锅炉SCR反应器积灰原因浅析及治理

锅炉SCR反应器积灰原因浅析及治理

Summary：介绍SCR脱硝系统原理，详细介绍了我公司反应层积灰情况，通过分析积灰原因，提出防止催化剂积灰的方案，对恢复脱硝系统反应层面积，减少SCR脱硝还原剂用量，满足超低排放要求有一定指导意义。Keys：SCR脱硝系统；积灰；焦油；导流板；声波吹灰器0引言随着环保要求的逐步提升，各电厂为满足NOx的排放要求，已经引入并投用超低排放系统。克旗公司自备电厂采用SCR选择性催化还原法去除烟气中的NOx。每台锅炉设两台SCR反应器，布置于锅炉空预器上方；脱硝装置所使用的还原剂是由公司化工区提供的0.2Mpa自产氨气，通过稀释空气稀释后由喷氨格栅喷入脱硝系统入口烟气中，进行反应。自2015年脱硝系统投运以来，脱硝催化剂积灰情况一直较为严重，约运行2000-5000小时以后，脱硝催化剂层压变大、脱硝出口净烟气浓度分布不均，氨逃逸过大，空预器堵塞情况比较频繁。对停运锅炉脱硝检查，发现积灰已经达到反应层20%，灰堆面积较大，对环保指标要求影响较大。1脱硝系统原理本公司脱硝技术采用选择性催化还原(SCR)技术，SCR技术是在钒催化剂作用下，以NH3作为还原剂，在320℃～420℃的温度范围内将NOx还原成N2和H2O。主要反应方程式为：4NH3+4NO+O2─>4N2+6H2O(1)NO+NO2+2NH3─>2N2+3H2O

(2)公司自产氨气存储在液氨储罐中，引自机组的蒸汽通过氨站蒸发器对液氨进行加热；液氨受热蒸发气化成氨气。酚氨回收装置制备的氨气输送至炉前，通过氨-空气混合器与稀释风混合稀释后进入烟道，稀释风和氨气混和气体进入分配站，由分配站将稀释的氨气喷入氨喷射格栅，在氨喷射格栅下游设有氨-烟气混合器，使稀释的氨气与大流量的烟气充分扰动，从而达到氨-烟气混合均匀之目的。充分、均匀的混合的氨-烟气混合气进入反应器，在催化剂的作用下，305℃～420℃的温度范围内，氨气与烟气中的NOX反应生成氮气和水，达到除去氮氧化物的目的。因脱硝系统的反应器是布置在省煤器与空气预热器之间，锅炉燃烧产生的飞灰将流经反应器。为防止反应器积灰，每层反应器入口布置有吹灰器，通过吹灰器的定期吹扫来清除催化剂上的积灰。本项目的烟气脱硝系统，主要包括三部分，即稀释空气系统、供氨系统及催化反应器。2脱硝反应层积灰原因分析2.1脱硝反应层催化剂结构形式不满足褐煤条件SCR催化剂活性组分为V2O5，载体为锐钛矿型的TiO2，WO3或MoO3作助催剂。SCR催化剂成分及比例，根据烟气中成分含量以及脱硝性能保证值的不同而不同。脱硝催化剂的主要类型有蜂窝式、板式和波纹式。蜂窝式催化剂表面积大、活性高、体积小，目前占据了80％的市场份额，平板式催化剂比例其次，波纹板最少。我厂原脱硝催化剂为蜂窝式，虽然催化剂实际反应面积增加，但是积灰情况较为严重，板式催化剂虽然实际活性物质比蜂窝式少，但烟气通过性高，堵塞可能性大大降低。2.2反应器入口烟气导流板设计不合理当脱硝催化剂入口烟气导流板设置不合理时，势必会造成烟气流场分布不均，出现烟气出现高速、低速区，低速区过慢的流速，声波吹灰器将无法通过空气扰动缓解灰堆形成，当当形成灰堆以后，会使低流速区开始扩散，脱硝流场环境恶化情况加剧，脱硝催化剂反应面积进一步减少。通过对停运锅炉的积灰情况检查，不同设计厂家，导流板设计不同，灰堆形成位置也不相同，一期4台锅炉第四级导流板向下倾角46°，所以前墙流速较高，灰堆形成远离导流板方向；二期2台锅炉第四级导流板水平延展，所以后墙流速较高，灰斗形成靠近导流板方向。2.3焦油含量大造成堵灰我厂脱硝还原剂使用酚氨回收装置自产氨气，理论氨气纯度98.56%，实际纯度94%，且氨气中含有一定量的焦油、水及其他有机杂质。自产氨气未投入蒸汽伴热，运行过程中，轻质焦油经过富集浓缩，形成900#重质焦油，其存在粘度大、不易挥发、难清理的特点，富集焦油随着烟气进入脱硝反应室，会增加烟气中粉煤灰的粘性，堵塞脱硝催化剂。2.4钢梁未封闭造成堵灰催化剂支撑钢梁主要为工字钢，在钢梁未封闭及钢梁上方未铺设三角板时，极易形成低流速区，形成灰堆，当灰堆由于堆积过高或者烟气震动掉落，堵塞部分催化剂时，声波吹灰器无法清除，堵塞面积会随着运行时间逐渐增大，导致下层催化剂也在相同部位形成积灰。2.5声波吹灰器工作效能下降造成积灰声波吹灰器是以压缩空气作为能源，使钛金属膜片在压缩空气气源作用下自激振荡，并在谐振腔内产生谐振，将空气势能转换为低频声能，作用于烟气。声波清灰是预防性的清灰方式，阻止灰渣在催化剂表面形成堆积，一旦灰堆形成，声波吹灰器将失去作用。我厂安装的声波吹灰器通过声贝检测，内部分贝为140db，外部分贝90db，外部检测时发现，部分吹灰器声贝达不到90db，说明部分声波吹灰器工作不正常。3

