工程上常用的、成熟的脫硝技術(shù)主要有低氮燃燒技術(shù)、SNCR法煙氣脫硝技術(shù)、SCR法煙氣脫硝技術(shù),本文僅針對(duì)工程上應(yīng)用最多、脫硝效率高的SCR法煙氣脫硝技術(shù)進(jìn)討。

SCR法煙氣脫硝系統(tǒng)組成可參見相關(guān)參考資料,本文不做詳細(xì)說(shuō)明,僅對(duì)脫硝工程建設(shè)中需注意的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。

1噴氨裝置

噴氨裝置作為SCR法脫硝裝置的核心部分之一,直接影響脫硝效率及煙氣系統(tǒng)阻力,從而影響脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

目前,用于SCR法脫硝的噴氨裝置主要有渦流混合器、噴氨靜態(tài)混合器、噴氨格柵及矩齒噴氨格柵等。

由中國(guó)華電工程(集團(tuán))有限公司研制的矩齒防磨混合板型噴氨格柵,混合阻力低、混合效果好、混合距離短、安裝方便、調(diào)試簡(jiǎn)單,與同類裝置相比,可減少脫硝系統(tǒng)阻力50～100Pa,節(jié)約引風(fēng)機(jī)電耗4%以上,節(jié)能效果明顯。

2流場(chǎng)模擬試驗(yàn)

進(jìn)入反應(yīng)器催化劑層入口的煙氣流場(chǎng)分布均勻與否直接影響脫硝系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo),如果流場(chǎng)分布不均勻,不但會(huì)嚴(yán)重影響脫硝效率、增加氨的逃逸、加速催化劑磨損,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)堵塞催化劑或引起空氣預(yù)熱器的堵塞和嚴(yán)重腐蝕,從而影響主機(jī)的正常運(yùn)行,因此,流場(chǎng)模擬試驗(yàn)研究在脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極為重要。

典型流場(chǎng)設(shè)計(jì)要求的反應(yīng)器頂層催化劑層入口煙氣條件見表2,如果要求脫硝效率達(dá)到85%以上,則催化劑層入口的煙氣條件還要更嚴(yán)格。流場(chǎng)模擬試驗(yàn)研究主要分為計(jì)算流體力學(xué)CFD計(jì)算與物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證2部分。

CFD計(jì)算最為關(guān)鍵的是計(jì)算模型的建立與邊界條件的設(shè)定,計(jì)算模型建立時(shí)要根據(jù)實(shí)際煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況確定煙氣系統(tǒng)內(nèi)部件是否簡(jiǎn)化以及計(jì)算網(wǎng)格的大小,以達(dá)到計(jì)算速度和精度統(tǒng)一的目的;為了便于脫硝系統(tǒng)入口邊界條件的設(shè)定,通常將省煤器換熱管束出口作為脫硝系統(tǒng)CFD計(jì)算的入口,將鍋爐空氣預(yù)熱器入口作為脫硝系統(tǒng)CFD計(jì)算的出口,易于設(shè)定CFD計(jì)算條件。

進(jìn)行物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí),通常選用1∶15～1∶10的比例搭建試驗(yàn)裝置,冷態(tài)試驗(yàn)時(shí)最大程度上使雷諾數(shù)與實(shí)際工程雷諾數(shù)一致,以準(zhǔn)確地反映實(shí)際工程的流動(dòng)特性,用以驗(yàn)證CFD計(jì)算結(jié)果,從而保證實(shí)際工程煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足流場(chǎng)分布要求。

3SCR反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

SCR反應(yīng)器作為SCR法脫硝反應(yīng)最為關(guān)鍵的設(shè)備,其截面的設(shè)計(jì)不但要考慮最佳煙氣流速,還要考慮能夠適應(yīng)不同類型的催化劑模塊布置、安裝的要求。因此,反應(yīng)器截面與催化劑的支撐梁的設(shè)計(jì)要按通用(滿足蜂窩式、平板式、波紋板式催化劑模塊)設(shè)計(jì)考慮,使得每種類型的催化劑模塊都能互換安裝。

為了保證煙氣在催化劑層的均勻性與入射角度,反應(yīng)器頂部應(yīng)設(shè)計(jì)有煙氣整流層;為了防止反應(yīng)器內(nèi)部導(dǎo)流板、支撐結(jié)構(gòu)等部件掉落的積灰以及煙道內(nèi)絮狀雜物堵塞催化劑孔道,反應(yīng)器內(nèi)應(yīng)設(shè)置碎灰格柵。

催化劑的吊裝是通過(guò)布置在反應(yīng)器外的吊軌和電動(dòng)葫蘆來(lái)實(shí)現(xiàn)的,吊軌的設(shè)計(jì)要充分考慮催化劑模塊、吊具、電動(dòng)葫蘆的重量以及吊裝過(guò)程中各種擺動(dòng)引起的慣性力的作用。反應(yīng)器內(nèi)催化劑安裝軌道的設(shè)計(jì)要充分考慮易于催化劑模塊的吊裝并且要防止灰塵的堆積。

為了防止催化劑層的積灰堵塞催化劑孔道,通常在每層催化劑層上部設(shè)置吹灰器。常用于SCR法脫硝的吹灰器有聲波和蒸汽2種形式,其選型與布置要根據(jù)具體工程煙氣灰的特性以及反應(yīng)器截面尺寸來(lái)確定。

