摘 要：本文通過對(duì)本廠4套SCR裝置的氨逃逸狀況的介紹、原因分析，總結(jié)了SCR裝置在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作安裝等環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)氨逃逸率降低到1ppm以下的意義、注意事項(xiàng)、技術(shù)措施和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
一、前言 《火電廠煙氣脫硝技術(shù)導(dǎo)則》(DL/296-2011)明確：采用SCR 工藝的脫硝裝置氨逃逸濃度宜不大于2.3mg/m3(即<3ppm)。 2014年以來，全國大部分30萬以上的燃煤機(jī)組都安裝了SCR脫硝裝置，并普遍按照氨逃逸率小于3ppm設(shè)計(jì)、完成安裝。實(shí)踐下來，小于3ppm的氨逃逸率是比較容易做到的，但運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)突破3ppm的情況，繼而引發(fā)爐后預(yù)熱器、布袋除塵等設(shè)備上ABS(硫酸氫銨)生成與堵塞等系列問題。 如果SCR裝置投運(yùn)后各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，且氨逃逸率小于并接近3ppm的情況，可以認(rèn)為這項(xiàng)指標(biāo)只是達(dá)到了合格的水平，沒有給運(yùn)行中的各項(xiàng)不可預(yù)見的因素留下合理的空間;相反，如果在設(shè)計(jì)安裝階段能夠?qū)碧右萋首龅叫∮?ppm的情況，運(yùn)行中氨逃逸率出現(xiàn)突破3ppm的情況就會(huì)大為減少。 本文旨在總結(jié)控制SCR脫硝裝置氨逃逸率小于1ppm的設(shè)計(jì)、制作安裝等方面的措施與經(jīng)驗(yàn)，使之成為今后指導(dǎo)脫硝催化劑安裝、檢修、調(diào)控的參考依據(jù)。
二、問題 望亭電廠#11機(jī)組為一套310MW燃煤機(jī)組，1997年投產(chǎn)，2013年底完成SCR改造。該SCR裝置投運(yùn)兩年多來，氨逃逸率一直小于1ppm。其運(yùn)行SIS數(shù)據(jù)顯示(參見圖1)令同類煤電企業(yè)稱羨。而在其之前投產(chǎn)的#14、#3、#4機(jī)組SCR裝置雖然在額定工況下能達(dá)到氨逃逸率3ppm左右的水平，但時(shí)有超過3ppm的情形發(fā)生。得益于第三層催化劑的添加，# 14機(jī)組SCR裝置2016年四季度增容提效超低排放改造實(shí)施完成以后，基本做到氨逃在1ppm左右，低負(fù)荷時(shí)可以做到小于1ppm。而# 4機(jī)組SCR裝置2016年二季度增容提效超低排放改造實(shí)施完成以后，在與#3機(jī)組負(fù)荷、入口NOX濃度等基本接近的情況下，曾經(jīng)一度出現(xiàn)過連續(xù)數(shù)月氨逃逸率在5~8ppm左右的水平，且單側(cè)噴氨量較#3機(jī)組同側(cè)比平均要多20~30kg/h， 非常令人不解;2016年1月中旬，經(jīng)過督促運(yùn)行燃燒調(diào)整近一個(gè)月，該參數(shù)好轉(zhuǎn);目前，滿負(fù)荷下進(jìn)口NOX濃度、氨逃逸率分別在280mg/Nm3、3ppm，低負(fù)荷下分別為170mg/Nm3、1~1.5ppm，與#3機(jī)組參數(shù)基本一致。                               三、原因 造成SCR工藝的脫硝裝置氨逃逸濃度大于3ppm的原因比較多，無非人、機(jī)、料、法、環(huán)五方面，其中最直接的也是最主要的原因包括： 裝置本身的催化劑模塊箱間的安裝密封是否可靠?催化劑模塊箱的安裝策略，以及模塊箱之間上下密封件的結(jié)構(gòu)形式、安裝質(zhì)量，決定了裝置本身固有的煙氣旁路逃逸的程度。 是否過量噴氨?在SCR裝置催化還原能力的額定參數(shù)范圍內(nèi)，氨逃一般隨噴氨量增加而增加。出現(xiàn)過量噴氨，一方面可能是SCR裝置入口煙氣中的NOX濃度偏高造成，另一種可能是飛灰堵塞了催化劑表面的毛細(xì)孔，或催化劑中毒、失效、失活等因素，影響了催化劑的還原能力所致。 另外，不可忽略的間接原因有： 催化劑飛灰堆積、堵塞與磨損：來自省煤器出口的爆米花狀的大顆粒灰團(tuán)，或者來自反應(yīng)器頂部局部的大塊團(tuán)灰集中坍塌，堵塞了催化劑的入口小孔，造成催化劑有效過煙表面減少，煙氣從未堵塞的催化劑表面通過時(shí)速度加快并快速磨損，直至過煙的催化劑局部出現(xiàn)磨損塌陷失效，氨氣隨煙氣直接從磨損塌陷處逃逸。 煙氣中氨氣分布不均：稀釋后的氨氣在SCR進(jìn)口煙道中的二次拌和不理想，出現(xiàn)在反應(yīng)室時(shí)的氨氣存在分布不均的現(xiàn)象，局部濃度高的地方氨逃量就會(huì)大些。