當(dāng)前全國(guó)火電機(jī)組煙氣脫硝改造已進(jìn)入集中投運(yùn)期，部分工程實(shí)施過(guò)程中隱藏的問(wèn)題也在投運(yùn)后逐漸顯現(xiàn).針對(duì)當(dāng)前燃煤電廠脫硝改造工程現(xiàn)狀.在總結(jié)分析當(dāng)前脫硝改造工程問(wèn)題的基礎(chǔ)上，就設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、性能保證值的確定、催化劑的選型、流場(chǎng)設(shè)計(jì)、吹灰器選型、反應(yīng)器人口灰斗設(shè)置以及配套改造等脫硝改造工程中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析與探討.提出了相應(yīng)的意見(jiàn)與解決措施。

關(guān)鍵詞：火電廠;煙氣脫硝;SCR;改造工程

“十二五”以來(lái).隨著達(dá)標(biāo)排放、總量控制以及工程限期治理等多重政策性要求陸續(xù)出臺(tái)。與此同時(shí).雖然當(dāng)前燃煤機(jī)組煙氣脫硝有低氮燃燒與SCR、SNCR及SNCR/SCR聯(lián)用煙氣脫硝等多種技術(shù)可選。但在實(shí)際工程應(yīng)用中.受排放標(biāo)準(zhǔn)與脫硝效率限制.絕大部分機(jī)組均需采用SCR煙氣脫硝技術(shù)。

據(jù)國(guó)家環(huán)保部2013年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù).國(guó)內(nèi)在役脫硝機(jī)組共計(jì)548臺(tái)2.26億kW.其中SCR脫硝機(jī)組共計(jì)434臺(tái)2.15億kW.但距相關(guān)政策要求的脫硝裝配率仍有較大差距。從2013年起.全國(guó)火電機(jī)組煙氣脫硝改造已進(jìn)入集中投運(yùn)期。

在上述背景下.國(guó)內(nèi)當(dāng)前燃煤電廠煙氣脫硝改造工程及主要設(shè)備或材料市場(chǎng)呈現(xiàn)出魚龍混雜、良莠不齊的局勢(shì).部分改造已投運(yùn)工程已經(jīng)顯現(xiàn)出在工程設(shè)計(jì)或建設(shè)中隱藏的問(wèn)題.導(dǎo)致未能充分發(fā)揮設(shè)計(jì)的減排能力與環(huán)保效益.甚至對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

針對(duì)當(dāng)前燃煤電廠脫硝改造工程現(xiàn)狀.在總結(jié)分析當(dāng)前部分脫硝改造工程問(wèn)題的基礎(chǔ)上.提出幾點(diǎn)燃煤電廠SCR煙氣脫硝改造工程關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題.以供后續(xù)脫硝改造工程借鑒及進(jìn)一步探討。

1設(shè)計(jì)參數(shù)與性能保證值

1.1設(shè)計(jì)煤質(zhì)的確定

由于受煤炭市場(chǎng)等因素影響.火電廠燃煤條件往往偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)且波動(dòng)較大。針對(duì)此情況SCR脫硝改造工程設(shè)計(jì)煤質(zhì)應(yīng)以近2年實(shí)際燃煤煤質(zhì)為基準(zhǔn).綜合考慮進(jìn)一步劣化的可能及對(duì)后續(xù)燃煤來(lái)源變化的預(yù)期，確定設(shè)計(jì)煤質(zhì)。尤其設(shè)計(jì)硫分與灰分不宜過(guò)高或過(guò)低.硫分直接影響脫硝性能保證值中的S02/SO，轉(zhuǎn)化率與NH，逃逸指標(biāo)以及空氣預(yù)熱器改造方案中的冷端鍍搪瓷換熱元件高度的確定.灰分直接影響催化劑(蜂窩/平板)與吹灰器選型(聲波/蒸汽)，進(jìn)而影響工程投資與后續(xù)運(yùn)行維護(hù)。

1.2入口煙氣參數(shù)的選取

因技術(shù)較為成熟可靠、無(wú)運(yùn)行費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn).低氮燃燒技術(shù)已經(jīng)成為燃煤電廠氮氧化物控制的首選技術(shù)。低氮燃燒+SCR煙氣脫硝已成為當(dāng)前最為常用的老機(jī)組脫硝改造方案。但在確定低氮燃燒改造的NO，排放性能保證值時(shí)不宜過(guò)高以免造成SCR工程投資偏高.也不宜過(guò)低以免影響后續(xù)鍋爐或SCR脫硝裝置穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.

