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行業知識
SCR脫硝系統對鍋爐經濟性的影響
時間: 2020-09-02 15:42
火電廠SCR煙氣脫硝裝置用于脫除煙氣中氮氧化物(NOx)。該類技術通過將氨(NH3)作為還原劑噴入煙氣中,使還原劑與煙氣中的NOx發生還原反應,生成無害的氮氣(N2)和(H2O),從而達
  火電廠SCR煙氣脫硝裝置用于脫除煙氣中氮氧化物(NOx)。該類技術通過將氨(NH3)作為還原劑噴入煙氣中,使還原劑與煙氣中的NOx發生還原反應,生成無害的氮氣(N2)和(H2O),從而達到脫除氮氧化物的目的。然而SCR脫硝裝置對鍋爐也產生了一定的影響。
 
  目前、煙氣脫硝主流技術工藝之一選擇性催化還原發(SCR)應用十分廣泛,被大量在建電廠選用。SCR脫硝裝置脫硝效率可達85%以上,能滿足嚴格的環保排放標準。若鍋爐設計煤種燃燒后產生的煙氣中NOx含量較高,SCR煙氣脫硝裝置可保證煙氣脫硝效率,大大降低煙氣NOx排放量。
 
1.脫硝裝置介紹
 
  2014年河北龍山電廠2×600MW空冷燃煤機組實施煙氣脫硝改造工程,采用選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置,每臺鍋爐配置2臺SCR反應器。反應器內催化劑層按照兩層,并預留一層設計,催化劑的型式采用蜂窩式。煙氣系統安裝位置是由鍋爐尾部低溫省煤器下部引出口引至SCR反應器本體入口、SCR反應器本體出口至回轉式空預器入口之間的連接煙道。脫硝還原劑采用氨氣(無水液氨制?。?,本工程配套建設氨站一座,包括液氨卸料、儲存、蒸發及供應系統,滿足兩臺機組脫硝需求。
 
2.SCR脫硝技術原理
 
  “選擇性催化劑還原煙氣脫硝”技術,其主要化學反應如下:
 
  4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
 
  4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O
 
  其反應產物為對環境無害的水和氮氣,但只有在800℃以上的條件下才具備足夠的反應速度,工業應用時須安裝相關反應的催化劑,在催化劑的作用下其反應溫度降至400℃左右,SCR脫硝系統催化劑的工作溫度是有一定范圍的,溫度過高(>450℃)時催化劑會加速老化;當溫度在300℃左右時,在同一催化劑的作用下,另一副反應也會發生:
 
  2SO2+O2→2SO3
 
  NH3+H2O+SO3→NH4HSO4
 
  即生成氨鹽,該物質粘性大,易粘結在催化劑和鍋爐尾部的受熱面上,影響鍋爐運行。因此,只有在催化劑環境的煙氣溫度在300-420℃之間時方允許噴射氨氣進行脫硝。
 
3.運行中SCR系統對鍋爐的影響
 
  長期運行后發現機組送、引風機電流上漲、電耗增加,空預器二次風和煙氣出入口壓差變大,在50%-100%負荷工況下由正常0.5-1.1Kpa增長到1.5-2.2Kpa,排煙溫度也有所增長。在加裝了SCR脫硝裝置以后實際運作中也對鍋爐系統有其他的的影響,根據實際參數和運行情況總結如下:
 
3.1SCR法脫硝對鍋爐效率的影響。
 
(1)安裝SCR脫硝系統后鍋爐的熱量損失主要是煙氣通過脫硝系統后煙溫會降低6℃左右,對鍋爐效率將會產生一定的影響。
 
(2)造成空預器換熱元件堵塞,排煙溫度升高,增大引風機電耗。氨氣和三氧化硫
 
  反應生成硫酸氫氨。硫酸氫氨在溫度180~200℃的環境中的粘性物,因此在空預器高溫段和低溫段處煙氣中的灰塵在該處容易和硫酸氫氨一塊極易粘附于空預器換熱面上,使空預器換熱元件臟污,空預器的換熱效果,是排煙溫度升高,鍋爐效率降低的主要原因。
 
(3)空預器漏風率增大。煙氣通過SCR脫硝系統以后的壓降將增加800Pa左右,為了使爐膛內部壓力平衡,吸風機的出力將有所增加,從而導致空預器內部煙氣壓力降低,使空預器風/煙壓差增大,導致空預器漏風率增加,鍋爐效率降低。
 
3.2對煙道阻力的影響。
 
  SCR脫硝裝置使煙氣阻力增加800Pa左右,而且對蜂窩式催化劑容積積灰堵塞,且隨著運行時間的增長,催化劑堵塞程度也越嚴重,將導致吸風機的電耗增加,現在設計的SCR脫硝系統均不設計旁路系統,如果催化劑堵塞嚴重,將直接影響鍋爐的安全、穩定運行。
 
