某電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)故障診斷（環(huán)保）
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某電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)故障診斷（環(huán)保）
陳崇明1，侯海萍1，鄒斯詣2，宋國升1
(1．河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所，河北石家莊 050021;2．國電科學(xué)技術(shù)研究院，山西太原 030006）
摘要：以某火電廠330 MW機(jī)組選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝系統(tǒng)為例，針對運(yùn)行中存在的氨逃逸率高、空氣預(yù)熱器壓差大、脫硝反應(yīng)器出口與煙囪人口NOx濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)偏差大等問題，進(jìn)行了流場、濃度場測試及催化劑檢測。結(jié)果表明，流場分布不均是造成催化劑磨損的主要因素；催化劑活性下降、噴氨流量分布不合理是造成脫硝系統(tǒng)故障的原因；通過噴氨優(yōu)化調(diào)整可以改善脫硝反應(yīng)器出口NOx濃度分布均勻性，降低氨逃逸率。同時(shí)結(jié)合診斷分析，對電廠脫硝系統(tǒng)的改造提出了建議。
關(guān)鍵詞：選擇性催化還原：流場：催化劑：噴氨：故障診斷
中圖分類號：X511；TM621.9 DOI: 10.11930/j．issn．1004-9649.2016.05.063.04
0引言
隨著國家節(jié)能減排政策、十二五環(huán)保規(guī)劃以及新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，新建及已運(yùn)行機(jī)組均需要安裝煙氣脫硝裝置。目前，控制NO x的排放技術(shù)主要包括爐內(nèi)燃燒控制、選擇性非催化還原( SNCR)技術(shù)和選擇性催化還原( SCR)技術(shù)。前兩個(gè)工藝脫硝效率一般不超過80%，無法適應(yīng)日趨嚴(yán)格的NO x排放標(biāo)準(zhǔn)，因此具有脫硝效率高、無副產(chǎn)物生成、運(yùn)行可靠的SCR技術(shù)逐漸在工程上得到了廣泛應(yīng)用。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，部分采用SCR技術(shù)的煙氣脫硝機(jī)組出現(xiàn)了氨逃逸率高、空氣預(yù)熱器積灰堵塞、脫硝效率下降等問題，不僅造成NO x排放濃度升高，惡化了當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境．還使發(fā)電企業(yè)面臨因環(huán)保不達(dá)標(biāo)而停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，且承受著催化劑頻繁更換造成的巨大成本損失。本文以某火電廠為例，對其脫硝系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，并提出優(yōu)化、改造建議，為國內(nèi)其他火電廠的SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行分析及其優(yōu)化調(diào)整提供參考。
1 某火電廠脫硝系統(tǒng)概況
某火電廠2號機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)隨鍋爐同期建設(shè)。催化劑為板式結(jié)構(gòu)，在反應(yīng)器中分2層布置，連續(xù)運(yùn)行溫度范圍為310～415℃，設(shè)計(jì)壽命為24 000 h。脫硝裝置采用蒸汽吹灰方式，每層設(shè)置3臺(tái)吹灰器。SCR脫硝系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示(說明：文中凡與體積有關(guān)的數(shù)值均已換算至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。
該火電廠脫硝系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后．出現(xiàn)了逃逸氨濃度超標(biāo)、空氣預(yù)熱器差壓大、SCR脫硝裝置（SCR反應(yīng)器A/B）出口與煙囪入口的NO x濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)差別大等問題，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2故障診斷
2.1 流場測試及分析
SCR反應(yīng)器入口截面測孔布置在噴氨格柵及導(dǎo)流板上游，其流場測試結(jié)果不能真實(shí)反映反應(yīng)器內(nèi)部流場情況．因此選擇反應(yīng)器出口截面進(jìn)行測試。依據(jù)GB/T 16157-1996《固定污染源排氣巾顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》，以網(wǎng)格布點(diǎn)的方式，在SCR A、B兩側(cè)反應(yīng)器出口截面由A側(cè)至B側(cè)選擇9個(gè)采樣孔，每孔由深至淺布置
5個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行流場分布測試，結(jié)果如圖l所示。