這種不均勻，可能是噴氨格柵各路供氨節(jié)流調(diào)節(jié)不理想造成，也可能是噴氨格柵管道磨穿等原因造成，需要在運(yùn)行階段加以調(diào)控(而后者往往已經(jīng)很難調(diào)控)。 測量裝置取樣點(diǎn)不具有代表性：由于煙氣取樣測點(diǎn)分布較少，煙道內(nèi)煙氨混合氣體中的氨氣濃度分布均勻性本來就不好，或者取樣點(diǎn)口部飛灰粘黏作用，使所取到的煙氣樣品參數(shù)偏離實(shí)際，反應(yīng)不了氨氣濃度瞬態(tài)平均水平。 還有其他一些次要因素，如人的因素等，不再贅述。 鑒于此，解決氨逃逸濃度大于3ppm的問題，應(yīng)從主要原因、直接原因上下手。在設(shè)計(jì)制作安裝階段，應(yīng)盡可能采取措施，降低SCR裝置本身固有的煙氣旁路逃逸水平，以實(shí)現(xiàn)氨逃逸率<1ppm。
四、措施對(duì)策 做到氨逃逸率<1ppm，這是一個(gè)具有雙向驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)場需求。對(duì)用戶端而言：重在如何審查、督導(dǎo)降低氨逃的各項(xiàng)技術(shù)需求得以實(shí)現(xiàn);對(duì)設(shè)計(jì)、施工端而言：重在如何貫徹落實(shí)降低氨逃的各項(xiàng)施工技術(shù)措施。對(duì)一般的業(yè)主來講，采用總承包方式，將設(shè)計(jì)、安裝全權(quán)委托給總承包方是不錯(cuò)的選擇，但容易失控的是：總承包方往往將滿足于氨逃逸率<3ppm作為最起碼的承諾，不會(huì)將氨逃逸率<1ppm寫在技術(shù)協(xié)議中，并且會(huì)找出一大堆理由來忽悠業(yè)主方的代表。所以建議業(yè)主和總承包方的技術(shù)協(xié)議中應(yīng)該明確這一細(xì)節(jié)，即完工后達(dá)到氨逃逸率<3ppm(合格)、<2ppm(良好)、<1ppm(優(yōu)秀)的情況下如何激勵(lì)。 實(shí)現(xiàn)氨逃<1ppm，需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作與安裝、檢修、運(yùn)行、監(jiān)造、管理等多環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合考量。其中關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作與安裝兩個(gè)環(huán)節(jié)，這兩個(gè)環(huán)節(jié)做好了，反應(yīng)器性能基本定型了;其他環(huán)節(jié)，在于完善、微調(diào)與預(yù)防。 1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)： 1.1反應(yīng)器本體設(shè)計(jì)： 1.1.1第I層催化劑層的上方應(yīng)有足夠的煙氣均化空間：有些反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)，反應(yīng)器頂子的傾斜度比較大，實(shí)際壓縮了頂部的煙氣均化空間，同時(shí)煙氣對(duì)頂部沖刷磨損，容易產(chǎn)生泄漏讓外部雨水在頂部縫隙處侵濕，從而引發(fā)頂部到后墻拐角處大塊積灰聚集后塌落堵住催化劑入口。實(shí)際反應(yīng)器頂子只要稍微有點(diǎn)去水坡度就可以了，不留去水坡度，在頂部外保溫護(hù)板上直接做出去水坡度也可以。 1.1.2反應(yīng)器內(nèi)壁要光滑，盡可能不要有凸起物，避免產(chǎn)生掛灰：安裝作業(yè)中，施工人員有部分小的吊耳之類的構(gòu)件焊在內(nèi)壁上忘了拆除，這些凸起物容易產(chǎn)生鐘乳狀的掛灰;掛灰多了承受不了就會(huì)掉下來，堵住催化劑入口。 1.1.3催化劑模塊的安裝導(dǎo)軌最好是可拆卸的：安裝導(dǎo)軌工字鋼如果不拆除會(huì)聚灰，聲波吹灰時(shí)，灰會(huì)掉下來，可能堵住催化劑入口。 1.1.4反應(yīng)器頂板不要漏水:反應(yīng)器頂板焊縫特別是交匯焊縫處容易產(chǎn)生焊接缺陷，雨水進(jìn)入后不能及時(shí)蒸發(fā)就會(huì)滲透到反應(yīng)器內(nèi)部，引發(fā)內(nèi)壁受潮而聚灰，特別是反應(yīng)器后墻和頂部交接處，形成大塊聚灰脫落，堵住催化劑入口。目前從一些電廠催化劑大面積堵塞案例來看，大量塌灰情形基本都是發(fā)生在靠后墻處;還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為：這可能是反應(yīng)室煙氣流速設(shè)計(jì)不當(dāng)(流速過低)造成的(1)。 1.1.5外保溫厚度足夠:外保溫不夠厚的地方散熱快，煙氣溫度局部會(huì)降低，催化還原反應(yīng)效果會(huì)降低，氨逃逸率局部會(huì)提高。

