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8 SCR装置对锅炉设备的影响


SCR装置对锅炉设备的影响
马双忱

? 1、对锅炉岛总体布置的影响
通常,为节省占地,没有装设SCR装置的 Ⅱ型锅炉的回转 式空气预热器布置在省煤器下方,一次风机和送风机布置于 空气预热器后。

? 而同步装设SCR装置的锅炉,从减少烟气侧阻力和为SCR 装置留有足够的布置空间考虑,有两种布置方案。 ? 一是有时将

空气预热器拉出,布置在锅炉尾部受热面最后 一排柱外侧,在空气预热器上方布置SCR装置,为节约占 地,通常将一次风机和送风机布置于空气预热器前、省煤 器下方。 ? 二是保持通常不装设SCR脱硝装置锅炉的布置格局“空气 预热器仍布置在省煤器下方”,反应器布置在空气预热器 后侧、一次风机和送风机上方(见图2-16),反应器支撑 结构与锅炉钢架统筹考虑,基础和下部支撑结构一次建成。 此方案的优点是不论SCR装置同期建设还是预留,都有很 好的适应性,其存在的一个问题就是,由于空气预热器布 置在省煤器下方,装设SCR脱硝装置后,烟道的转弯较多, 烟气侧阻力会大一些。

? 2、钢结构 ? 对现有电厂加装高尘布置方式的SCR装置,因空 气预热器和省煤器之间的空间不足,通常是将 SCR反应器布置在锅炉炉后,由此造成尾部烟道 走向改变。将省煤器出口后直接进入空气预热器 的原烟道改为穿出炉后钢架进入SCR,然后,再 从SCR后穿入炉后钢架连接空气预热器的现烟道。 ? 对600MW亚临界参数锅炉,整个SCR装置载荷约 为1000t,因此,需在炉后外侧设置单独钢架支撑 SCR装置。为避让SCR进出口烟道,将修改原锅 炉钢架和斜撑的布置,钢结构因此变化,要重新 校核计算强度,并需考虑SCR钢架和锅炉钢架的 水平力传递和钢架支撑结点的配合。

? 3.烟道 ? 引风机压头增大主要是因为烟道阻力损失、SCR 阻力损失和空气预热器阻力损失增加所致。在省 煤器出口至SCR入口范围,烟道压力与炉膛承受 压力基本一致,对烟道强度计算没有影响;在 SCR出口至空气预热器入口范围,烟道压力与省 煤器出口相比,应增加空气预热器阻力损失和部 分烟道阻力损失,烟道设计压力提高约1kPa,对 烟道强度计算有影响,加强筋需加强;在空气预 热器出口范围,烟道设计压力提高1.5kPa,烟道 外形尺寸不变,烟道温度必须重新计算并增加加 强筋。

? 4.空气预热器
? SCR正常运行时,反应器内残余NH3和烟气中SO3和H2O形成硫酸氢铵,它在烟气 温度230℃时,开始从气态凝结为液态,对空气预热器中温段和冷段形成强腐蚀。 硫酸氢铵具有很强的粘结性,通常迅速粘在传热元件表面进而吸附大量灰分,造 成空气预热器堵灰。同时,烟气中约有1%的SO2被SCR催化剂转化为SO3,加剧 空气预热器冷端腐蚀和堵塞的可能。因此,用SCR设备的空气预热器在防止堵塞

和冷段清洗方面需作特殊设计,主要包括热元件采用高吹灰通透性的波形替代原
有空气预热器波形,以保证吹灰和清洗效果。 ? 冷段层采用搪瓷表面传热元件。采用此传热元件可以隔断腐蚀物和金属接触,而 且表面光洁,易于清洗干净。搪瓷层稳定性好,耐磨损,使用寿命长(一般不低 于50000h)。预热器采用双介质吹灰器,采用蒸汽做常规吹灰,高压水作停机清 洗介质。

