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超超臨界機組SCR脫硝系統大顆粒灰攔截技術

放大字體  縮小字體 2020-04-03  來源:技術資料
超超臨界機組SCR脫硝系統大顆粒灰攔截技術

  選擇性催化還原(SCR)脫硝技術以成熟的工藝和較高的脫硝效率在燃煤電站中被廣泛應用。脫硝催化劑是SCR脫硝系統中最重要的材料,在使用中會受到多種不利因素的影響而造成脫硝性能下降,煙氣中攜帶的灰便是影響因素之一,并且大顆粒灰的影響最大。

  某電廠燃用煤種多變,容易產生大顆粒灰,且煙氣中伴有撞擊后焦粒,大顆粒灰和焦粒被煙氣攜帶到催化劑表面均會導致催化劑堵塞。SCR脫硝系統采用高塵布置,在運行中煙氣中的大顆粒灰造成頂部第一層催化劑堵塞,嚴重影響SCR脫硝設備的正常運行。在目前環保壓力巨大的情況下,對機組進行超低排放改造,如何有效分離大顆粒灰,保證SCR脫硝系統安全高效運行是目前各電廠亟待解決的問題。

  1 來源分析

  大顆粒灰(見圖1)是在燃燒過程中產生的,熔渣造成細小顆粒的飛灰聚集形成大顆粒。大顆粒灰為多孔結構,且密度較小、外形不規則,粒徑很容易達到10mm以上。催化劑布置的節距有限,大顆粒灰無法通過催化劑,容易造成催化劑堵塞,在嚴重情況下,堵塞造成煙氣通流面積減小,局部區域的煙氣流速增加而引發催化劑磨損。大顆粒灰很難在流動中破碎,也很難通過擴展煙道、降低煙氣流速使其沉降。


圖1 大顆粒灰

  2 捕集方法

  在眾多的失活成因中,堵塞是催化劑失活最主要、最常見的物理成因,反應器內大面積灰堵塞現象往往是由大顆粒灰引起。為了使SCR脫硝設備長期、穩定、可靠地運行,防止催化劑堵塞是首要措施。阻止煙氣中的大顆粒灰進入反應器,通常采用省煤器灰斗改造或加裝大顆粒灰攔截網的方法。

  2.1省煤器灰斗改造

  目前國內電站燃煤鍋爐省煤器出口普遍設置收塵灰斗,也有一些鍋爐不設灰斗。省煤器灰斗對煙氣中攜帶的灰有一定收集作用,煙氣中攜帶的灰隨氣流方向和速度的變化,部分從氣流中分離出來進入灰斗;然而,常規灰斗的煙氣轉向范圍較小,部分大顆粒灰不能沉降,會隨煙氣直接進入水平煙道,并且灰斗內流場不均勻還會導致二次揚灰,使已經沉積的飛灰再次進入煙道內。通過流場模擬對省煤器灰斗進行優化改造,可以使大顆粒灰與灰斗側壁碰撞而被捕集到灰斗內,增強灰斗對大顆粒灰的收集作用。

  2.2加裝大顆粒灰攔截網

  省煤器灰斗優化改造并不能完全收集煙氣中的大顆粒灰,并且有些機組并不具備對省煤器灰斗進行優化改造的條件。因此,在灰斗上加裝大顆粒灰攔截網是一種更為高效的分離大顆粒灰的方法。加裝大顆粒灰攔截網在國際上已經被廣泛應用,并被證明是一種可靠的可以阻止大顆粒灰連續進入SCR脫硝反應器的技術。

  2.2.1攔截網形式

  大顆粒灰攔截網主要有平板式(見圖2)和褶皺式(見圖3)。平板式攔截網的結構較為簡單,由具有一定開孔率的金屬網和鋼架組成,煙氣通過攔截網時,大顆粒灰被攔截并落入灰斗內被收集;褶皺式攔截網是由平板式演變而來,由多個平板式攔截網按一定角度組裝而成。


圖2 平板式攔截網


圖3 褶皺式攔截網

  攔截網的使用壽命由煙氣流速與固體流速(取決于灰質量濃度)共同決定,使用大開孔率和低煙氣流速的攔截網可以延長其使用壽命。平板式攔截網與褶皺式攔截網相比,過濾面積較小,煙氣通過褶皺式攔截網的法向速度小于平板式攔截網截面的平均流速,所以褶皺式攔截網的抗磨損能力更強,使用壽命更長。大顆粒灰隨煙氣經過攔截網時,向褶皺頂部聚集,速度降低后落入下方的灰斗內。由于2種形式的攔截網均會存在煙氣流速與灰質量濃度分布不均勻的現象,為延長攔截網的使用壽命,可通過流場優化,使煙氣流速與灰質量濃度分布更加均勻。褶皺式攔截網以較大的攔截面積和相對低的煙氣流速也保證了其壓力損失較小。