4脫硝煙道灰斗

SCR法煙氣脫硝裝置的布置方式根據(jù)反應(yīng)器布置位置的不同,通常可分為高塵布置與低塵布置,。

高塵布置的SCR反應(yīng)器通常布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間,受布置空間所限,SCR反應(yīng)器不能直接布置在鍋爐省煤器下(立式鍋爐除外),而是煙氣通過(guò)水平煙道引出后再通過(guò)上升煙道連接SCR反應(yīng)器,經(jīng)過(guò)脫硝反應(yīng)后再通過(guò)SCR反應(yīng)器出口煙道回到空氣預(yù)熱器。

典型高塵布置設(shè)計(jì)方式,在SCR反應(yīng)器入口和出口煙道均需設(shè)計(jì)排灰斗(特別是對(duì)于高粉塵煙氣),這樣,不但可以有效減小催化劑的磨損,而且可以有效減輕空氣預(yù)熱器的堵塞和磨損,同時(shí)也可以減少脫硝還原劑的消耗量,保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

在工程建設(shè)中,為了降低工程造價(jià)、簡(jiǎn)化系統(tǒng)或受空間限制,通常取消了SCR反應(yīng)器出、入口的灰斗,這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定,并且加大了催化劑的磨損,加快催化劑的失活。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)鍋爐燃燒煤質(zhì)多變的特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組布置特點(diǎn),在SCR反應(yīng)器入口煙道應(yīng)設(shè)計(jì)灰斗,以保護(hù)催化劑、提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、減少煙道內(nèi)的磨損和降低運(yùn)行維護(hù)成本。

3.5催化劑選型

目前,常用于SCR法脫硝的催化劑主要為氧化鈦基催化劑,其主要成分為TiO2,V2O5,WO3和MoO3等,主要有蜂窩式、平板式和波紋板式。

蜂窩式催化劑為均質(zhì)一次擠出成型,具有較高的比表面積;平板式催化劑以不銹鋼網(wǎng)格為基材,浸鍍活性材料,有較高的耐飛灰磨損性和較低的壓力損失,抗砷中毒能力強(qiáng);波紋板式催化劑以強(qiáng)化的玻璃纖維為基材,浸鍍活性材料,質(zhì)量小、活性高、抗CaO中毒能力強(qiáng)。

原則上,不同類型的催化劑均能滿具體項(xiàng)目的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求,但不同類型的催化劑其活性、節(jié)距、有效比表面積、催化劑體積與阻力等均不相同,因此,可以通過(guò)比較來(lái)選擇一種最佳的催化劑形式與布置方式,以提高項(xiàng)目的性價(jià)比,有效降低項(xiàng)目初建與運(yùn)行成本。

3.6脫硝系統(tǒng)調(diào)試

脫硝系統(tǒng)調(diào)試是保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性以及能否達(dá)到設(shè)計(jì)性能保證值最重要的工作之一。

脫硝系統(tǒng)調(diào)試可分為2大部分:還原劑供應(yīng)系統(tǒng)調(diào)試及噴氨系統(tǒng)調(diào)試。還原劑供應(yīng)系統(tǒng)(常用還原劑為液氨,本文以液氨為例)主要包含液氨卸載、液氨蒸發(fā)及供應(yīng)、罐區(qū)水噴淋、氨區(qū)消防及廢氣收集排放等子系統(tǒng)。還原劑供應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)試最重要的是卸氨前氨管道的氣密性檢查與氮?dú)庵脫Q,要確保氨管道的氣密性與氮?dú)庵脫Q的徹底性,調(diào)試的關(guān)鍵是液氨蒸發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行與控制。

噴氨系統(tǒng)調(diào)試是脫硝系統(tǒng)調(diào)試最為關(guān)鍵和重要的部分,其不但關(guān)系到脫硝系統(tǒng)性能是否滿足設(shè)計(jì)要求,還關(guān)系到脫硝系統(tǒng)是否能夠優(yōu)化運(yùn)行。

工程建設(shè)中由于新裝的催化劑活性較高,脫硝系統(tǒng)運(yùn)行初期,即便噴氨裝置沒(méi)有優(yōu)化調(diào)整,通常也能滿足性能要求。由于噴氨系統(tǒng)調(diào)試工作量較大,脫硝工程往往會(huì)忽略噴氨系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)試,這將嚴(yán)重影響脫硝系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行,工程建設(shè)中需特別注意。

3.7脫硝系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)管理

脫硝系統(tǒng)的正確運(yùn)行與定期維護(hù)是保證脫硝裝置正常運(yùn)行的關(guān)鍵,目前建設(shè)的脫硝系統(tǒng)自動(dòng)化水平均較高,除了還原劑卸載外,基本可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守,但系統(tǒng)的正確運(yùn)行、維護(hù)與管理非常重要。系統(tǒng)運(yùn)行期間要特別關(guān)注稀釋風(fēng)量、脫硝效率、氨逃逸量、液氨耗量、催化劑層阻力、空氣預(yù)熱器阻力等參數(shù)的變化,要按要求定期檢查分析儀表、吹灰器、稀釋風(fēng)機(jī)、卸氨壓縮機(jī)、催化劑的活性以及氨管道的泄露情況等.