SCR裝置入口NO。濃度應(yīng)結(jié)合低氮燃燒改造以及改造的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定.且應(yīng)在低氮燃燒性能保證值基礎(chǔ)上留取適當(dāng)裕量.一般推薦為50或100mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%02)。對(duì)于無(wú)需進(jìn)行低氮燃燒改造的機(jī)組也應(yīng)在當(dāng)前排放濃度的基礎(chǔ)上留取適當(dāng)裕量以確保后續(xù)SCR脫硝裝置的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行.

1.3性能保證值確定

當(dāng)前SCR脫硝改造工程中的SO，/SO，轉(zhuǎn)化率與NH，逃逸濃度常規(guī)的性能保證值為不高于1.0%與3x104(體積分?jǐn)?shù)，下同)。鑒于高硫煤地區(qū)SCR脫硝機(jī)組當(dāng)前頻繁出現(xiàn)的空氣預(yù)熱器堵塞腐蝕現(xiàn)象，建議當(dāng)燃煤硫分大于或等于2.5%時(shí).sojso，轉(zhuǎn)化率按小于0.75%要求：對(duì)于硫分大于或等于3%，NH，逃逸濃度按小于2x10-6要求。

雖然《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223--2011)要求2003年12月31日前投產(chǎn)或通過(guò)環(huán)評(píng)審批的燃煤鍋爐執(zhí)行200mg/m3(標(biāo)態(tài).干基，6%0：)排放限值，但項(xiàng)目單位在確定出口NO。濃度時(shí)應(yīng)考慮排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步趨嚴(yán)的可能性(如出臺(tái)地方排放標(biāo)準(zhǔn)或所在區(qū)域劃為重點(diǎn)區(qū)域)，可相應(yīng)采取在設(shè)計(jì)中暫按200mg/m3(標(biāo)態(tài).干基。6%0，)要求安裝催化劑。但相關(guān)設(shè)備選型與反應(yīng)器設(shè)計(jì)具備滿足100mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%0：)排放限值的能力。

2催化劑選型

催化劑是整個(gè)SCR脫硝系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵.其成分、結(jié)構(gòu)、活性等相關(guān)參數(shù)直接影響脫硝裝置脫硝效率及運(yùn)行狀況。催化劑的設(shè)計(jì)和選擇應(yīng)綜合考慮燃煤特性、煙氣條件、組分及性能目標(biāo)來(lái)確定，并且綜合考慮煙氣特性、飛灰特性、灰分含量、反應(yīng)器型式、脫硝效率、氨逃逸濃度、SOJSO，轉(zhuǎn)化率、壓降以及使用壽命等條件。

目前商用的脫硝催化劑類型有平板式催化劑、蜂窩式催化劑和波紋板式催化劑3種類型。其中波紋板式催化劑由于自身結(jié)構(gòu)和制備工藝的局限性，一般適用于煙塵濃度較低的場(chǎng)合(≤10g/m，)，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用相對(duì)較少。對(duì)于常規(guī)SCR煙氣脫硝工程.常采用平板式或蜂窩式催化劑，當(dāng)煙塵濃度小于30g/m3時(shí)宜優(yōu)先選用蜂窩式催化劑.當(dāng)煙塵濃度大于40∥m，時(shí)宜優(yōu)先選用平板式催化劑。

值得注意的是.在反應(yīng)器截面、高度與催化劑支撐梁的設(shè)計(jì)中應(yīng)按蜂窩/平板通用進(jìn)行設(shè)計(jì).并應(yīng)充分考慮不同型式催化劑的重量對(duì)SCR裝置鋼結(jié)構(gòu)的影響.以滿足后續(xù)對(duì)催化劑型式進(jìn)行更換的需求。催化劑選型時(shí)體積量的確定是基于達(dá)到性能要求的基本體積量再考慮燃料特性、SCR運(yùn)行工況、催化劑堵塞等裕量后的值。尤其對(duì)于高砷(鉀、鈉)、高鈣、高溫或其他對(duì)性能指標(biāo)(如so#SO，轉(zhuǎn)化率、NH，逃逸濃度)有特殊要求的項(xiàng)目應(yīng)在催化劑體積量與配方方面進(jìn)行特殊考慮。

通過(guò)分析已投運(yùn)脫硝機(jī)組催化劑運(yùn)行狀況可見(jiàn).機(jī)械強(qiáng)度已成為脫硝系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及后續(xù)催化劑再生的關(guān)鍵影響因素。催化劑的機(jī)械強(qiáng)度變化主要由催化劑的生產(chǎn)條件如配方、選型、工藝控制以及運(yùn)行中的煙氣條件如流場(chǎng)、飛灰濃度等決定。

