鍋爐SCR反應(yīng)器積灰原因淺析及治理

鍋爐SCR反應(yīng)器積灰原因淺析及治理

Summary：介紹SCR脫硝系統(tǒng)原理，詳細(xì)介紹了我公司反應(yīng)層積灰情況，通過分析積灰原因，提出防止催化劑積灰的方案，對(duì)恢復(fù)脫硝系統(tǒng)反應(yīng)層面積，減少SCR脫硝還原劑用量，滿足超低排放要求有一定指導(dǎo)意義。Keys：SCR脫硝系統(tǒng)；積灰；焦油；導(dǎo)流板；聲波吹灰器0引言隨著環(huán)保要求的逐步提升，各電廠為滿足NOx的排放要求，已經(jīng)引入并投用超低排放系統(tǒng)?？似旃咀詡潆姀S采用SCR選擇性催化還原法去除煙氣中的NOx。每臺(tái)鍋爐設(shè)兩臺(tái)SCR反應(yīng)器，布置于鍋爐空預(yù)器上方；脫硝裝置所使用的還原劑是由公司化工區(qū)提供的0.2Mpa自產(chǎn)氨氣，通過稀釋空氣稀釋后由噴氨格柵噴入脫硝系統(tǒng)入口煙氣中，進(jìn)行反應(yīng)。自2015年脫硝系統(tǒng)投運(yùn)以來，脫硝催化劑積灰情況一直較為嚴(yán)重，約運(yùn)行2000-5000小時(shí)以后，脫硝催化劑層壓變大、脫硝出口凈煙氣濃度分布不均，氨逃逸過大，空預(yù)器堵塞情況比較頻繁。對(duì)停運(yùn)鍋爐脫硝檢查，發(fā)現(xiàn)積灰已經(jīng)達(dá)到反應(yīng)層20%，灰堆面積較大，對(duì)環(huán)保指標(biāo)要求影響較大。1脫硝系統(tǒng)原理本公司脫硝技術(shù)采用選擇性催化還原(SCR)技術(shù)，SCR技術(shù)是在釩催化劑作用下，以NH3作為還原劑，在320℃～420℃的溫度范圍內(nèi)將NOx還原成N2和H2O。主要反應(yīng)方程式為：4NH3+4NO+O2─>4N2+6H2O(1)NO+NO2+2NH3─>2N2+3H2O

(2)公司自產(chǎn)氨氣存儲(chǔ)在液氨儲(chǔ)罐中，引自機(jī)組的蒸汽通過氨站蒸發(fā)器對(duì)液氨進(jìn)行加熱；液氨受熱蒸發(fā)氣化成氨氣。酚氨回收裝置制備的氨氣輸送至爐前，通過氨-空氣混合器與稀釋風(fēng)混合稀釋后進(jìn)入煙道，稀釋風(fēng)和氨氣混和氣體進(jìn)入分配站，由分配站將稀釋的氨氣噴入氨噴射格柵，在氨噴射格柵下游設(shè)有氨-煙氣混合器，使稀釋的氨氣與大流量的煙氣充分?jǐn)_動(dòng)，從而達(dá)到氨-煙氣混合均勻之目的。充分、均勻的混合的氨-煙氣混合氣進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑的作用下，305℃～420℃的溫度范圍內(nèi)，氨氣與煙氣中的NOX反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，達(dá)到除去氮氧化物的目的。因脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)器是布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間，鍋爐燃燒產(chǎn)生的飛灰將流經(jīng)反應(yīng)器。為防止反應(yīng)器積灰，每層反應(yīng)器入口布置有吹灰器，通過吹灰器的定期吹掃來清除催化劑上的積灰。本項(xiàng)目的煙氣脫硝系統(tǒng)，主要包括三部分，即稀釋空氣系統(tǒng)、供氨系統(tǒng)及催化反應(yīng)器。2脫硝反應(yīng)層積灰原因分析2.1脫硝反應(yīng)層催化劑結(jié)構(gòu)形式不滿足褐煤條件SCR催化劑活性組分為V2O5，載體為銳鈦礦型的TiO2，WO3或MoO3作助催劑。SCR催化劑成分及比例，根據(jù)煙氣中成分含量以及脫硝性能保證值的不同而不同。脫硝催化劑的主要類型有蜂窩式、板式和波紋式。蜂窩式催化劑表面積大、活性高、體積小，目前占據(jù)了80％的市場(chǎng)份額，平板式催化劑比例其次，波紋板最少。我廠原脫硝催化劑為蜂窩式，雖然催化劑實(shí)際反應(yīng)面積增加，但是積灰情況較為嚴(yán)重，板式催化劑雖然實(shí)際活性物質(zhì)比蜂窩式少，但煙氣通過性高，堵塞可能性大大降低。2.2反應(yīng)器入口煙氣導(dǎo)流板設(shè)計(jì)不合理當(dāng)脫硝催化劑入口煙氣導(dǎo)流板設(shè)置不合理時(shí)，勢(shì)必會(huì)造成煙氣流場(chǎng)分布不均，出現(xiàn)煙氣出現(xiàn)高速、低速區(qū)，低速區(qū)過慢的流速，聲波吹灰器將無法通過空氣擾動(dòng)緩解灰堆形成，當(dāng)當(dāng)形成灰堆以后，會(huì)使低流速區(qū)開始擴(kuò)散，脫硝流場(chǎng)環(huán)境惡化情況加劇，脫硝催化劑反應(yīng)面積進(jìn)一步減少。通過對(duì)停運(yùn)鍋爐的積灰情況檢查，不同設(shè)計(jì)廠家，導(dǎo)流板設(shè)計(jì)不同，灰堆形成位置也不相同，一期4臺(tái)鍋爐第四級(jí)導(dǎo)流板向下傾角46°，所以前墻流速較高，灰堆形成遠(yuǎn)離導(dǎo)流板方向；二期2臺(tái)鍋爐第四級(jí)導(dǎo)流板水平延展，所以后墻流速較高，灰斗形成靠近導(dǎo)流板方向。2.3焦油含量大造成堵灰我廠脫硝還原劑使用酚氨回收裝置自產(chǎn)氨氣，理論氨氣純度98.56%，實(shí)際純度94%，且氨氣中含有一定量的焦油、水及其他有機(jī)雜質(zhì)。自產(chǎn)氨氣未投入蒸汽伴熱，運(yùn)行過程中，輕質(zhì)焦油經(jīng)過富集濃縮，形成900#重質(zhì)焦油，其存在粘度大、不易揮發(fā)、難清理的特點(diǎn)，富集焦油隨著煙氣進(jìn)入脫硝反應(yīng)室，會(huì)增加煙氣中粉煤灰的粘性，堵塞脫硝催化劑。2.4鋼梁未封閉造成堵灰催化劑支撐鋼梁主要為工字鋼，在鋼梁未封閉及鋼梁上方未鋪設(shè)三角板時(shí)，極易形成低流速區(qū)，形成灰堆，當(dāng)灰堆由于堆積過高或者煙氣震動(dòng)掉落，堵塞部分催化劑時(shí)，聲波吹灰器無法清除，堵塞面積會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間逐漸增大，導(dǎo)致下層催化劑也在相同部位形成積灰。2.5聲波吹灰器工作效能下降造成積灰聲波吹灰器是以壓縮空氣作為能源，使鈦金屬膜片在壓縮空氣氣源作用下自激振蕩，并在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生諧振，將空氣勢(shì)能轉(zhuǎn)換為低頻聲能，作用于煙氣。聲波清灰是預(yù)防性的清灰方式，阻止灰渣在催化劑表面形成堆積，一旦灰堆形成，聲波吹灰器將失去作用。我廠安裝的聲波吹灰器通過聲貝檢測(cè)，內(nèi)部分貝為140db，外部分貝90db，外部檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分吹灰器聲貝達(dá)不到90db，說明部分聲波吹灰器工作不正常。3