1.2催化劑模塊設(shè)計(jì)：

1.2.1催化劑外形：一般長*寬為1840*920，高度由內(nèi)芯體積決定。箱體外形由催化劑廠家設(shè)計(jì)，基本規(guī)整統(tǒng)一，但某些廠商的在箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作上可能存在缺陷和不足，主要表現(xiàn)在：外箱體的加固扁鐵設(shè)置、箱體金屬材質(zhì)、吊耳結(jié)構(gòu)等方面，需要業(yè)主引起注意。當(dāng)供應(yīng)商無法確認(rèn)箱體金屬材質(zhì)時(shí)，要堅(jiān)持向廠商索取材質(zhì)報(bào)告(這一點(diǎn)容易被業(yè)主忽視)。

1.2.2催化劑內(nèi)芯：其通道長度是通過滿足反應(yīng)性能的有關(guān)參數(shù)反推確定的，其中最主要的參數(shù)是比表面積和節(jié)距等。要盡量選長一點(diǎn)的通道，以爭取足夠的反應(yīng)過程。但也不要超出有效的取樣空間所限制的高度。

1.2.3催化劑模塊箱的安置策略：一般來講，催化劑模塊箱按側(cè)隙均布安置的策略是經(jīng)常被設(shè)計(jì)安裝單位來采用的，這是按催化劑模塊箱上口沿部位煙氣盡量均布這一考量來安排的，但沒有考慮催化劑模塊箱下口沿是擱在一定寬度的大梁上這一客觀因素。還有一種策略就是：在有梁的地方催化劑模塊箱按有側(cè)隙方式排列，在無梁的區(qū)域采用催化劑模塊箱無側(cè)隙并列方式排列的。后者這種安置策略的氨逃將明顯小于前者。