3.3對空預器的影響。
 
  SCR脫硝裝置對空預器的影響更為突出。主要原因是硫酸氫氨的腐蝕性和黏結性。硫酸氫氨于灰塵一起粘附在空預器的換熱元件上,不僅降低換熱效果,還將會在空預器的低溫段產生低溫腐蝕,同時造成空預器的積灰。SCR脫硝裝置氨逃逸率一般設計為不大于3ppm,逃逸率超過設計值時將會造成大量的硫酸氫氨生成,致使空預器嚴重堵塞,這將造成吸風機電耗增加,一次風機母管壓力波動大等情況。另外,燃用高硫煤時,煙氣中SO3含量較高,空預器的低溫段就可能有硫酸溶液凝結在換熱元件上,造成空預器的低溫腐蝕。
 
4.采取的針對性措施
 
  針對以上情況,為減弱SCR脫硝對鍋爐的負面影響我們總結了一些經驗,借鑒其他各廠的技術措施,在實際運行中有以下措施:
 
4.1減少SCR脫硝催化劑積灰情況。
 
  煙氣中灰塵的含量與煤種的灰份、燃燒調整有很大關系,但影響脫硝催化劑積灰的因素還于省煤器疏灰系統運行情況、脫硝裝置所安裝的吹灰器有關。省煤器疏灰系統不能正常工作,將會使大量的灰塵帶入脫硝上層催化劑,即便加強脫硝系統吹灰仍不能避免蜂窩狀催化劑的堵塞。用于脫硝裝置的吹灰器有聲波和蒸汽吹灰兩種方式,聲波吹灰器在灰量較小時效果較為明顯,并能徹底吹除邊角的積灰。但灰量較大時耙式蒸汽吹灰器能起到很好的作用。
 
4.2空預器傳熱元件及沖洗改造
 
  安裝SCR脫硝工藝的空預器在防止起低溫段腐蝕、積灰堵塞和清洗方面需要進行特殊設計。為防止由于空預器臟污使傳熱效果降低,或空預器堵塞導致被迫停爐事件的發生,空器低溫段傳熱元件應采用搪瓷表面傳熱元件。為避免鍋爐運行期間由于出現空預器有嚴重堵塞而被迫停爐事件的發生,在空預器吹器選型時不妨可以考慮采用雙介質吹灰器(蒸汽和水),實現對空預器在線水沖洗。正常運行時采用蒸汽定期吹灰,空預器堵塞嚴重時采用高壓水沖洗。如果空預器傳熱元件由于未采用搪瓷材質,在SCR脫硝系統投入半年時間即出現嚴重堵塞情況。所以一般要對空預器傳熱元件低溫段進行更換,更換為搪瓷管空預器。
 
4.3加強吹灰,定期對空預器進行沖洗和維護
 
  SCR脫硝系統在運行過程中,催化劑和空預器積灰堵塞是在所難免的,必須加強SCR反應器區域和空預器的吹灰,尤其應加強空預器低溫段的吹灰。發現煙道阻力增大時,及時對催化劑進行清理,發現空預器進、出口差壓增大,應及時加強空預器或者水沖洗。要想從根本解決麻煩更換為搪瓷管空預器。
 
4.4控制氨逃逸率
 
  為減少脫硝裝置運行時對鍋爐的影響,控制硫酸氫氨的生成量就顯得尤為重要。生成硫酸氫氨的反應速率主要與溫度、煙氣中氨氣、SO3及水含量有關。對于實際運行的火電機組,鍋爐煙氣中SO3及水的含量無法控制。因此,必須嚴格控制氨的逃逸率。
 
(1)嚴格控制氨的噴入量,防止氨氣過量而造成氨逃逸,正常情況下應控制氨逃逸率超過3ppm,保證計量設備的正確全時的投入,加強維護。
 
(2)保持催化劑的活性。SCR脫硝催化劑的壽命一般在5~6年,SCR脫硝裝置設計均為2+1方式,當脫硝效率達不到設計值或不能滿足國家環保排放要求時,為確保鍋爐的安全運行,就必須對催化劑進行清洗或安裝備用層催化劑。
 
(3)加強空預器進、出口差壓的監視,發現空預器進、出口差壓增大時及時減少噴氨量,增加空預器低溫段的吹灰次數。采用SCR脫硝裝置,對鍋爐尾部受熱面(主要是空預器)的沾污、堵塞和腐蝕可通過限制氨逃逸量及催化劑的SO2/SO3氧化率加以控制;對鍋爐熱效率的影響可通過減少煙長度從而減少散熱面積加以控制;對引風機的影響(即鍋爐煙氣阻力的增加)可通過合理設計煙道形狀、合理選取煙氣流速、加裝導流裝置、縮短煙道長度等加以控制。

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