《安全环境-环保技术》之W型锅炉SCR脱硝装置积灰原因分析与治理.doc

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1、W型锅炉SCR脱硝装置积灰原因分析与治理摘要：某电厂W型火焰锅炉燃用高灰分无烟煤，SCR脱硝反应器催化剂、导流板、整流格栅、支撑钢梁积灰严重，造成了流场不均匀和催化剂堵塞，影响了SCR脱硝系统的性能。根据运行经验和CFD技术，分析得出SCR脱硝装置积灰的原因是设计不合理、催化剂选型不合理、流场不均、吹灰效果不佳、长期低负荷运行和燃煤灰分远超设计值。通过采用烟气流场优化及1∶10物理模型试验，对导流板、整流格栅和顶部烟道进行了改造，同时将蜂窝式催化剂更换为板式催化剂，加装声波吹灰器。改造后运行3个月，对脱硝装置进行内部检

2、查，反应器水平烟道、导流板积灰明显减少，整流层未见积灰，催化剂表面和孔隙无积灰、堵塞现象，证明所采取的各项措施有效解决了SCR反应器内积灰、催化剂堵塞问题。0引言目前，燃煤电厂对氮氧化物的脱除多采用SCR技术。某电厂2×300MW机组采用东方锅炉厂生产的W型火焰锅炉，所配套的SCR脱硝装置（简称SCR）采用高灰段布置[3]。由于长期处于高尘烟气下，该厂SCR反应器发生了严重积灰。本文通过对高尘烟气条件下SCR反应器不同部位积灰原因分析，提出了燃用高灰分无烟煤W型火焰锅炉SCR脱硝装置预防积灰的措施。1概况某电厂2台机组

3、SCR脱硝装置分别于2009年5月和10月投入运行。锅炉燃煤特性、SCR脱硝装置参数、催化剂参数分别如表1、表2和表3所示。该电厂SCR脱硝系统积灰部位包括：催化剂本体、整流格栅、导流板及支撑钢梁。由于催化剂堵灰分布不均，造成局部烟气流速过高或过低，高流速区催化剂磨损增大，甚至出现穿孔或垮塌，而低流速区催化剂被灰彻底堵死。整流格栅孔积灰存在全堵或半堵情况，堵灰无法通过常规手段清扫或清除。导流板积灰主要集中在其中间支柱的部位。2积灰原因分析（1）实际燃煤灰分严重超出设计值。某电厂燃用当地劣质无烟煤，原设计煤种灰分Aar为

4、32.62%，校核煤种灰分Aar为34.38%，SCR脱硝装置入口烟气含尘质量浓度设计值为40.4g/m3；实际燃煤灰分Aar为40.53%~45.81%，烟尘质量浓度为56~70g/m3，比设计值增加40%以上。烟气灰含量越高、流速越低，灰颗粒在SCR反应器内的聚集作用就会越明显，因而某电厂催化剂发生堵灰问题存在一定的必然性[4-6]。（2）催化剂选型不合理。SCR脱硝技术的核心是催化剂[7-9]，文献[10]指出，当烟尘质量浓度小于30g/m3时宜优先选用蜂窝式催化剂，当烟尘质量浓度>40g/m3时宜优先选用平板式

5、催化剂。某电厂烟尘质量浓度已达56~70g/m3，大大超出了蜂窝式催化剂的应用范围，在防堵灰方面已经不适合采用蜂窝式催化剂。（3）SCR反应器烟气设计流速偏低。某电厂SCR反应器截面设计较大，根据设计煤质计算，反应器空塔流速为4.1m/s，不利于烟气对飞灰的携带作用，加之烟气灰分较高和粘度较高，相较其他电厂脱硝系统，机组在低负荷运行时水平段烟道及导流板水平段积灰较多。另外，电厂长期低负荷运行，高粘度灰易出现板结，无法依靠系统运作将积灰带走。（4）流场不均。某电厂烟气经过整流格栅后流线不规整，在防积灰板下游存在较强的回流

6、区；在催化剂层前，气流速度存在高速带与低速带相间布置。（5）SCR脱硝反应器入口导流板设计不合理。导流板支架结构占用流动空间较大，导流板支架的加强板后方易形成涡流，造成导流板上容易发生灰沉降，积灰在导流板上形成波浪般的形态。（6）反应器入口罩与整流格栅夹角较小。反应器入口罩与整流格栅夹角为12°，且反应器入口罩后墙顶部与整流格栅高度只有100mm，空间较小，容易产生积灰。（7）设计时未对SCR反应器内的支撑、钢梁、支架等工字钢结构进行包覆处理。未经包覆的内部构件处形成烟气涡流，造成工字钢两侧积灰严重，且在工况变化或吹灰

7、时该处积灰易掉落。一旦积累形成大块，并掉落到催化剂表面时，掉落的块灰不易粉碎，直接堵塞了催化剂孔道，形成了局部区域的大团堵灰。（8）吹灰器吹灰效果不佳。SCR反应器每层仅安装了3个蒸汽吹灰器，吹灰器每8h投运1次，蒸汽吹灰器不能完全覆盖催化剂，存在吹灰死角，部分催化剂表面的灰不能及时得到清除。3改进措施3.1SCR流场优化改造3.1.1流场优化改造前CFD计算结果（1）数值模拟边界条件。数值模拟范围以省煤器出口烟道为进口边界，以SCR脱硝反应器出口烟道为出口边界。模拟计算认定进口边界的烟气速度及温度分布均匀，经过水平烟

8、道、转向烟道、竖直烟道及进入SCR反应器的过渡烟道后，不同的导流板及整流格栅布置方式会对烟气的发展产生不同的影响。本文通过第1层催化剂层前500mm处的8排8列共64个测点来判定SCR脱硝系统的烟气流场发展情况。以下速度、浓度及温度偏差计算数据均取自第1层催化剂层前64个测点。模拟计算不考虑烟道桁架、内撑杆、节点板、挡板门及积灰等