1.2.4催化劑模塊安裝密封形式

催化劑模塊上部密封形式基本有三種情況(參見圖2)：“介”字形定型折邊插件，“○”

形長圓管，“∩”形折邊密封件。三種情況以前者最好，因采用水平面直線壓邊，泄漏量最小，且正交相貫處切割施工安裝都很方便，無需點(diǎn)焊固定，建議采用;但要注意用料，最好是不銹鋼材質(zhì)的，比較耐磨。

催化劑模塊上部輔助密封有兩種情形(參見圖3)：無間隙并列和有間隙并列的上部輔助密封形式，區(qū)別在于在一組催化劑模塊箱上部側(cè)面點(diǎn)焊了一根定距的扁鐵或角鐵構(gòu)件，分別適用于下部長邊無梁時(shí)催化劑模塊箱無隙并列和有隙并列兩種情況。

催化劑模塊上部與反應(yīng)器側(cè)墻密封有兩種情形(參見圖4)：“亻”字形定型折邊插件，“╲”形斜置長薄鐵板。后者需要焊接點(diǎn)固，拆裝不方便。推薦采用前者。

催化劑模塊下部密封形式有兩種情形(參見圖5)：三邊有氈和對(duì)邊有氈。對(duì)邊有氈時(shí)需針對(duì)相鄰側(cè)邊無間隙并列和有間隙并列兩種情況分別設(shè)置側(cè)邊的密封結(jié)構(gòu)。也有側(cè)邊有間隙時(shí)并不考慮側(cè)邊下部輔助密封結(jié)構(gòu)的。這就要看設(shè)計(jì)者和施工者的意愿了。當(dāng)側(cè)邊有隙并列時(shí)，如不安排側(cè)邊下部的輔助密封角鐵，雖然也能保證最終氨逃<3ppm，但與無隙并列或有隙并列時(shí)加裝側(cè)邊下部輔助密封角鐵這兩種情形的氨逃效果是有明顯差別的，后者基本可做到<1ppm，而前者最小可做到<1.5~2.0ppm。典型案例就是SCR3、4的反應(yīng)器催化劑下部密封問題(參見圖6)。

1.3進(jìn)出口煙道設(shè)計(jì)：

1.3.1 SCR入口水平煙道盡可能短些：這一需求主要是考慮存在于水平煙道底部的積灰問題。過長的水平煙道底部的沉積飛灰，會(huì)增加煙道載荷，有使煙道垮塌的風(fēng)險(xiǎn)。2015年曾有某電廠SCR進(jìn)口水平煙道因積灰垮塌事故發(fā)生的案例。

1.3.2 在SCR煙氣入口垂直煙道上布置噴氨格柵：實(shí)踐證明，在SCR入口垂直煙道上布置噴氨格柵要優(yōu)于在SCR入口水平煙道上布置噴氨格柵的任何形式。在水平煙道上垂直地布置噴氨格柵，因?yàn)闊煹赖撞糠e灰的原因，會(huì)將靠近煙道底部的1—2排的噴嘴完全掩埋，使噴氨格柵飛灰磨損進(jìn)一步加劇，特別是磨穿后，噴氨的均勻性根本無法保障。

1.3.3 SCR煙氣入口煙道的去灰設(shè)施：省煤器出口端的折煙角深度一般較淺(有的機(jī)組甚至就不帶折煙角)，不足以將大量的飛灰有效地導(dǎo)入省煤器灰斗，加裝蝙蝠翼式飛灰折流板裝置(參見圖7)，可以有效減少帶入SCR裝置的飛灰量，特別是大顆粒爆米花灰團(tuán)(2)，也可以減輕SCR后繼設(shè)備(預(yù)熱器、電除塵等)的飛灰磨損、堵塞壓力。

