16潘庆，等：燃煤电厂脱硝催化剂机械损坏原因分析及处理Vol.24 No.l 燃煤电厂脱硝催化剂机械损坏原因分析及处理 潘庆1，闰军1，李佳华2
(1.重庆远达烟气治理特许经营有限公司，四川重庆400060; 2.内蒙古远达首大环保有限责任公司，内蒙古呼和浩特010010)
摘要：针对某燃煤电厂烟气脱硝存在的问题，分析了脱硝催化剂机械损坏的原因，提出了防止脱硝催化剂机械损坏的技
术措施和标准化管理措施。整改前后的脱硝数据表明，措施可行有效，能保证脱硝系统高效、稳定运行，可实现企业节能 减排。
关键词：脱硝；催化剂；机械损坏
中图分类号：X701.3 文献标志码：B 文章编号：2096-9104(2021)01-0016-05
Cause Analysis and Treatment of Mechanical Damage
可控硅触发电路
of Denitration Catalysts in Coal-fired Power Plants
PAN Qing1,YAN Jun1,LI Jiahua2
(I,C h o n g q in g Y uanda F lu e G as F ra n ch ised M anagem ent C o., L td., C hongqing 400060, C h in a;
2.In n er M ongolia Y uan d a Shouda E nvironm ental Protection C o., L td., H ohhot 010010, C hina)
Abstract：In allu sio n to th e problem s of flue gas d en itratio n in a c o a l-fire d pow er p lan t ,th e c au ses of m ech an ical dam age of d e n itration cataly sts are a n a ly z e d,a n d the tech n ical m easu res and standardized m anagem ent m easu res to p revent the m echanical d amage of d en itratio n cataly sts are put forw ard.T he d en itratio n d ata before and after rectific ation show s that th e m easures are feasible and e ffe ctiv e, w hich can e n su re the efficient an d stab le operation of the d en itratio n system an d realize energy saving and em ission red u ctio n of en terp rise s.
Keywords：d e n itra tio n; c a ta ly sts;m e c h a n ic a l dam age
0引言
选择性催化还原烟气脱硝技术是目前国内燃煤 电厂普遍采用的烟气脱硝技术111，其核心部分是催 化剂，催化剂的好坏直接关系到脱硝装置的安全和 经济运行[21。本文结合脱硝催化剂机械损坏的具体 技术问题，分析造成脱硝效率下降的原因，并提出相 应的解决方案，为燃煤电厂脱硝技术的应用提供一 定参考。
1项目简介
本文所涉某热电厂（2x300 MW)烟气脱硝特许 经营项目，采用选择性催化还原脱硝（Selective Cata-
收稿日期=2020-10-19
作者简介：潘庆（1970)，男，硕士，高级工程师，研究方向为燃煤电厂环保设施建设及运营管理：lytic Reduction，简称SCR)法，双烟道双反应器无脱 硝旁路布置方式，还原剂为液氨。人口氮氧化物 NOx浓度按400 mg/Nm3设计，脱硝效率不小于87.5 %，脱硝设备年平均利用小时数不小于5 300 h。
脱硝反应器布置在锅炉省煤器出口烟道和空气 预热器之间，该机组SCR脱硝装置，每台催化剂按 2+1层设计。采用18孔蜂窝式催化剂，2015年9月初装第一、二层催化剂；2017年9月加装第三层20孔 催化剂；2018年8月更换第一、二层18孔催化剂。
2脱硝存在的问题
2020年初，2号机组A侧入口 NOx浓度波动大，在人口 NOx浓度未达设计值的情况下，喷氨阀门开 度增加至最大值，出现脱硝效率低、NOx浓度控制困 难的现象。脱硝反应效果不明显，可能存在电厂总 排口净烟气NOx浓度超标、超限的风险。
第24卷第1期
山东电力高等专科学校学报
Journal of Shandong Electric Power College17
在2020年7月A级检修过程中检查发现，脱硝 催化剂存在严重损坏、坍塌、堵塞的现象。A侧第一 层催化剂损坏坍塌比较严重，A侧第二、三层以及B 侧第一、二、三层催化剂均未发现较严重的损坏。催 化剂损坏呈现区域性，反应器人口侧靠前墙区域有 两列催化剂损坏磨损坍塌非常严重，蒸汽吹灰行程 区域范围内的损坏坍塌非常严重。A侧、B侧三层催 化剂均有大面积积灰堵塞现象，迎风面催化剂孔内 有块状的灰样。催化剂单元表面出现板结现象，A 侧比B侧严重，第一层催化剂比第二、三层严重。喷 氨格栅、反应器入口水平烟道、导流板、催化剂支撑 梁、催化剂等处出现大量的飞灰粘结堆积现象。 该脱硝单层单侧催化剂模块为6x10排列方式，单个模块由6x12单元块组成。模块尺寸为1 960 mmx 966 mmxl 130 mm，单兀块尺寸为 150 mmxl50 mmx 880 mm。在等级检修过程中发现，A侧第一层