對(duì)于高灰項(xiàng)目.建議在防止催化劑磨損方面進(jìn)行特殊考慮.蜂窩式催化劑與板式催化劑在設(shè)計(jì)時(shí)迎風(fēng)流速分別按照4.4-4.6m/s與5.2～5.3m/s取值.催化劑通道煙氣流速均應(yīng)控制在6～7m/s以內(nèi)，此外可適當(dāng)提高催化劑壁厚(蜂窩)或板厚(平板)，適當(dāng)延長(zhǎng)蜂窩催化劑前端硬化長(zhǎng)度(不小于20mm)。

需要指出的是，在高煙塵濃度運(yùn)行條件下.如果催化劑內(nèi)壁過(guò)薄.即使采用頂端硬化措施.催化劑的內(nèi)部孔通道仍有可能由于過(guò)度磨損而斷裂。雖然壁厚的增加會(huì)帶來(lái)初投資增加、反應(yīng)器煙氣阻力增加、SO，/SO，轉(zhuǎn)化率增加等一系列問(wèn)題.但也可以在很大程度上增加催化劑的機(jī)械壽命與再生能力.因此在設(shè)計(jì)壁厚時(shí)應(yīng)進(jìn)行綜合考慮。

3流場(chǎng)設(shè)計(jì)

對(duì)于脫硝裝置的設(shè)計(jì).采取適當(dāng)措施保證脫硝反應(yīng)器中催化劑入口截面氣體速度和反應(yīng)物分布的均勻性極為重要.當(dāng)前SCR脫硝實(shí)際運(yùn)行中遇到的脫硝效率未達(dá)到設(shè)計(jì)值、氨逃逸濃度超性能保證值以及催化劑積灰與磨損等問(wèn)題往往是由于流場(chǎng)分布不均所導(dǎo)致.而數(shù)值流場(chǎng)模擬與物理模型試驗(yàn)研究是在設(shè)計(jì)階段解決此問(wèn)題的有效手段。

尤其對(duì)于未預(yù)留脫硝空間的改造項(xiàng)目，由于受空間限制.從省煤器出口至SCR反應(yīng)器入口的煙道布置一般比較緊湊.煙道截面變化大。急轉(zhuǎn)彎多.更有必要進(jìn)行相應(yīng)流場(chǎng)模擬與試驗(yàn)，以確保流場(chǎng)的均勻性。脫硝系統(tǒng)數(shù)模與物模試驗(yàn)范圍應(yīng)涵蓋從鍋爐省煤器出口至空氣預(yù)熱器入口的全部煙氣系統(tǒng).主要包括反應(yīng)器進(jìn)、出口煙道、導(dǎo)流板、噴氨裝置、反應(yīng)器等。物模比例宜在l：10至1：15之間選取。表1所示為常規(guī)催化劑層人口煙氣流場(chǎng)條件.如脫硝效率達(dá)到85%以上.應(yīng)對(duì)人口煙氣流場(chǎng)條件提出特別要求。

表1常規(guī)催化劑層入口煙氣流場(chǎng)條件


4吹灰器與反應(yīng)器入口灰斗

中國(guó)燃煤機(jī)組燃用煤種多變且灰分較大.而且脫硝裝置幾乎全部為高塵布置的無(wú)旁路系統(tǒng).因此必須考慮適當(dāng)?shù)拿撓醮祷移鬟x型與反應(yīng)器入口灰斗設(shè)置以盡量減小飛灰對(duì)催化劑的堵塞與磨損。

當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用的SCR脫硝吹灰裝置主要有蒸汽吹灰和聲波吹灰2種。蒸汽吹灰裝置吹灰能力強(qiáng).但是會(huì)導(dǎo)致煙氣濕度加大.易結(jié)成黏性積灰。聲波吹灰裝置是通過(guò)聲波作用減弱黏結(jié)在催化劑表面灰粒的結(jié)合力.再使其在煙氣的沖刷力及灰粒本身的重量作用下被煙氣帶走.對(duì)脫硝裝置的不利影響較小，但其也存在吹灰力度較小。

吹灰效果相對(duì)較差等問(wèn)題。建議在對(duì)吹灰器進(jìn)行選型時(shí)除考慮飛灰濃度外.還需考慮飛灰沾污特性與磨損特性.一般可參考鍋爐系統(tǒng)已使用的吹灰器的效果進(jìn)行選擇。當(dāng)入口煙塵濃度大于40g/m3且飛灰特性屬于嚴(yán)重磨損或嚴(yán)重沾污時(shí).宜考慮采用聲波/蒸汽聯(lián)用方案.以實(shí)現(xiàn)在13常運(yùn)行中以聲波吹灰為主、蒸汽吹灰為輔的運(yùn)行方式。在工程建設(shè)中。

為簡(jiǎn)化系統(tǒng)、降低工程造價(jià)或受空間限制，經(jīng)常取消反應(yīng)器人口灰斗。但已投運(yùn)脫硝機(jī)組中造成催化劑堵塞的往往是可以通過(guò)設(shè)置反應(yīng)器入口灰斗除去的大顆粒飛灰。建議對(duì)未設(shè)置省煤器灰斗且飛灰濃度較高、大顆粒飛灰較多或存在爆米花飛灰的項(xiàng)目設(shè)置反應(yīng)器入口灰斗以保護(hù)催化劑.提高煙氣脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性.必要時(shí)還可在灰斗上方設(shè)置大灰濾網(wǎng)以攔截大顆粒飛灰.

