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燃煤电厂SCR预除尘技术适用性分析

北极星环保网来源:科技创新导报 柳冠青2018/5/28 13:38:58我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:氨逃逸 SCR 预除尘

北极星环保网讯:我国大中型燃煤电厂多数采用SCR脱硝技术,锅炉尾部烟气中较高浓度的飞灰对于SCR会产生一定的负面作用,包括导致催化剂堵塞、磨损或中毒,降低脱硝效率,缩短催化剂寿命等。飞灰对SCR下游的空预器也存在较多不利影响,造成空预器积灰、堵塞,特别是在硫酸氢铵的作用下更易形成结垢,导致空预器换热效率下降、漏风率增大、压降显著提高。

为了减轻飞灰对SCR催化剂和空预器等设备的负面影响,在SCR之前设置烟气预除尘装置,其必要性和意义已经逐渐引起行业内的重视。该文分析了不同SCR预除尘技术的物理机制,从脱除效率、压头损耗、技术经济性等方面进行对比,指出了不同技术所适用的实际场合。

1SCR预除尘的意义和价值

我国燃煤电厂的主要除尘装置通常置于空预器和湿法脱硫塔之间,SCR脱硝系统、空预器处于所谓的高灰环境中,二者以及下游除尘器的运行都会受到烟气中较高浓度飞灰的影响。

1.1SCR预除尘对SCR脱硝系统的影响

飞灰对SCR脱硝系统的影响主要首先体现在催化剂方面。较粗的飞灰容易堵塞催化剂孔道、磨损催化剂材料;较细的飞灰对催化剂的中毒作用比较显著(尤其是当飞灰中的砷、钙等元素的含量较高时),细小的飞灰可以直接堵塞催化剂的微观孔道。

飞灰对SCR的影响最直接的体现是SCR脱硝效率的变化。实验研究[1]表明飞灰浓度每升高10g/m3,脱硝效率下降幅度可达约2个百分点。

中试试验[2]发现不同的积灰时长(清灰间隔)对催化剂脱硝活性影响明显,实验催化剂积灰6h后脱硝效率由94%降为大约82%。根据此规律可以估计,在清灰时间为6h的情况下,当预除尘效率分别为50%和90%时,由于SCR入口粉尘浓度的降低,两次清灰之间的SCR平均效率将分别提高为91%和92.8%,比无预除尘情况下的平均效率分别增加3%和4.8%,对于脱硝效率的提高将是立竿见影的。

飞灰对催化剂的磨损导致结构强度降低甚至结构破坏,常见的损坏形式是催化剂上层的掏空式或针状破损[3]。另一方面,飞灰对催化剂孔道壁面的过度磨损会导致壁面变薄,严重降低催化剂的整体结构强度。SCR预除尘通过降低脱硝系统入口飞灰浓度,将对减缓催化剂结构损坏起到立竿见影的作用,对于延长催化剂适用寿命和后期再生都具有重要意义。

1.2SCR预除尘对空预器的影响

飞灰对空预器的直接影响主要是在硫酸氢铵的促进下引起空预器积灰和结垢。SCR存在氨逃逸,并且会促进烟气中SO2向SO3的转化,氨与SO3反应形成硫酸氢铵,在空预器的中低温段凝结形成粘附性特别强的液态状,大量粘附飞灰于换热表面。环境温度和机组负荷越低,煤的硫含量和SCR的氨逃逸量越高,则空预器堵塞速度越快。

空预器堵塞后其压降随之迅速上升,可从设计压降约1kPa上升至2~3kPa,导致漏风率、内部泄漏率和引风机能耗都显著增大,降低引风机运行安全性,运行维护(如停机除垢)

也成为电厂的严重负担。SCR预除尘降低了空预器前烟气中的粉尘浓度,而且由于辅助降低了硫酸氢铵的生成(SCR预除尘改善了SCR脱硝效率从而可降低喷氨量及氨逃逸),将直接改善上述状况。

1.3SCR预除尘对主要除尘器的影响

目前燃煤电厂的除尘器以电除尘为主,其他还包括布袋除尘器和电袋除尘器。应用SCR前预除尘技术后,主力除尘器的入口浓度将明显降低。相应地,电除尘器可以采用更少的电场数(比集尘面积),占地和厂用电率下降;对布袋除尘器来说,平均运行压降和清灰频率降低,起到降低厂用电率、延长布袋寿命的作用;对于电袋除尘器,起除尘作用的静电部分甚至可以取消。

2SCR预除尘技术适用性分析

2.1飞灰的粒径分布特征

飞灰的粒径是决定除尘技术的设计/选型的最重要因素之一,燃煤电厂烟气中飞灰的粒径范围通常十分宽泛,从几十纳米级到几毫米级都有分布。2.5mm以上的飞灰通常为多孔的爆米花飞灰,爆米花飞灰占总飞灰量的5%~10%左右。爆米花飞灰由于尺寸与SCR催化剂流道尺寸相近,因此容易直接堵塞催化剂孔道。稍细的飞灰虽然不能直接形成堵塞,但质量浓度比爆米花飞灰大几倍以上,并且可以通过搭桥的方式造成催化剂孔道堵塞。文献报道以及作者实测的国内部分燃煤电厂的飞灰粒径数据表明,我国燃煤电厂飞灰粒径分布概率密度(PSD)峰值粒径普遍在60μm以上,亦有较大比例的电厂100μm以上[6-9]。较粗的粒径分布有利于以较低的代价获得较高的除尘效率,从而使得SCR预除尘技术具有较高的可行性、良好的技术经济性和规模化推广的价值。

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