锅炉脱硝系统，锅炉炉内脱硝工艺

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北极星大气网新闻： 摘要：某电厂W型火焰锅炉燃用高灰分无烟煤，粉尘堆积严重且不均匀，造成流场和炉膛堵塞。催化剂影响SCR 脱硝系统的性能。根据运行经验和CFD技术分析表明，SCR脱硝设备积灰的原因有设计不合理、催化剂选择不合理、流场不均匀、吹灰效果不够、长期低负荷等。燃煤发电。所含灰分明显超过设计值。通过废气流场优化和1:10物理模型测试，对挡板、整流格栅和上部烟道进行改造，同时将蜂窝催化剂更换为板式催化剂，并安装声波吹灰器。改造后运行3个月后，我们对脱硝设备进行了内部检查，发现反应器水平烟道和导流板积灰明显减少，精馏层未观察到积灰。催化剂表面及孔隙出现积灰、堵塞现象，证明已采取对策。通过多种措施有效解决了SCR反应器粉尘堆积、催化剂堵塞等问题。

0 前言

目前，燃煤电厂主要采用SCR技术去除氮氧化物。该电厂2300 MW机组采用东邦锅炉厂制造的W型火焰锅炉，配套的SCR脱硝设备（简称SCR）采用高灰段布置[3]。该厂的SCR反应器长期暴露在含尘废气中，导致粉尘严重堆积。本文分析了高粉尘废气工况下SCR反应器各部位积灰的原因，提出了燃用高灰分无烟煤的W型火焰锅炉SCR脱硝设备防止积灰的措施。

1.概述

该电厂两台机组的SCR脱硝装置分别于2009年5月和10月投产。锅炉燃煤特性见表1，SCR脱硝设备参数见表2，催化剂参数见表3。该电厂SCR脱硝系统的积尘部件包括催化剂体、整流栅、导流板、支撑钢梁等。由于堵塞的催化剂灰分分布不均匀，局部废气流量要么过高，要么过低，导致高流量区域催化剂磨损加剧，甚至出现点蚀、塌陷，而低流量区域催化剂完全失效。被灰烬窒息。整流器格栅中的孔可能会被灰尘完全或部分堵塞，并且堵塞的灰尘无法通过常规方式清洁或去除。导流板上的灰尘堆积主要集中在中心支柱上。

2 积尘原因分析

（1）实际燃煤灰分含量大大超过设计值。电厂燃用当地低品位无烟煤，原设计煤种灰分Aar为32.62%，核定煤种灰分Aar为34.38%，烟尘质量浓度设计值根据氮设备入口瓦斯量40.4g/m3，燃煤实际燃烧灰分Aar为40.53%45.81%，烟气质量浓度5670g/m3，超过比设计值高出40%。灰分含量越高、废气流量越低，SCR反应器内灰颗粒的团聚越显着，因此催化剂的灰堵塞问题在一定程度上是不可避免的。发电厂[4-6]。

(2)催化剂选择不合理。 SCR脱硝技术的核心是催化剂[7-9]，文献[10]中烟气质量浓度小于30 g/m3时优先选用蜂窝催化剂，当烟气质量浓度大于40 g时优选蜂窝状催化剂/m3 已经指出，在这种情况下优选蜂窝状催化剂。 g/m3，应优先选用扁平催化剂。电厂内部烟尘和粉尘的质量浓度已达到5670g/m3，远远超出了蜂窝催化剂的适用范围，从防止粉尘堵塞的角度来看，不适合使用蜂窝催化剂。

(3)SCR反应器烟气设计流量低。该电厂SCR反应器截面设计较大，根据设计煤质计算，反应器表观流速为4.1 m/s，对烃类输送效果无贡献。另外，烟气灰分高、粘度大，相对不利，导致低负荷运行时，与其他电厂脱硝设备相比，水平积尘较多。烟道部分和导流板水平部分。此外，当发电厂长时间低负荷运行时，高粘性灰烬往往会变硬，无法依靠系统运行来清除积聚的灰烬。

(4)流场不均匀。电厂废气经过整流板后流路不规则，防尘板下游有较强回流区域，催化剂层前气流速度有高、低速度带。 -交替速度带。

(5)SCR脱硝反应器入口导流板设计不合理。由于导流板支架的结构具有较大的流通空间，导流板支架的加强板后面容易产生涡流，导流板上容易积灰，积灰在导流板上会形成波浪状。