5配套改造

5.1省煤器改造

當(dāng)前國(guó)內(nèi)脫硝催化劑廠家承諾的脫硝運(yùn)行煙溫一般在320～420℃.部分項(xiàng)目存在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)運(yùn)行煙溫過(guò)低問(wèn)題.對(duì)于此類問(wèn)題當(dāng)前有省煤器煙氣旁路、省煤器給水旁路、省煤器分級(jí)布置等應(yīng)對(duì)措施。必須要指出的是。這些改造措施在理論層面與技術(shù)層面均是可行的.但涉及對(duì)鍋爐重要設(shè)備或部位的改造.同時(shí)還存在對(duì)鍋爐或脫硝系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有不利影響或改造投資較大的問(wèn)題。

因此.建議脫硝人口煙氣溫度過(guò)低問(wèn)題宜優(yōu)先考慮結(jié)合鍋爐燃燒調(diào)整、優(yōu)化脫硝運(yùn)行控制等措施進(jìn)行解決，如通過(guò)試驗(yàn)手段確定準(zhǔn)確的脫硝最低噴氨溫度及鍋爐負(fù)荷調(diào)整策略.必要時(shí)再實(shí)施設(shè)備改造.

5.2空氣預(yù)熱器改造

脫硝改造后，煙氣中的SO，與脫硝尾部逃逸的NH3易結(jié)合生成NH。HSO。凝結(jié)物，其凝結(jié)溫度一般在150—200oCl51，而這一溫度段在常規(guī)空氣預(yù)熱器的中低溫段，因此脫硝改造往往需要對(duì)空氣預(yù)熱器換熱元件實(shí)施配套改造?？諝忸A(yù)熱器改造設(shè)計(jì)的煙氣參數(shù)應(yīng)與脫硝改造工程一致.并在確定冷端鍍搪瓷換熱元件高度時(shí)留取適當(dāng)裕量。

對(duì)于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，改造后轉(zhuǎn)子重量如增加，應(yīng)對(duì)底梁、底部軸承等進(jìn)行重新校核。建議對(duì)于燃煤硫分小于1%且現(xiàn)有空氣預(yù)熱器運(yùn)行狀況良好的項(xiàng)目.可暫不對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行配套改造.而在后續(xù)脫硝運(yùn)行中嚴(yán)格控制氨逃逸。

5.3引風(fēng)機(jī)改造

加裝SCR脫硝裝置后.對(duì)引風(fēng)機(jī)的壓頭影響較大，主要包括煙道阻力、反應(yīng)器阻力和空氣預(yù)熱器阻力增加.一般常規(guī)“2+1”催化劑布置形式的脫硝系統(tǒng)阻力增加宜按1200Pa考慮.燃用低灰煤質(zhì)的項(xiàng)目可在此基礎(chǔ)上酌減。根據(jù)增加的阻力應(yīng)重新核算現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn).必要時(shí)實(shí)施引風(fēng)機(jī)改造。

必須要指出的是.由于環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的全面大幅提高.當(dāng)前國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組往往同時(shí)面臨多項(xiàng)環(huán)保改造.因此在確定引風(fēng)機(jī)改造時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌考慮爐后環(huán)保設(shè)施改造方案.綜合考慮引風(fēng)機(jī)當(dāng)前裕量、機(jī)組常態(tài)負(fù)荷、場(chǎng)地布置、變壓器裕量、煙道優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)組關(guān)停計(jì)劃等因素。

6結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)燃煤電廠SCR煙氣脫硝改造工程現(xiàn)狀及脫硝運(yùn)行過(guò)程中顯現(xiàn)的問(wèn)題.從設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、性能保證值的確定、催化劑的選型、流場(chǎng)設(shè)計(jì)、吹灰器選型、反應(yīng)器人口灰斗設(shè)置以及配套改造工程等方面提出幾點(diǎn)燃煤電廠SCR煙氣脫硝改造工程的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題.供后續(xù)脫硝改造工程借鑒及進(jìn)一步探討。

來(lái)源：中國(guó)電力;作者：張楊，楊用龍，馮前偉，王建峰，何勝，朱躍