预防脱硝反应层积灰对策3.1更换板式催化剂在蜂窝催化剂到期后，逐步更换为板式催化剂，在满足环保指标要求情况下，通过牺牲实际反应面积，增加催化剂通径。高通过性可有效预防灰、渣堆积，形成难以清理的灰堆。3.2更改入口烟气导流板位置通过Fluent流体模拟软件简单计算，一期4台锅炉脱硝反应层入口烟气导流板上升25°，二期2台锅炉脱硝反应层入口烟气导流板下降13°，通过导流板的优化设计，能够使烟气流动更加均匀，缓解反应室烟气流速分布不均情况。3.3减少自产氨气中焦油含量一方面在氨管压缩机出口增加水冷却器，去除80%自产氨气中的焦油和水；另一方面，氨气沿线增加蒸汽伴热，防止焦油在氨空混合器之后管线内富集，由于轻质油在大于220℃时可挥发，可同时引热一次风作为脱硝稀释风，挥发自产氨气中焦油。3.4对支撑钢梁封堵使用铁板对支撑工字钢梁两侧孔隙进行封堵，封堵积灰空间，防止灰堆掉落，同时在钢梁上方焊接“∧”形三角封闭铁板，避免钢梁积灰。3.5增加声波吹灰器加强声波吹灰器的维修，同时在灰堆形成区域或吹灰器覆盖盲区增加一组声波吹灰器，抑制灰堆形成。4

结束语我公司自脱硝系统投运以来，脱硝催化剂积灰情况一直较为严重，约运行2000-5000小时以后，脱硝催化剂层压变大、脱硝出口净烟气浓度分布不均，停运锅炉需要清理导流板、反应层积灰，经过多方调研，确定上述方案，目前对停运锅炉进行了设备治理。[Reference][1]张晓敏.锅炉烟气脱硝催化剂积灰堵塞分析及处理[J].大氮肥,2017,40(4):4.[2]汪德志,