王遠鑫，翟建軍，陳鴻偉，羅　敏，趙　超

(1. 華北電力大學 能源動力與機械工程學院，河北保定071003;2. 中鋁寧夏能源集團有限公司，寧夏銀川750000)

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國內(nèi)某電廠SCR催化劑格柵堵塞研究

王遠鑫1，翟建軍2，陳鴻偉1，羅敏1，趙超1

(1. 華北電力大學 能源動力與機械工程學院，河北保定071003;2. 中鋁寧夏能源集團有限公司，寧夏銀川750000)

摘要：對國內(nèi)某電廠SCR裝置催化劑上層的積灰狀況調(diào)研，得出了A側催化劑層堆積的大顆?；遗c細灰由爐前至爐后方向，細灰、大顆?；叶逊e量不斷減少，近壁面處大顆?；逸^多等特點；利用電子秤稱量A側兩層催化劑堆積細灰總質(zhì)量，通過隨機取樣的方式，選取占總質(zhì)量10%的細灰，以安裝6目篩網(wǎng)的振動篩分機對其篩分，分別獲取堆積在A側上下兩層催化劑上層大顆粒灰質(zhì)量。通過分析SCR裝置的歷史運行數(shù)據(jù)，得出系統(tǒng)的壓降與負荷的變化一致的規(guī)律。選取3個負荷下不同運行時間系統(tǒng)壓降對比，分析認為積灰對SCR裝置壓降的影響需要較長的時間才可體現(xiàn)。

關鍵詞：SCR；催化劑層；積灰；大顆?；?/p>

0引言

選擇性催化還原技術(在金屬催化劑作用下，噴入的氨把煙氣中的NOx還原成N2和H2O[1])作為我國絕大部分燃煤機組采用的控制NOx排放手段，在實際的運行中，存在著催化劑層中毒、磨損、堵塞等諸多問題[2]。

因我國燃煤電廠的SCR裝置為使進入反應器的煙氣溫度達到300～500 ℃[3]均采用高灰布置，致使通過催化劑層的煙氣含有大量的飛灰，易于引起催化劑層的堵塞、磨損等問題。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，燃煤機組每工作1 000 h脫硝效率減小0.7%[4]。

國內(nèi)外學者針對飛灰對催化劑的影響做了一系列研究，文獻[5]研究表明高鈣飛灰中的活性CaO與SO3的化學反應產(chǎn)物及粘性細灰在催化劑表面的沉積是影響催化劑活性的主要因素，文獻[6]通過對沉積在催化劑表面成分分析得出沉積在催化劑表面的飛灰大多粒徑小于5 μm。

堆積在催化劑表面的飛灰中，往往存在粒徑較大的“爆米花灰”。其往往是由燒結煤粉顆粒在低表觀密度下聚集而成[7]，這些顆粒相較細灰更易引起格柵、催化劑層堵塞，降低SCR裝置脫硝效率。

針對上述狀況，國內(nèi)外學者通過研究提出了一系列防止催化劑表面大顆?；叶逊e的措施。文獻[8]利用數(shù)值模擬軟件，擴大省煤器出口灰斗，利用改造后的灰斗側壁增強了灰斗對大顆粒灰的捕集能力；通過在煙道內(nèi)布置固定孔徑的金屬網(wǎng)面，當大顆粒灰粒徑大于金屬網(wǎng)面孔徑時，即會被金屬網(wǎng)面阻礙從而實現(xiàn)與煙氣分離。但攔截網(wǎng)攔截下的大顆?；視氯麩煔馔ǖ溃煌ㄟ^清理手段易發(fā)生大面積阻塞[9]，造成攔截網(wǎng)前后壓降上升，增加了引風機負擔。

目前，對于實際燃煤機組中催化劑上層的積灰與各粒徑積灰的比例、催化劑上層積灰對SCR裝置的影響尚無充分的研究，而其對于防止飛灰堵塞、磨損催化劑層有著重要的意義。本文中，對國內(nèi)某電廠的600 MW機組進行現(xiàn)場調(diào)研，通過SCR的運行數(shù)據(jù)與該機組停爐檢修后對其催化劑上層積灰查看分布、稱重、篩分等手段，對催化劑上層積灰做一個完整的定量研究。

1SCR裝置及堵塞狀況概述

該脫硝系統(tǒng)裝置示意圖如圖1所示。

圖1　催化劑層上層格柵堵塞圖

該脫硝裝置分A，B側對稱布置且煙氣進入催化劑前，需進行90°轉向。根據(jù)其設計說明書知該裝置使用國產(chǎn)蜂窩式催化劑模塊，催化劑層按2層運行，1層備用設計，采用聲波吹灰的方式，在設計煤種、鍋爐最大工況(BMCR)、處理100%煙氣量條件下脫硝效率不小于82%。其BMCR工況下主要技術經(jīng)濟指標包括進口煙氣量：1 822 315 Nm3/h(干，標準，實際O2)、進口煙氣NOx含量： ≤550 mg/Nm3(標態(tài)、干基、6%O2)、進口煙氣粉塵含量：≤50 g/Nm3、進口煙氣溫度：最低允許噴氨溫度-420 ℃；出口煙氣NOx含量： ≤100mg/Nm3(標態(tài)、干基、6%O2)、脫硝效率：≥82%、SO2/SO3轉化率：≤1%。