? 加装SCR后,空气预热器通过合理修改设计,不会危及锅炉安全运行,但控制
NH3的逃逸量是保证预热器性能的关键。

? 5.引风机 ? 加装SCR给引风机带来的调整是风机压头的增加。 SCR反应器、烟道、弯头增加的阻力约为1000Pa, 空气预热器重新选型后新增阻力约为500Pa,故 引风机需增加压头1500Pa左右。现有引风机可能 达不到系统需要的压力。为了保持安装SCR系统 前后的烟气压力相同,需要改造现有引风机或安 装新的引风机,同时也需要调整现有风机和电机 的基础。风机增加的电耗是SCR系统运行的主要 能耗之一,在大多数情况下,约占机组电功率的 0.3%。

SCR引起压头损失分析 ? 烟气经过催化剂层后产生的沿程阻力主要有两方面的原因:一是 催化剂模块上的气流孔磨擦阻力;二是与催化剂孔隙率相关的阻 力。影响沿程阻力的因素有:催化剂的型式、高度、气流孔径尺 寸以及烟气的流速等。可以用公式(1)来估算催化剂层所引起的 压头损失。 2 2 f m ?u ?u 2 ? ?p ? L?n
dh 2

? 式中ΔP为压降;fm为摩擦系统,在方型孔中一般按fm=14.227/Re 计算;n是与催化剂孔隙率相关的因子,在整体式催化剂中,n通 常根据经验取值1.5;dh为催化剂气流孔径尺寸;L为催化剂层高; ρ为烟气的密度;u为烟气的线速度,即AV。 ? 一般情况下,燃煤烟气的催化剂气流孔径尺寸dh约为6~8mm,设 计的线速度在3~5m/s以上,如果按二层催化剂来设计,脱硝效率 可达60%,增加的阻力为680 Pa左右;如果按三层催化剂来设计, 脱硝效率可达90%,增加的阻力为870 Pa。 ? 催化剂运行一段时间后,受积灰、积盐及烟气冲刷磨损等因素的 影响,烟气通过催化剂层的阻力还会继续增大,因此,还应考虑 一定的压头损失裕度。这样,引风机大约需增加1000 Pa的压头 来弥补增设脱硝装置后所引起的风压损失。

1750 压降 (Pa) 1500 1250 1000 750

dh=2 mm

dh=4 mm
dh=6 mm

500 250

2

4

6

8 烟气线速度(m/s)

10

不同气流孔径烟气线速度与压降的关系图 技术对策:该工程改造后的引风机仍采用动叶可调轴流式风机,其BMCR 工况下的出力由原来的211.8 m3/s变为230.8 m3/s,风压则由原来的3100 Pa左右上升为4090 Pa,电机功率由1600 kW改为1800 kW。

? 6.SCR旁路 ? 由于锅炉在低负荷运行时会降低SCR系统入口烟 气温度,锅炉启、停时导致烟气温度大幅度波动, 在美国,一般采取设SCR旁路的措施使烟气绕过 SCR反应器。在SCR系统停运期间,旁路可以防 止催化剂中毒和污垢沉积,SCR旁路应采用零排 泄漏挡板。此外,美国设置SCR旁路也是考虑 SCR装置季节性运行的需要,日本一般无SCR旁 路。

? 7.省煤器旁路 ? 虽然SCR反应的最佳温度范围为320~400℃,但对于某个 特定的装置,其催化剂的设计温度范围会窄一些,通常是 按锅炉正常运行状态下的省煤器出口烟气温度范围设计。 保持烟气温度在设计温度范围内,对于优化脱硝反应是非 常总要的。当锅炉低负荷运行时,省煤器出口烟气温度下 降,这时可以采用省煤器旁路来提升SCR入口烟气温度。 省煤器旁路烟道通常使用一个可调节的挡板,来调整经过 旁路的热烟气与省煤器出口的冷烟气比率。锅炉负荷越低, 挡板的开度越大,旁路的热烟气就越多。省煤器出口烟道 也需要安装调节挡板来提供足够的压力,使烟气从旁路经 过。省煤器旁路在设计时主要考虑的问题有:①保持烟气 的最佳反应温度;②保证两股气流在进入SCR反应器之前 均匀混合,数值模拟技术可以解决这一问题,并且已经在 国外的一些SCR设计中取得了很好的应用成果。

