駱成鋼， 宋 峰

(馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司, 安徽 馬鞍山 243102)

660MW機(jī)組SCR脫硝板式催化劑磨損分析

駱成鋼， 宋 峰

(馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司, 安徽 馬鞍山 243102)

針對馬鞍山當(dāng)涂電廠660MW機(jī)組脫硝SCR(選擇性催化還原)板式催化劑發(fā)生局部嚴(yán)重磨損的現(xiàn)象,文章依據(jù)多次實(shí)際測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)磨損呈現(xiàn)規(guī)律性分布，并且與脫硝反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。通過冷態(tài)流場計(jì)算及灰場數(shù)值計(jì)算分析研究表明：催化劑局部嚴(yán)重磨損的主要原因是由于反應(yīng)器的頂部梁結(jié)構(gòu)布局不合理，造成煙氣流量、流速分布不均，引起催化劑局部出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。針對這一原因，文章提出通過移除脫硝反應(yīng)器上方的積灰三角以及改變噴氨煙道上方導(dǎo)流板的直徑和角度等措施來改善脫硝反應(yīng)器中煙氣的流速分布。數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果表明，在相同的運(yùn)行工況下，改善后的脫硝反應(yīng)器中煙氣流速的均勻性得到了顯著的提高，有效抑制了催化劑局部出現(xiàn)嚴(yán)重磨損等不良現(xiàn)象的發(fā)生。

脫硝；板式催化劑；磨損；反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

0 引言

近年來隨著國家不斷提高環(huán)保要求,華東地區(qū)火電廠煙氣氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)50mg/Nm3以下，煙氣脫硝工作已成為火電廠環(huán)保工作的重點(diǎn)[1]。脫硝催化劑是脫硝系統(tǒng)的核心部件,成本投入超過脫硝裝置總投資的三分之一,使用壽命僅為3～5年,每年的設(shè)備折舊費(fèi)用極高[2]，火力發(fā)電廠檢修部門必須在日常的維護(hù)工作中加強(qiáng)對催化劑壽命的管理，提高脫硝裝置的穩(wěn)定性和可靠性。

1 板式催化劑基本磨損情況

2號(hào)機(jī)組SCR系統(tǒng)于2012年7月27日投運(yùn)，分別在催化劑投運(yùn)后對首層催化劑的磨損做了兩次較為完整的磨損、活性檢測試驗(yàn)。

1.1 首次催化劑磨損抽檢試驗(yàn)

首次抽檢試驗(yàn)于催化劑投運(yùn)約8000h(約1年)進(jìn)行，抽檢對象為2號(hào)爐SCR-A反應(yīng)器首層催化劑80個(gè)單元模塊，抽檢結(jié)果表明：從磨損分布上看，磨損主要集中在靠近反應(yīng)器中間和前墻催化劑模塊。從磨損程度上看，磨損最嚴(yán)重區(qū)深度約為7cm。

1.2 第二次催化劑磨損抽檢試驗(yàn)

催化劑投運(yùn)約15000h(約2年)時(shí)進(jìn)行第二次抽檢，第二次對2號(hào)爐SCR-A/B兩反應(yīng)器的160組模塊進(jìn)行了全面檢測，由于第二次為全面檢測，催化劑磨損特征暴露得也更為明顯，其主要規(guī)律反映如下：

從整體磨損分布上看，靠近前墻側(cè)催化劑單元(主要在靠近前墻1-4行)磨損最嚴(yán)重；從局部磨損分布上看，兩根大橫梁靠近前墻側(cè)一行催化劑(第3行和第7行)呈現(xiàn)局部磨損峰值；從磨損程度上看，本次磨損最嚴(yán)重區(qū)的磨損長度約60cm，催化劑單元模塊幾乎全部脫落。

1.3 磨損分析小結(jié)

1)局部區(qū)域催化劑模塊的磨損速度過快。兩次抽檢的對比結(jié)果顯示運(yùn)行15000小時(shí)(2年)的催化劑磨損程度是運(yùn)行8000小時(shí)(1年)的8.5倍。其磨損最嚴(yán)重區(qū)的磨損長度由7cm增加到60cm 。以此磨損劣化速度，催化劑難以保證設(shè)計(jì)使用壽命[2]。

2)催化劑模塊磨損程度的分布不均勻。從整體磨損分布上看，靠近前墻側(cè)催化劑單元(主要在靠近前墻1-4行)磨損最嚴(yán)重；從局部磨損分布上看，兩根大橫梁靠近前墻側(cè)一行催化劑(第3行和第7行)呈現(xiàn)局部磨損峰值，局部磨損峰值與反應(yīng)器頂部梁布置存在一定的關(guān)聯(lián)。