預(yù)防脫硝反應(yīng)層積灰對(duì)策3.1更換板式催化劑在蜂窩催化劑到期后，逐步更換為板式催化劑，在滿足環(huán)保指標(biāo)要求情況下，通過犧牲實(shí)際反應(yīng)面積，增加催化劑通徑。高通過性可有效預(yù)防灰、渣堆積，形成難以清理的灰堆。3.2更改入口煙氣導(dǎo)流板位置通過Fluent流體模擬軟件簡單計(jì)算，一期4臺(tái)鍋爐脫硝反應(yīng)層入口煙氣導(dǎo)流板上升25°，二期2臺(tái)鍋爐脫硝反應(yīng)層入口煙氣導(dǎo)流板下降13°，通過導(dǎo)流板的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠使煙氣流動(dòng)更加均勻，緩解反應(yīng)室煙氣流速分布不均情況。3.3減少自產(chǎn)氨氣中焦油含量一方面在氨管壓縮機(jī)出口增加水冷卻器，去除80%自產(chǎn)氨氣中的焦油和水；另一方面，氨氣沿線增加蒸汽伴熱，防止焦油在氨空混合器之后管線內(nèi)富集，由于輕質(zhì)油在大于220℃時(shí)可揮發(fā)，可同時(shí)引熱一次風(fēng)作為脫硝稀釋風(fēng)，揮發(fā)自產(chǎn)氨氣中焦油。3.4對(duì)支撐鋼梁封堵使用鐵板對(duì)支撐工字鋼梁兩側(cè)孔隙進(jìn)行封堵，封堵積灰空間，防止灰堆掉落，同時(shí)在鋼梁上方焊接“∧”形三角封閉鐵板，避免鋼梁積灰。3.5增加聲波吹灰器加強(qiáng)聲波吹灰器的維修，同時(shí)在灰堆形成區(qū)域或吹灰器覆蓋盲區(qū)增加一組聲波吹灰器，抑制灰堆形成。4

結(jié)束語我公司自脫硝系統(tǒng)投運(yùn)以來，脫硝催化劑積灰情況一直較為嚴(yán)重，約運(yùn)行2000-5000小時(shí)以后，脫硝催化劑層壓變大、脫硝出口凈煙氣濃度分布不均，停運(yùn)鍋爐需要清理導(dǎo)流板、反應(yīng)層積灰，經(jīng)過多方調(diào)研，確定上述方案，目前對(duì)停運(yùn)鍋爐進(jìn)行了設(shè)備治理。[Reference][1]張曉敏.鍋爐煙氣脫硝催化劑積灰堵塞分析及處理[J].大氮肥,2017,40(4):4.[2]汪德志,