8、氨逃逸及其对下游设备的影响

由于氨与NOx的不完全反应,会有少量的氨与烟气 一道逃逸出反应器,这种情况称之为氨逃逸。氨逃 逸可导致:
a)生成硫酸氨沉积在催化剂和空预器上,造成催化 剂中毒和空预器的腐蚀;

b)造成FGD废水及空预器清洗水中含NH3;
c)增加飞灰中的NH3化合物,改变飞灰的品质。

? 9、SO2转换成SO3对尾部烟道设备的影响
由于在催化反应器中SO2将转化成SO3,反应器下游的SO3会明 显的增加,特别是在高含尘烟气段布置系统中,除了可生成硫酸 氨以外,在露点温度下FGD再热系统中会凝结过量的硫酸,从而 对受热面造成腐蚀。硫酸铵和硫酸氢铵会堵塞催化剂,造成脱硝 效率下降和阻力增加。硫酸、硫酸铵、硫酸氢铵的混合物附着 在空气预热器上,会造成空气预热器的腐蚀及堵塞,严重时必 须停炉清理,否则影响锅炉的正常运行。 ? 此外,SO2氧化为SO3后会引起的烟气酸露点升高,使排烟温 度及空气预热器出口的温度升高,降低锅炉热效率。同时SO3 造成的蓝羽使排烟的不透明度增加,而且SO3在排烟时已经转 化成硫酸,直接造成酸雨污染。

? 控制SO2的氧化 ? SCR过程使用的钒基催化剂会对烟气中SO2的氧化产生催 化作用而形成SO3,SO3在省煤器段形成硫酸蒸汽,在空 气预热器冷端177~232℃浓缩成酸雾,腐蚀受热面。 ? 在SO2氧化率的控制方面,对于V2O5类商用催化剂,钒的 担载量不能太高,通常控制在1%左右可减少SO2氧化。 ? 另外,催化剂的形状会对SO2氧化产生影响,丹麦Tops?e 公司开发了系列波纹状脱硝催化剂,由于其V2O5组分含量 低,可有效减少SO2氧化率。同时,SCR反应非常迅速, NO和NH3的浓度在催化剂的表面附近迅速下降。因此, 增大催化剂的孔道密度来增加表面积能提高SCR的活性。 同时,减少孔道的壁厚可降低SO2氧化。因为由于对方面 可以采用提高催化剂活性组分(如WO3)含量的方法,抑 制SO2氧化。

? 10、SCR反应器的运行灵活性及可用率 对经常起停的电站来说,有一点对催化反应器的运行十分关 键,即要确保加氨所需的最低温度300℃。为此省煤器和反应 器均应设计有旁路。机组起动时,打开省煤器和反应器的旁 路,当烟温达到约300℃时,可关闭反应器旁路并打开反应器挡 板。随着省煤器前温度的升高,可逐渐关闭省煤器旁路。 ? 带部分负荷运行特性:当机组带部分负荷运行时,反应器有 可能达不到所要求的加氨温度。这样便给反应器投用带来了 问题,特别是高含尘烟气段布置方式。为此,对省煤器,用单独 的给水循环泵加旁路调节系统;对烟气再热器,采用催化剂旁 路,利用单独的风机进行烟气再循环。

? 11、经济性影响

? SCR的主要特点是工艺流程复杂,改造和运行费用 高,如台山电厂600MW机组的投资预算为工程静 态投资单位造价281元/kW,工程动态投资单位造 价295元/kW,约占电厂基建投资的6~8;脱硝年运 行成本为10129元/MWh,当年脱硝效率为70时,每 吨NOx脱除成本8351元。优点是脱硝效率高,通常 脱硝效率可达90以上,可以和其他炉内脱硝技术联 合使用。

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