(6)反应器进口罩与整流器格栅之间的角度较小。反应器入口面罩与整流器格栅之间的夹角为12，反应器入口面罩后壁上部与整流器格栅之间的高度仅为100mm，空间狭小，容易积尘。

(7) 设计时未考虑SCR反应堆内的支架、钢梁、支架等工字钢结构。烟气涡流在未涂层的内部部件上形成，导致工字梁两侧严重积尘。当工作条件发生变化或烟尘被吹走时，积聚在那里的灰尘很容易脱落。一旦沉积形成大块落到催化剂表面，落下的灰块不易破碎，直接堵塞催化剂的孔隙，形成局部大灰块。

(8)吹灰器吹灰效果低。 SCR反应器每层仅安装3台蒸汽吹灰器。吹灰器每8 小时运行一次。蒸汽吹灰器不能完全覆盖催化剂，留下吹灰死区，催化剂表面的部分灰无法清除。以便及时完成。

三项改进

3.1 SCR流场优化改造

3.1.1 转换前流场优化及CFD计算结果

(1)数值模拟的边界条件。数值模拟范围以省煤器出口烟道为入口边界，SCR脱硝反应器出口烟道为出口边界。模拟计算证实，废气在入口边界处的速度和温度分布是均匀的，经过水平烟道、旋流烟道、垂直烟道、过渡烟道进入SCR反应器后；不同的折流板和整流格栅布置会有所不同。对烟雾产生的影响。本文通过位于第一催化剂层前方500 mm处的8行8列共64个测量点来确定SCR脱硝系统废气流场的演变。以下速度、浓度和温度偏差计算数据是从第一催化剂层的前64个测量点获得的。模拟计算未考虑烟道桁架、内支撑、节点板、挡板门、积尘等因素的影响。

（二）精简布局。优化改造前额定工况下SCR烟气脱硝系统烟气流线分布如图1所示。从图1可以看出，优化改造前，废气经过整流格栅后的流动非常不规则。由于气流的作用，烟气流入防积灰板下游侧的部分整流格栅，在浇口处形成强烈的回流区，在到达第一催化剂层之前回流区无法被清除。废气流线与第一催化剂层垂直方向的夹角必须大于10。

(3)速度分布。图2为优化转化前额定工况下第一层催化剂入口截面空气流速分布。经计算第一层催化剂入口截面处气体流量的相对标准偏差为22.7%。这明显超出了文献[11]中第一层催化剂入口截面流量相对标准偏差为22.7%的要求。 SCR反应器第一层催化剂入口截面积不应超过15%。四排整流栅钢梁防尘板在催化剂层前形成高、低废气流速区交替的情况，对气流分布的均匀性有显着影响。转速过高会导致催化剂冲冲，转速过低会引起腐蚀和磨损，导致催化剂粉尘堆积和堵塞，影响催化剂寿命和脱硝性能[12]。

(4)催化剂层前的浓度和温度分布。优化改造前，第一层催化剂入口断面氨体积分数相对标准偏差为2.9%，最大绝对温度偏差小于2，满足技术规范要求。

3.1.2 SCR流场优化及改造规划

(1)导流板改造。挡板的布置、结构和数量直接影响SCR反应器内的流场分布。这直接关系到SCR反应器内废气速度的均匀性，影响废气的温度场和分布。粉煤灰[13-17]。基于CFD（计算流体力学）数值模拟计算和物理模型试验结果，我们改变了反应器入口挡板的布置方式，采用薄板，增加挡板数量，改变挡板支撑类型，以减少废气涡流。我们已经阻止了这种情况的发生。竖井烟道顶部圆弧导流板半径由345毫米增加至600毫米，导流板水平部分尾板长度由465毫米减少至300毫米。水平板下方安装有向下倾斜15的导流板，进一步提高水平烟道和导流板上部水平部分的流速。倾斜烟道入口处的导流板数量从3 个增加到11 个。流场优化改造前后反应器结构如图3所示。

