加快,靠近堵塞區域附近的催化劑的磨損是正常磨損率的2-3倍。最終導致局部催化劑大量的損壞、坍塌。
                  5.1大顆粒積灰
                  通過在線灰分取樣檢測發現,灰分主要分布于20~180μm范圍內且較為均勻。停爐后進入脫硝反應器內檢查發現催化劑上表面無爆米花灰,銹皮等雜物;催化劑上表面設置了篩網,篩網上發現少量塊灰,篩網在催化劑上表面起了隔離作用,少量的塊灰無法進入催化劑通道造成堵塞,不存在大顆粒灰等雜物堵塞催化劑的情況。
                  5.2流場布置
                  某電廠#3、#4爐所用煤種,催化劑選型及反應器設計等均相同,不同的是,#3爐未進行低氮燃燒器改造,沒有增加燃盡風和減少屏式過熱器面積,投運半年后,從現場對比看,#3爐并未出現大量堵灰現象,可以排除灰量大、催化劑孔徑選型不當、氣流分布不均等原因。
                  5.3蒸汽吹灰
                  脫硝催化劑吹灰蒸汽參數:
                  蒸汽運行壓力0.8~1.3MPa
                  蒸汽運行溫度220~250℃
                  蒸汽吹灰次數2次/天
                  催化劑設計蒸汽吹灰壓力1.5MPa,但實測現場蒸汽吹灰的啟動壓力為2.6MPa,在此壓力下吹灰,吹灰器噴嘴出口蒸汽壓力、流量、流速均過大,極容易造成催化劑硬化端的吹損。
                  5.4聲波吹灰
                  停爐后脫硝反應器內部檢查發現,靠近聲波吹灰器近的區域催化劑堵塞量面積較小,遠離聲波吹灰器的催化劑堵塞面積較大。由此判定聲波吹灰器的布置方式對催化劑的堵塞情況有著密切的影響。
                  5.5煙氣成分
                  煙氣中NH3和SO3濃度的乘積是影響硫酸氫銨形成的一個重要因素,根據脫硝運行數據中的脫硝入口SO3濃度,算得上層催化劑入口NH3和SO3濃度的乘積為11549.26,查得硫酸氫銨露點溫度約為245℃。

                  脫硝正常運行時,煙溫245℃的硫酸氫銨露點溫度。硫酸氫銨以氣態形式存在,對脫硝系統無影響。當蒸汽吹灰運行時,如果蒸汽溫度低于220℃,蒸汽與煙氣混合后,溫度低于245℃時,則容易造成硫酸氫銨析出,粘附于灰上,使灰聚集成團。當溫度升至316℃以上時,硫酸氫銨氣化升化,灰團松散粘連。位于催化劑上部及孔隙中的灰團在蒸汽吹灰時被打散,隨煙氣帶走。但催化劑底部的灰團,由于蒸汽吹灰無法吹到,灰團在一次次的吹灰降溫,硫酸氫銨冷凝、粘連、氣化的過程中不斷生長擴大。減少了催化劑出口的孔隙,使得這些孔隙的煙流速降低,飛灰慢慢孔道中沉降堆積,直至孔隙堵死、催化劑表面積灰。
                  5.6不恰當的催化劑疏通方式
                  面對催化劑堵塞,采用吸塵器無法將積灰吸出,無奈之下通過人工采用鐵釬從催化劑上方向下將積灰從小孔內捅出。采用以上方式進行疏通勢必會損傷甚至破壞催化劑,然而堵塞問題不得不處理,反而加劇了催化劑的損壞程度。

          6、減輕催化劑堵塞的幾點建議
                   6.1調整蒸汽吹灰運行方式
                  從催化劑硬化端損壞的情況來看,蒸汽吹灰器吹灰壓力過大,可以通過降低吹灰蒸汽壓力及減少吹灰頻次來降低催化劑損壞程度。
                  6.2合理利用聲波吹灰器
                  停爐檢查發現靠近聲波吹灰器的一側比遠離吹灰器的一側積灰較輕。建議在煙道的兩側同時安裝聲波吹灰器,讓聲波吹灰器產生的振動能均勻地覆蓋整個煙道。
                  6.3增加壓縮空氣儲氣罐
                  壓縮空氣壓力的大小直接決定著聲波吹灰器的吹灰能力,以保證聲波吹灰器壓縮空氣的壓力。
                  6.4提高冷干機的可靠性
                  運行中經過發生催化劑聲波吹灰器發聲不正常的現象,經檢查發現壓縮空氣含水比較多,嚴重影響壓縮空氣品質。有必要對現有冷干機進行改造,以保證壓縮空氣品質。
                  6.5SCR停爐保養
                  鍋爐熄火停止噴氨后,利用蒸汽吹灰器吹掃催化劑網格板上的浮灰,若需長時間停爐則應做好停爐保溫措施。
                  6.6控制好SCR入口煙溫
                  當SCR系統在低于最低連續運行溫度而高于最低噴氨溫度條件下運行時,系統可能會產生硫酸氫銨,硫酸氫銨生產易造成催化劑堵塞。因此,應控制好SCR入口煙溫,保證SCR系統在最低運行溫度和最高運行溫度之間運行。

          7、結束語
                   從#1-4爐催化劑使用情況來看,僅#3爐使用情況良好,不存在催化劑因堵塞而損害的現象。分析催化劑損害原因,還需進一步對煙氣成分、灰分、催化劑及運行方式進行綜合分析,確定導致催化劑堵塞的根本原因。
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