2 SCR冷態(tài)流場試驗(yàn)

2.1 測量方法及測點(diǎn)位置

由于煙氣沖擊催化劑的速度對催化劑的磨損有著重要影響，因此，我們利用了機(jī)組停機(jī)期間對催化劑上方流場分布進(jìn)行測量。測量選在2號(hào)機(jī)組SCR-B反應(yīng)器首層催化劑上方0.7米截面，每個(gè)催化劑模塊布置2個(gè)測點(diǎn)[3]，如圖1所示。

2.2 測量結(jié)果

冷態(tài)核算知，催化劑上方煙氣流速超過2.36m/s，達(dá)到了?；?，即冷態(tài)和熱態(tài)流場分布相似[4]。測量結(jié)果如圖2所示：

測量結(jié)果表明，煙氣在水平方向速度均勻性較好，煙氣流速在2.2 m/s到3.1m/s之間；而在豎直方向速度均勻性較差，煙氣流速在1.4m/s和4.2m/s間劇烈波動(dòng)。在豎直方向上距前墻第3和第7行模塊上方速度出現(xiàn)峰值，其流速約為平均流速的2倍；而距前墻第4和第8行模塊上方速度出現(xiàn)谷值。速度峰值位置同樣為兩根大橫梁距前墻一側(cè)催化劑模塊上方，和催化劑抽檢局部高磨損區(qū)位置一致。測量結(jié)果表明催化劑局部高磨損區(qū)與催化劑上方局部高流速區(qū)重疊。

第三行及第七行橫梁的存在造成了煙氣流通截面的不規(guī)則性，加劇了煙氣在該界面處流速的不均勻性，進(jìn)而造成局部區(qū)域煙氣流速、流量過大。這不僅造成反應(yīng)器中局部區(qū)域(二至三行間，六至七行間)的催化劑荷載過大降低催化效率同時(shí)也會(huì)加速該區(qū)域催化劑模塊的磨損。

3 SCR冷態(tài)流場及灰場數(shù)值計(jì)算

3.1 流場數(shù)值計(jì)算結(jié)果

以滿負(fù)荷660MW為計(jì)算工況，計(jì)算得到結(jié)果和冷態(tài)試驗(yàn)測量的煙氣流速分布相似，即兩根橫梁靠前墻側(cè)一行催化劑上方風(fēng)速出現(xiàn)速度峰值。高速區(qū)速度同樣約為平均速度2倍，靠后墻一側(cè)一行催化劑上方為低速區(qū)。原因?yàn)闊煔馐艿椒e灰三角筋、格柵支撐梁和整流格柵等梁結(jié)構(gòu)的阻礙，使煙氣流量集中于梁前，造成流量集中、速度出現(xiàn)峰值，而在梁結(jié)構(gòu)后方形成低速漩渦區(qū)。

根據(jù)上述分析測量的結(jié)果可以得出積灰三角筋、格柵支撐梁和整流格柵等梁結(jié)構(gòu)在煙道內(nèi)的布局是造成局部煙氣速度過大的主要原因。因此，有必要對梁結(jié)構(gòu)的布局進(jìn)行優(yōu)化改造。

3.2 灰場數(shù)值計(jì)算結(jié)果

飛灰濃度和飛灰粒徑是評(píng)估灰場對催化劑磨損程度的兩個(gè)重要參數(shù)。飛灰濃度越大說明單位時(shí)間飛灰顆粒撞擊催化劑密度越大。飛灰粒徑越大說明飛灰撞擊催化劑的動(dòng)量越大[5]。灰場計(jì)算結(jié)果表明煙氣速度場和飛灰濃度場峰值區(qū)域重合。重合區(qū)域同樣與速度場峰值區(qū)域相同。

大粒徑的飛灰顆粒富集于反應(yīng)器前墻是反應(yīng)器整體設(shè)計(jì)決定的：省煤器出口煙氣攜帶著飛灰進(jìn)入2個(gè)連續(xù)漸擴(kuò)段煙道，隨著流通截面積增加，煙氣速度減小，易受下轉(zhuǎn)角兩塊導(dǎo)流板作用，達(dá)到設(shè)計(jì)的均流效果，如圖4所示。而來自省煤器的飛灰由于受煙氣曳力和長距離(鍋爐尾部煙道較高)重力作用，保持著較大動(dòng)量沖入下轉(zhuǎn)角煙道，飛灰的慣性作用使其經(jīng)下轉(zhuǎn)角導(dǎo)流板作用后仍富集于噴氨煙道后墻，而上轉(zhuǎn)角兩塊直弧形導(dǎo)流板設(shè)計(jì)在噴氨煙道后墻正上方，飛灰顆粒經(jīng)其折流，圓周運(yùn)動(dòng)曲率半徑減小，富集于反應(yīng)器煙道前墻。

