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黔北电厂脱硝催化剂频繁堵塞和损坏的原因分析

北极星大气网  来源:《电力设备》  作者:周胜利  2020/8/7 10:52:39  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:黔北发电厂300MW机组烟气脱硝工程,采用选择性触媒脱硝(SCR)工艺,外加还原剂(氨气)将烟气中的氮氧化物还原为氮气和水。其中催化剂是还原反应中的核心部分,受烟气成分、流场、运行方式等影响,催化剂大面积堵塞损坏严重,严重影响脱硝效率。本文从脱硝催化剂堵塞损坏机理进行分析,提出相应治理措施以延长催化剂使用寿命,提高脱硝效率。

1前言

#1炉是黔北电厂首台脱硝改造的机组,于2013年9月投入脱硝系统运行,2014年3月停炉检查发现催化剂存在大面积积灰堵塞,碎裂甚至坍塌.2014年相继完成#2、3、4炉脱硝改造,2015年停炉检查发现,锅炉催化剂均存在大面积堵塞、碎裂甚至坍塌现象。严重威胁电厂机组安全经济运行,分析催化剂堵塞、损坏原因,找到催化剂治理方法已刻不容缓。

2机组现状

黔北发电厂(4×300MW)机组#1、#2锅炉系北京巴布科克•威尔科克公司生产的“W”形火焰炉,#3、#4锅炉系东方 锅炉(集团)股份有限公司生产的“W”形火焰炉。为配合脱销改造,四台炉均进行低氮燃烧器改造,增加了燃尽风。设计校核煤种均为金沙无烟煤。

3催化剂堵塞损坏状况

脱销项目改造完成投运半年后,停炉检查发现,三台机组催化剂大面积堵塞,表面均出现大面积积灰,催化剂底部积了大量灰团,三分之一催化剂不同程度损坏。

4目前催化剂缺陷处理措施

第一次发现催化剂堵塞时,电厂按照远达环保公司提供的维护规程所示,采用特制的吸尘器进行疏通,但由于催化剂小孔内的积灰已板结,吸尘器无法将孔内积灰吸出,无奈情况下只能采用铁钎进行疏通。对于磨损严重、坍塌断裂的催化剂只能进行更换。

5催化剂堵塞原因分析

催化剂损坏的根本原因就是催化剂堵塞。催化剂堵塞后造成堵塞区域的烟气只能通过没有堵塞的催化剂区域,导致烟气的线速度加快,靠近堵塞区域附近的催化剂的磨损是正常磨损率的2-3倍。最终导致局部催化剂大量的损坏、坍塌。

5.1大颗粒积灰

通过在线灰分取样检测发现,灰分主要分布于20~180μm范围内且较为均匀。停炉后进入脱硝反应器内检查发现催化剂上表面无爆米花灰,锈皮等杂物;催化剂上表面设置了筛网,筛网上发现少量块灰,筛网在催化剂上表面起了隔离作用,少量的块灰无法进入催化剂通道造成堵塞,不存在大颗粒灰等杂物堵塞催化剂的情况。

5.2流场布置

黔北电厂#3、#4炉所用煤种,催化剂选型及反应器设计等均相同,不同的是,#3炉未进行低氮燃烧器改造,没有增加燃尽风和减少屏式过热器面积,投运半年后,从现场对比看,#3炉并未出现大量堵灰现象,可以排除灰量大、催化剂孔径选型不当、气流分布不均等原因。

5.3蒸汽吹灰

脱硝催化剂吹灰蒸汽参数:

蒸汽运行压力0.8~1.3MPa

蒸汽运行温度220~250℃

蒸汽吹灰次数2次/天

催化剂设计蒸汽吹灰压力1.5MPa,但实测现场蒸汽吹灰的启动压力为2.6MPa,在此压力下吹灰,吹灰器喷嘴出口蒸汽压力、流量、流速均过大,极容易造成催化剂硬化端的吹损。

5.4声波吹灰

停炉后脱硝反应器内部检查发现,靠近声波吹灰器近的区域催化剂堵塞量面积较小,远离声波吹灰器的催化剂堵塞面积较大。由此判定声波吹灰器的布置方式对催化剂的堵塞情况有着密切的影响。

5.5烟气成分

烟气中NH3和SO3浓度的乘积是影响硫酸氢铵形成的一个重要因素,根据脱硝运行数据中的脱硝入口SO3浓度,算得上层催化剂入口NH3和SO3浓度的乘积为11549.26,查得硫酸氢铵露点温度约为245℃。

脱硝正常运行时,烟温245℃的硫酸氢铵露点温度。硫酸氢铵以气态形式存在,对脱硝系统无影响。当蒸汽吹灰运行时,如果蒸汽温度低于220℃,蒸汽与烟气混合后,温度低于245℃时,则容易造成硫酸氢铵析出,粘附于灰上,使灰聚集成团。当温度升至316℃以上时,硫酸氢铵气化升化,灰团松散粘连。位于催化剂上部及孔隙中的灰团在蒸汽吹灰时被打散,随烟气带走。但催化剂底部的灰团,由于蒸汽吹灰无法吹到,灰团在一次次的吹灰降温,硫酸氢铵冷凝、粘连、气化的过程中不断生长扩大。减少了催化剂出口的孔隙,使得这些孔隙的烟流速降低,飞灰慢慢孔道中沉降堆积,直至孔隙堵死、催化剂表面积灰。

5.6不恰当的催化剂疏通方式

面对催化剂堵塞,采用吸尘器无法将积灰吸出,无奈之下通过人工采用铁钎从催化剂上方向下将积灰从小孔内捅出。采用以上方式进行疏通势必会损伤甚至破坏催化剂,然而堵塞问题不得不处理,反而加剧了催化剂的损坏程度。

6减轻催化剂堵塞的几点建议

6.1调整蒸汽吹灰运行方式

从催化剂硬化端损坏的情况来看,蒸汽吹灰器吹灰压力过大,可以通过降低吹灰蒸汽压力及减少吹灰频次来降低催化剂损坏程度。

6.2合理利用声波吹灰器

停炉检查发现靠近声波吹灰器的一侧比远离吹灰器的一侧积灰较轻。建议在烟道的两侧同时安装声波吹灰器,让声波吹灰器产生的振动能均匀地覆盖整个烟道。

6.3增加压缩空气储气罐

压缩空气压力的大小直接决定着声波吹灰器的吹灰能力,以保证声波吹灰器压缩空气的压力。

6.4提高冷干机的可靠性

运行中经过发生催化剂声波吹灰器发声不正常的现象,经检查发现压缩空气含水比较多,严重影响压缩空气品质。有必要对现有冷干机进行改造,以保证压缩空气品质。

6.5SCR停炉保养

锅炉熄火停止喷氨后,利用蒸汽吹灰器吹扫催化剂网格板上的浮灰,若需长时间停炉则应做好停炉保温措施。

6.6控制好SCR入口烟温

当SCR系统在低于最低连续运行温度而高于最低喷氨温度条件下运行时,系统可能会产生硫酸氢铵,硫酸氢铵生产易造成催化剂堵塞。因此,应控制好SCR入口烟温,保证SCR系统在最低运行温度和最高运行温度之间运行。

7结束语

从#1-4炉催化剂使用情况来看,仅#3炉使用情况良好,不存在催化剂因堵塞而损害的现象。分析催化剂损害原因,还需进一步对烟气成分、灰分、催化剂及运行方式进行综合分析,确定导致催化剂堵塞的根本原因。

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