經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)．SCR A、B兩側(cè)反應(yīng)器出口截面平均流速分別為13.8、11.4 m/s，各測試位置流速與平均流速的偏差分別為-36.83%～23.84%、-23.68%～22.06%，各測孔流速均存在隨測試深度減小而增大的趨勢。根據(jù)測試位置和結(jié)果，推測催化劑入口截面內(nèi)各處流速與平均速度的偏差將超過DL/T 296-2011《火電廠炯?xì)饷撓跫夹g(shù)導(dǎo)則》給出的±15%的推薦值，且在反應(yīng)器內(nèi)部存在靠近鍋爐側(cè)流速高、靠近煙囪側(cè)流速低的情況。流速過高．一方面會(huì)造成部分炯?xì)庠诜磻?yīng)器中停留時(shí)問過短，導(dǎo)致脫硝效率下降；另一方面也容易導(dǎo)致催化劑磨損，引起其活性下降。
2.2濃度場測試及分析調(diào)整
以網(wǎng)格布點(diǎn)的方式，在SCR A、B兩側(cè)反應(yīng)器m口截面由A側(cè)至B側(cè)選擇9個(gè)采樣孔，每孔山深至淺布置4個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行NO x濃度場分布測試．結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，SCR A、B兩側(cè)反應(yīng)器出口NO x濃度分布極不均勻，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為66.94%、58.97%，且均呈現(xiàn)出中間低、兩邊高的特崽，這應(yīng)是造成氨逃逸率高以及脫硝裝置出口與煙囪入口NO x監(jiān)測數(shù)據(jù)偏差大的主要原因。
為降低氨逃逸率和煙囪入口NO x濃度，對噴氨格柵各支管流量進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。調(diào)整過程中，利用DX-4000型煙氣分析儀同時(shí)監(jiān)測脫硝裝置出口各點(diǎn)的NO x濃度和氨含量，在盡量降低NO x濃度的同時(shí)，將逃逸氨體積分?jǐn)?shù)控制在1x10-6以下。噴氨格柵優(yōu)化調(diào)整后，SCR A、B兩側(cè)反應(yīng)器出口的NO x濃度分布如圖3所示，氨逃逸數(shù)據(jù)如圖4所示。由圖3可見，經(jīng)過調(diào)整后，SCR A、B側(cè)反應(yīng)器出口NO x濃度分布有明顯改善，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別降至16.49%、12.88%；逃逸氨體積分?jǐn)?shù)最高不超過1.1 x10-6，平均值分別為0.81x10-6、0.92x10-6。然而，深度4位置的NO x濃度普遍相對較高．這可能與該位置流速高造成反應(yīng)時(shí)問短或催化劑磨損有關(guān)。
優(yōu)化調(diào)整前后，機(jī)組在線測試數(shù)據(jù)如表2所示。由于機(jī)組在線監(jiān)測探頭位于煙道巾部．且采取單點(diǎn)測量的方式，為減少氨逃逸率降低r該點(diǎn)位置的噴氨量，導(dǎo)致在線脫硝效率有所下降。優(yōu)化調(diào)整后，脫硝出口氨逃逸和煙囪入口NO x排放濃度明顯減少，提升了機(jī)組運(yùn)行的安全性和環(huán)保性。
2.3催化劑檢測
在A、B側(cè)反應(yīng)器上層不同位置抽取催化劑樣品，對其進(jìn)行了外觀、微觀比表面積、孔容孔徑以及活性檢測。
2.3.1 外觀
檢查發(fā)現(xiàn)，催化劑存在不同程度的磨損、壁厚變薄和表而開裂現(xiàn)象。A、B反應(yīng)器不同位置的催化劑外觀如圖5、6所示。兩側(cè)反應(yīng)器催化劑的磨損分布比較相似，磨損程度均從煙囪側(cè)至鍋爐側(cè)方向不斷增大．A側(cè)反應(yīng)器鍋爐側(cè)的樣片磨損面積甚至已經(jīng)超過50%，這與反應(yīng)器出口的煙氣流速分布情況基本一致。由此可見，煙氣流速分布不均是造成催化劑磨損的主要原因，電廠應(yīng)根據(jù)脫硝裝置入口流場情況重新進(jìn)行導(dǎo)流及均流裝置改造設(shè)計(jì)。
2.3.2 比表面積和孔容孔徑
利用NOVA200E 孔容孔徑測試儀對新的和使用后的催化劑進(jìn)行了比表面積、孔容孔徑分析，結(jié)果如表3所示。與新催化劑相比，SCR A、B兩側(cè)催化劑比表面積均減小，下降幅度分別為11.64%、9.82%；由于部分孔道堵塞，導(dǎo)致了孔容減小：平均孔徑則略有增大，這是由催化劑較小的孔被飛灰堵塞后小孔所占比例下降所致。
2.3.3活性
對新催化劑和使用后未破損的催化劑在設(shè)計(jì)條件下進(jìn)行了催化劑活性測試，結(jié)果如表4所示。由表4可見，與新催化劑相比，使用后的催化劑活性略有下降，逃逸氨濃度明顯升高，這可能與孔道堵塞和部分活性組分流失有關(guān)。根據(jù)催化劑壽命管理曲線，雖然催化劑實(shí)際投運(yùn)時(shí)間不超過10 000 h．但是其活性與使用20 000 h的催化劑活性接近。如果以當(dāng)前條件繼續(xù)運(yùn)行，在不到半年的時(shí)間里就需加裝催化劑，否則無法保證機(jī)組長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，電廠應(yīng)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況，重新進(jìn)行催化劑選型，更換原有催化劑或加裝備用層催化劑。
3結(jié)語
研究結(jié)果表明，催化劑活性下降、噴氨分布不合理應(yīng)是引起脫硝系統(tǒng)故障的原因。通過噴氨格柵優(yōu)化調(diào)整，可以顯著改善脫硝反應(yīng)器出口NO x濃度分布，降低脫硝反應(yīng)器出口逃逸氨濃度；流速分布不均是脫硝反應(yīng)器部分區(qū)域催化劑磨損嚴(yán)重、活性損失的主要原因，部分孔道堵塞和活性組分流失，也可導(dǎo)致未破損催化劑活性下降。針對上述情況，建議電廠一方面對反應(yīng)器入口煙道導(dǎo)流及均流裝置進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，提高反應(yīng)器內(nèi)部流速均勻性：另一方面應(yīng)根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況重新進(jìn)行催化劑選型，更換原有催化劑或加裝備用層催化劑。