1.3.4 變徑、彎頭的設(shè)計(jì)：大型煙風(fēng)道變徑和彎頭的工程設(shè)計(jì)一般是分開分別設(shè)計(jì)的，主要是考慮制作放樣簡化與方便。如果變徑量不是太大且結(jié)構(gòu)允許，將變徑與彎頭以及導(dǎo)流板融合在一個(gè)構(gòu)件中，從而可以簡化直煙道的設(shè)計(jì)與施工，也可以減少安裝難度。

1.3.5 煙道的熱膨脹位移：煙道的熱膨脹位移應(yīng)與坐式或吊式SCR反應(yīng)器的熱膨脹位移進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì);特別是在考慮省煤器出口垂直向下位移補(bǔ)償量比較大時(shí)，應(yīng)選用合適的補(bǔ)償器和吊架形式來分擔(dān)載荷與位移。

1.3.6 導(dǎo)流板設(shè)計(jì)：水平煙道如需要布置導(dǎo)流板應(yīng)盡量垂直布置;一般在入口煙道的變徑或彎頭的出口處布置的導(dǎo)流板比較適宜;流場模型雖需要尊重，但往往僅僅只是模型制作與實(shí)驗(yàn)方按設(shè)計(jì)師最初設(shè)計(jì)圖紙的一次擬合，其偏差和問題一般也不會(huì)反應(yīng)在流場報(bào)告中，很難對(duì)煙道、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)潛在問題的糾正起到作用，設(shè)計(jì)人員常常偏信于自己的原創(chuàng)設(shè)計(jì)不愿二次修改。這一點(diǎn)需要業(yè)主方留心。

1.3.7 煙氣與稀釋后的氨氣的拌和:有煙道內(nèi)斜噴自然拌合與折煙板被動(dòng)拌合兩種結(jié)構(gòu)形式。后者因存在煙氣阻力，且用鋼量增加，工程應(yīng)用較少。

1.3.8 煙道內(nèi)的防磨措施：主要是撐管、噴氨格柵以及蝦米彎迎風(fēng)面的防磨設(shè)計(jì)，一般設(shè)計(jì)師基本都會(huì)注意這一細(xì)節(jié)。

2.制作與安裝中的注意事項(xiàng)：

2.1反應(yīng)器本體制作與安裝：

2.1.1催化劑層的托盤大梁：有工字鋼結(jié)構(gòu)和口字鋼結(jié)構(gòu)兩種形式。前者市場上容易獲得，但因?yàn)榇嬖诜e灰問題，所以在節(jié)點(diǎn)焊接完成后，需要在側(cè)面點(diǎn)焊擋灰板，形成偽方梁結(jié)構(gòu);現(xiàn)場焊接量非常大，而且存在焊接變形、結(jié)構(gòu)誤差大等問題。后者結(jié)構(gòu)組合方便，焊接時(shí)需注意密封部位適當(dāng)?shù)胤搅舴艢饪准纯桑扑]采用。

2.1.2反應(yīng)器側(cè)墻及頂部密封板：密封板在地面分塊預(yù)制時(shí)要注意拼縫間隙的預(yù)留(一般3mm左右)，防止出現(xiàn)焊縫外觀雖飽滿但因?yàn)槲慈弁付粲袧撛诳p隙的問題;側(cè)墻密封板就位后的焊接一般采用內(nèi)部滿焊外部斷焊的形式;頂部密封板則采用上部滿焊下部斷焊的形式。頂板建議焊完后澆水驗(yàn)漏，以避免日后漏水聚灰。

2.1.3催化劑模塊的安裝導(dǎo)軌：一般都設(shè)計(jì)成直接焊在托盤大梁下方的形式。建議最好設(shè)計(jì)成分段可拆的結(jié)構(gòu)，在完成全部催化劑模塊箱安裝就位后全部拆除。