實際調(diào)研中，該裝置催化劑上層存在著嚴重的飛灰、大顆?；叶氯麪顩r，其現(xiàn)場照片如圖2所示。

圖2　催化劑層上層格柵堵塞圖

由圖2中可明顯看出呈“小山”狀的細灰堆積在催化劑上層格柵上，且細灰堆的分布不均，大小不一。

同時，在催化劑上層的格柵上，撿拾到大量粒徑大于6 mm(格柵孔徑6 mm)大顆?；?，其卡在格柵開孔處造成了局部堵塞并被細灰覆蓋，如圖3所示。

圖3　催化劑層上層格柵大顆粒堵塞圖

對A側上下催化劑上層格柵的細灰、大顆?；叶氯麪顩r進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)兩層催化劑層細灰，大顆粒灰具有著類似的分布特點，對格柵按塊進行分區(qū)(7×12)并繪制出其分布狀況如圖4所示。

圖4　催化劑層上層格柵積灰分布

其中，圖中黑色區(qū)域表示大顆粒灰較多模塊，每塊格柵約收集200顆以上的大顆?；?，圖中白線右方的黑色區(qū)域為細灰堆積區(qū)域，細灰堆中存在著大量的大顆?；?。隨爐前向爐后方向，各防護網(wǎng)模塊大顆?；覕?shù)量不斷減少，貼近兩側壁面處大顆?；覕?shù)量較多，每個模塊大顆粒數(shù)量在50～200之間。對于存在細灰堆區(qū)域，在對格柵上方細灰堆清理后發(fā)現(xiàn)，細灰堆積區(qū)域下方即格柵至催化劑入口區(qū)域均被細灰堵塞，依靠工具向下挖掘，可發(fā)現(xiàn)部分催化劑通道被細灰堵塞，其余通道由于細灰于催化劑入口處“搭橋”，雖催化劑通道流通但催化劑入口上方區(qū)域堵塞。

2現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)及分析

2.1機組運行工況與催化劑上方積灰關系

圖5記錄了該SCR裝置自2013年11月10日至2015年9月30日的月平均運行記錄，其中，2014年5月19日至2014年10月16日對SCR脫硝系統(tǒng)上層催化劑進行清洗，2015年7月19日至2015年7月30日該爐進行定期檢修，此期間內(nèi)暫停SCR脫硝系統(tǒng)的運行。圖6、7則分別為該SCR系統(tǒng)在2014年11月剛清洗后的運行記錄和2015年6月停爐前一個月的運行記錄。

從圖5～7中可以看出，SCR系統(tǒng)進出口平均差壓的大小變化與脫硝投入時的平均負荷有關，且二者的變化趨勢總體保持一致。

圖5　月平均運行記錄

圖6　2014年11月運行記錄

圖7　2014年6月運行記錄

根據(jù)上述結論，選取該機組2013年11月10日至2015年9月30日的運行數(shù)據(jù)中，運行負荷在345～370 MW，460～480 MW，525～560 MW的運行數(shù)據(jù)，排除運行負荷的影響，進一步研究其他對系統(tǒng)造成壓降的影響因素。其差壓隨運行時間的變化規(guī)律如圖8～10所示。

圖8　SCR平均差壓(345～370 MW)

圖9　SCR平均差壓(460～480 MW)

圖10　SCR平均差壓(525～560 MW)

對比上述曲線圖中的結果可以發(fā)現(xiàn)，機組所帶負荷的不同，系統(tǒng)的平均差壓整體上隨時間的波動變化幅度也不同，負荷越高使得系統(tǒng)的平均差壓波動變化也相對較大。同時對比3個圖中的曲線可以發(fā)現(xiàn)差壓在整體上的變化是較小的。由于系統(tǒng)在2014年5月19日時暫停運行，進行催化劑層的清洗更換，從圖9中可以看出，在2014年10月16日系統(tǒng)恢復運行后，系統(tǒng)的差壓有明顯的降低，故推斷系統(tǒng)存在積灰堵塞催化劑層的現(xiàn)象，隨著運行時間的延長，積灰一定程度地導致了系統(tǒng)差壓的增大。積灰對SCR系統(tǒng)的影響需要經(jīng)歷較長時間的運行后方可體現(xiàn)出來，根據(jù)圖9的結果，預估SCR系統(tǒng)在450 MW左右的負荷下，將運行至少3個月的時間，積灰導致差壓增大的結果才能顯現(xiàn)出來。