4 脫硝反應(yīng)器改造方案

4.1 流場優(yōu)化改造方案

為減小兩根橫梁前局部流速過大造成的催化劑磨損，有必要進(jìn)行流場優(yōu)化改造，流場改造策略為切掉整流格柵上積灰三角，減少流場的局部集中效應(yīng)。由于反應(yīng)器上方積灰三角切掉區(qū)域煙氣速度達(dá)到十幾米每秒，模擬顯示切除改造后格柵橫梁上截面也無積灰現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，切除積灰三角的策略是可行的。

4.2 灰場優(yōu)化改造方案

由于灰集中在靠前墻橫梁催化劑模塊上方，造成整體上靠前墻催化劑磨損較重，這里的飛灰富集現(xiàn)象是反應(yīng)器整體結(jié)構(gòu)造成的，改造存在一定難度?；谶@種情況，改造思路為減小灰在靠前墻鋼梁靠前墻側(cè)的富集，規(guī)避局部高流速區(qū)和局部高灰分區(qū)的重疊，達(dá)到解決前墻側(cè)催化劑磨損速度過快問題，策略為改造噴氨煙道上方導(dǎo)流板，使噴氨前墻的灰分散到反應(yīng)器低速區(qū)，因此將大導(dǎo)流板更換為多塊小板，根據(jù)不同小板角度和直徑不同，更精細(xì)地調(diào)節(jié)灰的偏向和軌跡。

5 總結(jié)

當(dāng)涂發(fā)電有限公司2號(hào)機(jī)組于2014年10月根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析對反應(yīng)器頂部的積灰三角進(jìn)行了拆除，經(jīng)過停機(jī)檢查，催化劑未再出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，脫硝效率及催化劑的使用壽命都得到有效保證，取得了令人滿意的效果。當(dāng)涂電廠未來將結(jié)合機(jī)組檢修對導(dǎo)流板進(jìn)行改造，進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)器內(nèi)煙氣速度場及灰場分布。火電廠脫硝裝置在近年來的環(huán)保高要求大環(huán)境下大量上馬，裝置檢修及管理經(jīng)驗(yàn)尚待積累，希望本文能夠在兄弟單位的實(shí)際生產(chǎn)問題中提供一些解決思路。

[1] 國家能源局.DL/T 1286—2013 火電廠煙氣脫硝催化劑檢測技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國電力出版社,2013.

[2] 胡將軍.燃煤電廠煙氣脫硝催化劑[M].北京：中國電力出版社,2013.

[3] 李慶揚(yáng).數(shù)值分析[M].北京：清華大學(xué)出版社,2008.

[4] 蔣文舉.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2012.

[5] 夏懷祥.煤電站煙氣污染物排放控制工程技術(shù)叢書-選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝[M].北京：中國電力出版社,2012.

[責(zé)任編輯：程蓓]

660MW Unit Denitrification SCR Plate Catalyst Wear Analysis

LUOCheng-gang,SONGFeng

(MaanshanDangtuPowerGenerationCompany,Maanshan243102,China)

According to the local serious wear and tear occurred on a 660MW unit in a power plant denitrification SCR (selective catalytic reduction) plate catalyst, this paper collects the actual measurement data, and after comparing and analyzing many times, it is found that the wear issue is showed in regular distribution, and is associated with denitrification reactor in internal structure. Through the cold flow field calculation and ash field numerical analysis, the research shows that the main reason for partial severe wear of catalyst is because of the unreasonable top beam structure layout of reactor. Due to this reason, the flue gas flow is concentrated on front beam contributing to the quantity of flow concentrated and above the catalyst module the uneven gas velocity. Therefore, the local severe wear is caused in catalyst. For this reason, this article puts forward a plan to improve the velocity distribution of the flue gas in denitrification reactor by removing the triangle deposition on the top of the denitrification reactor and changing the diameter and angle of the guide plate on the top of spraying ammonia flu. Numerical simulation results show that under the same operating conditions, the uniformity of flow velocity in the flue gas denitrification reactor is significantly improved, and the catalyst local severe wear as well as other adverse reactions is effectively inhibited.

denitrification; board type catalyst; wear; reactor structure

2015-06-15

駱成鋼(1988-)，男，安徽馬鞍山人，大唐馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司設(shè)備部鍋爐點(diǎn)檢員，從事脫硝裝置的檢修管理工作。

TK228

A

1672-9706(2015)03- 0074- 04