  2.2.2攔截網防磨損措施

  攔截網在設計時要考慮堵灰和磨損的影響,攔截網材質一般要求為304不銹鋼或表面涂耐磨材料的304不銹鋼。根據工程經驗,未涂耐磨材料的304不銹鋼攔截網僅適用于20m/s以下的煙氣流速,表面涂耐磨材料的304不銹鋼可用于25m/s以上的煙氣流速。攔截網的類型分為不銹鋼絲網、不銹鋼穿孔板和不銹鋼楔形條,不銹鋼穿孔板的使用效果較好。

  大顆粒灰的形狀不規則,會卡堵在攔截網上,卡堵到一定程度會造成局部流速過大,進而造成攔截網磨損。為防止攔截網堵灰,采用低流速設計及加裝清灰裝置是比較合理的,同時還應·考慮在線檢修和更換攔截網。攔截網安裝在省煤器灰斗上方(見圖4),煙氣流動狀態較為復雜,為了達到最佳的攔截效果,可采用計算流體力學(CFD)進行流場的模擬計算和設計,采取增設導流板等措施,使煙氣流動狀況滿足大顆粒灰攔截的需求。


圖4 攔截網安裝位置

  3 應用分析

  某電廠2臺1036MW超超臨界燃煤發電機組SCR脫硝設備于2009年投入運行。2016年6月進行了脫硝提效改造,具體內容為流場優化、氨噴射系統優化及增設大顆粒灰攔截網裝置,以滿足脫硝超低排放運行的要求。自主設計的大顆粒灰攔截網為褶皺式,使用涂層不銹鋼沖孔板(見圖5),耐磨性能優越。濾板選用304不銹鋼板,迎風面為納米復合陶瓷涂層。攔截網安裝在煙道截面積為79.87m2處,面積為160m2。


圖5 涂層不銹鋼沖孔板

  攔截網被安裝在鍋爐的省煤器出口水平煙道灰斗上方,利用水平煙道灰斗收集大顆粒灰,模擬結果見圖6。


圖6 加裝攔截網后的模擬圖

  煙氣經過導流、混流和整流后,模擬得到各層催化劑入口處的煙氣分布均勻性參數:速度=(1±10%)×平均速度;溫度=平均溫度±10K;氮氧元素物質的量比=(1±4%)×平均氮氧元素物質的量比;煙氣進入催化劑角度(煙氣流動方向與垂直方向的夾角)=平均入射角度±10°。為防止攔截網堵塞,攔截網背風面安裝了空氣炮吹灰裝置(見圖7)。空氣炮通過攔截網前后壓差來控制啟停,實現自動吹灰,其占用空間也較小。


圖7 空氣炮吹灰裝置系統流程圖

  空氣炮吹灰裝置控制內容為:

  (1)1臺機組有2個反應器,每個反應器入口煙道攔截器前、后各設置8個壓力測點,共32個測點(A反應器為P1~P16,B反應器為P17~P32)。

  (2)當P1~P8的平均壓力比P9~P16的平均壓力大50Pa及以上時,先啟動A反應器1號~3號空氣炮,吹掃20s,再啟動A反應器4號~6號空氣炮,吹掃20s。

  (3)當P17~P24的平均壓力比P24~P32的平均壓力大50Pa及以上時,先啟動B反應器7號~9號空氣炮,吹掃20s,再啟動B反應器10號~12號空氣炮,吹掃20s。

  (4)在正常情況下應將可編程邏輯控制器(PLC)控制柜吹灰“投入”并切至“分布式控制系統”,由分布式控制系統根據要求投入吹灰程序運行。大顆粒灰攔截網投運后,煙氣中大顆粒灰得到有效攔截,攔截網前后壓差約為60Pa,不增加功耗,有助于SCR脫硝設備的正常運行,尤其是在超低排放要求下,在控制氨逃逸率、延長催化劑使用壽命、降低引風機電耗等方面起到了良好作用。

  4 結語

  燃煤電廠煙氣中攜帶的大顆粒灰對SCR脫 脫硝改造采取低NOx燃燒技術、脫硫改造采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫法、除塵改造采用袋式除塵器的改造方案。改造后的各項環保指標均能達到要求。環保設施運行維護費用、最佳運行狀態等方面問題需要進一步跟蹤研究。

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