(2)整流格栅改造。整流格栅直径由100毫米100毫米改为100毫米300毫米。这增加了通过整流器格栅的流量，并减少了整流器格栅孔中灰尘积聚和桥堵塞的机会。

(3)反应器顶部倾斜烟道的重新设计。通过将倾斜烟道的水平角度由原设计的12改为16，加宽了上倾斜烟道倾斜角与整流格栅之间的距离，改善了上倾斜烟道的粉尘堆积现象。

(4)安装防尘板。反应器内的工字梁两侧均覆盖有钢板，以防止灰尘堆积和涡流。

3.1.3 流场优化及转换后CFD计算结果

(1)流场优化改造后，SCR脱硝系统流线较为规则，整个SCR脱硝系统流线分布较为均匀，且第一催化剂垂直方向之间的夹角较为均匀。制服。层与垂直方向不得超过10。

(2)催化剂第一层入口截面处空气流速的相对标准偏差为1.9%。

(3)第一层催化剂入口断面的氨体积分数的相对标准偏差为3.0%，温度的绝对偏差最大值为2以下。

（4）2号锅炉SCR流场经过优化变形后，进烟道顶部仍存在积尘现象，因此在进烟道底部安装了向下倾斜15的导流板。采用独特的水平板，进一步提高了烟道水平段和导流板水平段顶部的流速。在50%负荷工况下，增加15倾斜导流板，使烟道水平段和第一导流板上部水平段流速由常规的6-7 m/s提高到7-8 m/s。 /s，修改垂直烟道顶部导流板后50%工况下的速度云图如图4所示。运行三个月后，检查入口烟道上方积尘明显减少。

3.1.4 SCR脱硝系统物理模型烟花示踪试验

根据数值模拟得到的流场优化方案，按1:10的比例建立物理模型，并进行物理模型实验[18]。烟花示踪照片如图5所示。物理模型测试结果如下：系统流线分布均匀，填充度良好，无明显回流区域，系统无明显粉尘堆积区域。在低于机组额定工况100%、75%、40%时，第一层催化剂进口截面废气流量相对标准偏差分别为5.4%、5.6%、5.5%，满足技术规范的要求。我是。

3.2 用板式催化剂代替蜂窝式催化剂

板式催化剂在粉煤灰抗堵塞、耐磨、抗中毒等方面具有很大优势[19]。 2014年6月，该电厂将原来的蜂窝催化剂更换为板式催化剂。催化剂如表4所示。

3.3 吹灰系统优化改造

单机SCR脱硝系统配置16台音速吹灰器，每床两侧催化剂处另设3台音速吹灰器，反应器入口处配置4台音速吹灰器即可完成。优化吹灰器运行模式，蒸汽吹灰器每天定时吹灰3次，深度清除催化剂表面杂物，减少催化剂堵塞的可能性。压力从0.8 MPa 降低到0.5 MPa；声波吹灰器的吹灰间隔为60 秒，全天以这种方式运行，以保持催化剂表面的灰尘沉积量较低。

4 效果及评价

2014年6月，电厂对脱硝流场进行了优化改造，催化剂全部更换为板式催化剂，并对吹灰系统进行了优化改造。表5为脱硝设备改造前后压力损失对比。从表5可以看出，在300MW负荷下，催化剂阻力降低了145Pa，氨释放体积分数降低了3.4310 -6 ，运行安全性和经济效益显着提高。

流场优化改造、更换板式催化剂后三个月（平均运行负荷约为额定负荷的75%），对脱硝设备进行内部检查，发现脱硝设备内部有灰烬。存在积累。反应器水平烟道和折流板已明显减少，矫直床上无粉尘堆积，催化剂表面或孔隙无粉尘堆积或堵塞（见图6-8）。从图6至图8可以看出，灰尘堆积情况得到了显着改善。

五。结论

研究结果表明：（1）利用CFD技术得到的SCR流场优化方案可行，根据优化方案调整后，SCR反应器废气流量、氨浓度、温度偏差均在规定范围内。符合要求。在机组额定运行条件下。 (2)燃烧高灰分无烟煤时，废气粉尘质量浓度为5670g/m3时，可明显减少板式催化剂、声波吹灰器、蒸汽吹灰器的运行方式。积聚和催化剂堵塞。 (3)如果烟气浓度明显增加超过设计值，建议在SCR进口垂直烟道底部增设灰斗和输灰系统，以降低进入SCR反应器的烟气浓度。

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