2.2催化劑上層積灰數(shù)據(jù)分析

對A，B兩側兩層催化劑上方積灰進行清理稱重，統(tǒng)計其質(zhì)量。對細灰進行隨機取樣，取占總質(zhì)量10%的細灰，對其中的大顆?；?粒徑大于3.35 mm)利用型號為XF600篩分機進行篩分獲取其在細灰中所占比例。

稱取SCR上層催化劑A側細灰共3 713.76 kg，SCR中層催化劑A側細灰共2 675.67 kg，合計6 389.43kg。隨機選取占上層催化劑A側接近10%細灰376.1 kg，中層催化劑A側接近10%細灰268.7 kg進行大顆?；液Y分(粒徑大于3.35 mm)，篩分得到上層催化劑A側大顆?；?1.0 kg，中層催化劑A側大顆?；?.65 kg。由此估算堆積在上層催化劑A側大顆?；铱傊?08.62 kg，占堆積在上層A側總灰量的2.9%，堆積在中層催化劑A側大顆?；铱傊?6.22 kg，占中層A側總灰量的2.5%。

由上述數(shù)據(jù)可知，堆積在催化劑層上方的大顆?；遗c細灰比例較為穩(wěn)定，且與細灰相比，總量較少。上層催化劑與下層催化劑相比，堆積灰量更大。這是由于上層催化劑上方煙氣經(jīng)歷90°轉向，較下層催化劑相比，流場分布更為不均勻，存在局部流速較低的區(qū)域，易于飛灰的堆積。圖4中，爐前位置大顆粒灰及飛灰堆積嚴重，同樣是由于煙氣經(jīng)歷90°轉向后，內(nèi)彎處相較外彎處流速較低，致使大顆粒與飛灰隨煙氣的攜帶性能下降，從而易于堆積在爐前側位置。

根據(jù)文獻所述，飛灰顆粒的動能與其大小成正比關系[10]，mm級以上的大顆?；伊鹘?jīng)催化劑層對催化劑的磨損比粒徑較小的飛灰更加嚴重。同時大顆粒灰往往形狀不規(guī)則，較普通球體相比多棱角，致使其對催化劑層的磨損作用更為嚴重[11]。故應采取相應措施，包括改進省煤器灰斗形狀及加裝攔截網(wǎng)裝置，捕集煙氣中的大顆?；?，防止其進入催化劑層對催化劑造成磨損與堵塞。

由實際的調(diào)研結果可知，該電廠SCR裝置存在著流場不均而致使細灰、大顆?；叶逊e在爐前側催化劑上端格柵，堵塞催化劑通道，致使催化劑局部失效，使流場更加不均勻。針對上述現(xiàn)象，擬采用在上層催化劑上方90°彎角處，加裝導流擋板，使上層催化劑入口處流場更為均勻，防止催化劑上方細灰、大顆粒灰堆積的現(xiàn)象發(fā)生。

3結論

(1)機組所帶負荷越大，系統(tǒng)的平均差壓整體上隨時間的波動變化幅度也越大；積灰在一定程度上造成了SCR裝置的壓降，但需較長的時間才可表現(xiàn)出來。

(2)因上層催化劑入口處煙氣需經(jīng)歷90°轉向，致使催化劑上方流場不均，易于發(fā)生細灰、大顆?；叶逊e狀況。且內(nèi)彎處由于流速較低，細灰、大顆?；叶逊e更為嚴重。

(3)大顆?；艺伎偠逊e灰量比例較少，比例約為2%～3%。在SCR裝置前，攔截、捕集大顆粒灰，對于預防、減少催化劑的磨損與堵塞有著重要的意義。

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Study on SCR Catalyst Grid Blockage of a Power Plant in China

WANG Yuanxin1，ZHAI Jianjun2，CHEN Hongwei1，LUO Min1，ZHAO Chao1

(1. School of Energy Power and Mechanical Enineering，North China Electric Power University, Baoding 071000，China;2. China Aluminum Ningxia Energy Group Co., Ltd.， Yinchuan 750000，China)

Abstract：Through the investigation of ash deposition of the catalyst layer in the SCR of a power plant in China, drawed the conclusions that from the furnace front to back direction, fine ash, popcorn ash accumulation decreased, near the wall the popcorn ash was more. Weighted the total mass of fine ash in the two layers catalyst of A side by electronic scale and selected the fine ash accounted for 10% of the total mass by random sampling.This fine ash was screened by the vibrating screen machine with 6 mesh, then the mass of popcorn ash in the two layers of the A side were acquired respectively. It was concluded that the pressure drop of the system is consistent with the change of load,by analyzing the historical running record of SCR So, it is concluded that the effect of ash deposition on the pressure drop of SCR need a long time to reflect by considering the comparison of pressure drop between different running time under three load conditions.

Keywords：SCR; catalyst layer; ash deposition;popcorn ash

收稿日期：2016-04-13。

作者簡介：王遠鑫(1991-)，男，碩士研究生，研究方向為煤的清潔燃燒,E-mail:597513381@qq.com。

中圖分類號:TM621.9

文獻標識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.06.011