2.1.4反應(yīng)器催化劑安裝門與人孔門：有兩種可對(duì)比的結(jié)構(gòu)形式。一種是直接在門框外加蓋密封門板，門板外加罩式保溫。這種結(jié)構(gòu)在反應(yīng)器內(nèi)部靠門板處的催化劑模塊上部密封只能采用“╲”形斜置長薄鐵板形式，且催化劑模塊與門板之間會(huì)留有較大的空間。另外一種是“三明治”結(jié)構(gòu)形式，具有可拆卸的內(nèi)壁薄板、可拆卸的胎式保溫、適度的空氣絕熱層、法蘭面二次密封等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在反應(yīng)器內(nèi)部靠門板處的催化劑模塊上部密封處理上可以和其他側(cè)墻部位的處理方法取得一致。推薦采用后者。

2.1.5外保溫：一般設(shè)計(jì)三層保溫棉再外加化妝板的保溫結(jié)構(gòu)，雖然保溫材料厚度已近200mm，但由于一些不可預(yù)見的因素，如下雨、踩踏等等，局部保溫厚度仍有不理想的問題存在，使得SCR反應(yīng)室煙氣溫度場出現(xiàn)差異。推薦采用里層留100mm空氣層外加200mm厚保溫材料的結(jié)構(gòu)，可以保證外化妝板表面絕不燙手。

2.2催化劑模塊安裝：

2.2.1下部密封：要先確定好催化劑模塊箱在托盤大梁上的分布策略，然后在托盤大梁部位劃線或拉線，焊上模塊箱的定位塊，再在大梁上貼好底部的密封氈墊后，將模塊箱分別吊裝就位。當(dāng)?shù)走呄噜弮上錈o法實(shí)施有氈密封的措施時(shí)，要事先在其中一箱的底邊補(bǔ)焊一根輔助密封條，一方面能保證相鄰兩箱模塊的側(cè)向間隙，同時(shí)也能保證該處煙氣逃逸量盡可能減少。2.2.2上部密封：催化劑模塊間上部密封件安裝要在全部模塊箱就位完成之后統(tǒng)一進(jìn)行。最后做側(cè)墻和大門處的密封。

五、結(jié)論

通過以上對(duì)SCR裝置設(shè)計(jì)、制作、安裝等方面的降低氨逃的措施、注意事項(xiàng)和相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的歸納、總結(jié)，可以概括出以下基本結(jié)論：

①在SCR設(shè)計(jì)、安裝期間，加強(qiáng)工藝控制，合理安裝催化劑模塊箱間的密封件，將SCR脫硝裝置氨逃逸率控制在小于1ppm水平，是減少運(yùn)行中氨逃逸率突破3ppm影響后續(xù)設(shè)備形成ABS堵塞最有效、最直接的手段。要通過催化劑模塊箱上下二部密封件的精細(xì)安裝綜合作用減少氨逃，而不能僅指望上密封件的密封效果。

②因?yàn)橥斜P大梁的存在，在定制催化劑模塊箱的安裝策略時(shí)，不需要拘泥于催化劑模塊在反應(yīng)器內(nèi)的均布要求，在有梁處采用有隙并列，在無梁處盡量采用無隙并列;如果無梁處也采用有隙并列，則必須加裝輔助密封。這樣可以有效防止模塊箱上部密封失效后，煙氣在下部有隙處的逃逸。

③第三層催化劑的安裝雖有助于減少氨逃，但會(huì)帶來SO2轉(zhuǎn)化率的提高，對(duì)后繼設(shè)備并非有利，要慎用。如果是出于脫硝提效增加第三層催化劑，建議還是在爐前加裝SNCR，形成與SCR聯(lián)合脫硝機(jī)制，因?yàn)楹笳叩耐顿Y費(fèi)用會(huì)比前者少很多，效果卻是一樣的，而且可以通過安裝寬溫催化劑實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝。

總之，優(yōu)良的密封形式，精密的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理的煙氣流速，精細(xì)的安裝質(zhì)量，再結(jié)合可靠的運(yùn)行調(diào)節(jié)(如：盡量少噴氨，盡量減少SCR入口NOX濃度等)，必能實(shí)現(xiàn)SCR脫硝裝置氨逃逸率小于1ppm。

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