催化 剂损坏、坍塌及堵塞现象严重，其中损坏催化剂单元 块647块，坍塌催化剂单元块1 014块，A侧第一层催 化剂共有10列，第一列催化剂靠反应器前墙布置，第 十列催化剂靠声波吹灰器（反应器后墙）布置，各列 催化剂左侧为3台蒸汽吹灰器，2号机组脱硝A侧第 一层催化剂损坏描述如表1所示。
表12号机组脱硝A侧第一层催化剂损坏描述表
催化剂磨损情况描述
第一列催化剂磨损坍塌率100%
第二列催化剂磨损坍塌率100%
第三列催化剂堵塞率80 %；可疏通20 %
第四列催化剂堵塞率80 %；可疏通20 %
第五列催化剂堵塞率80 %；可疏通20 %
第六列催化剂堵塞率50 %；可疏通50 %
第七列催化剂堵塞率70 %；可疏通40 %
实验室升降台
第八列催化剂堵塞率40 %；可疏通50 %
第九列催化剂堵塞率30 %；可疏通20 %
第十列催化剂堵塞率5 %；可疏通50 %
3催化剂损坏原因分析
1)A侧第一层催化剂损坏比B侧严重，可能是两 侧流场不均匀，A侧烟气量较大所致，因此怀疑A侧、B侧烟气量存在偏流现象。从脱硝装置运行参数分 析可以看出，A侧的烟气流量比B侧大，烟气流速加快，同样截面情况下，A侧损坏比B侧严重。2号机
组A侧和B侧烟气流量统计如表2所示。
表2 2号机组A侧和B侧烟气流量统计表
序号负荷/MW
A侧烟气流量/
(x l〇、!W.h-i)
B侧烟气流通/
(x K p N m^h1) 1260534524
2260570524
3260537507
4260541497
5260571526
6260563533
7260516504
8260508502
2)烟气中的大颗粒硬质灰通过顶部烟道弯头
时，烟气流速发生改变，前墙区域内烟气中的大颗粒
硬质灰在重力作用下快速下降，致使前墙区域灰浓
度大、硬度大，这是造成前墙区域催化剂损坏加速的
根本原因[3]。损坏位置示意图如图1所示。
3) 同一反应器前后墙烟气流速存在不均匀的现 象，在反应器内容易造成烟气的混合絮流。通过上
层催化剂后容易在中层和下层催化剂之间产生涡
流，造成催化剂的非正常损坏。
4) 硫酸氢氨沉积在催化剂小孔中，是反应器内 积灰的根本原因，从而引起催化剂堵塞，造成反应器
局部烟气流速过快，加快催化剂的损坏和单元块的
坍塌。同时迎风面催化剂孔内有块状的灰样，在催
化剂单元表面出现板结现象。
18潘庆，等：燃煤电厂脱硝催化剂机械损坏原因分析及处理
Vol .24 No.l
5)
飞灰中CaO 的含M 、飞灰粒度等也是反应器磁悬浮鼠标
内积灰的原因。CaO 含量超标，生成的硫酸钙附着 在催化剂表面，引起催化剂堵塞。堵灰严重会造成 局部烟气流速过快，从而造成催化剂的损坏和单元 块的坍塌。
6)
催化剂中毒。砷中毒是烟气中含有氧化二
砷（A s 203)引起的，二砷尘的堆积和扩散 进入催化剂，并在活性和非活性区域固化，使气体在 催化剂内的扩散受阻，微孔结构遭到破坏，导致催化 剂丧失活性。碱金属Na 、K 含量超标，导致催化剂表 面的活性位接触，使催化剂活性降低4 ]。实际灰样 成分中的Na 、1C 、As 203分析报告数值比设计标准高。
2号机组取样分析情况如表3所示。由此可见 灰样中A 1203的含量超过设计值，使灰硬度超标，从 而导致催化剂损坏；碱金属Na 、K 含量超标，可能会 有化学中毒的风险。
7)
氨逃逸率表计测量不准确。烟气含尘量大， 激光镜片上积灰严重，导致氨逃逸率表计的透光率 大幅下降。氨逃逸率表计测量不准确，无法实时提 供准确的氨耗量，使运行人员调整喷氨流量缺乏依 据，无法保证机组安全经济运行。
4催化剂损坏采取的措施
1)
针对检查的实际情况，在等级检修过程中，对
损坏的脱硝催化剂进行局部更换及疏通，总共更 换1656块催化剂单元模块。其中A 侧第一层更换 1 126块，第二层更换350块，第三层更换30块；B 侧 第一层更换150块。
2)
联系科技公司对脱硝反应器进行烟气流场试
验，及时查原因，对烟道内部导流板等进行相关改 造。利用CFD 数值模拟烟道及反应器内的流场，如 图4所示。根据脱硝人口烟道及反应器的实际布置 情况，依照1: 10的比例制作实物模型，核实烟气的 流程分布情况。根据模拟的结果，新增导流板、调整
瓶装水包装
导流板安装角度及加装防磨角钢5，从而达到最优 的烟气流动分布、最优的氨/烟气混合性能及最低的 压降。
拆除A 侧部分导流板，
使烟气均匀地进人反应 器，确保烟气流速足够均匀，并确保反应器中第一层 催化剂的角度；更换的导流板2与原导流板2相比， 改变其尺寸和安装角度，且前段新增200 mm ，实现 烟气以一定的角度扩散；导流板2，3,4处流速较高， 需要安装防磨角钢。
3)
喷氨系统的检修。检查喷氨格栅，喷氨格栅
支管上方有大量的板结积灰，喷氨格栅喷嘴部分轻 微堵塞，需进行疏通。
4)
吹灰器系统检修。对蒸汽吹灰器进行检修处
理，检查更换减速机构润滑油和骨架密封；进气阀检 修处理，检查耙管喷嘴并校核调整喷行程；对声波
吹灰器的压缩空气管路进行检查、排污；发音器进行 检查疏通，清理A 、B 段管壁内结垢物，更换检查膜 片；更换声波吹灰器破损的保温。
5)
蒸汽管道系统检修。检查蒸汽管道及阀门，
更换内漏的蒸汽母管一次阀，清理蒸汽管道杂质；检 查蒸汽疏水阀，清理疏水阀内部石墨垫丝圈等杂质。
表3 2号机组取样分析情况
（％)
项目名称S i02Fe203
Al2〇3
C aO
M gO
T i02S 03Na，0
K20
A s 203
设计标准51.4510.0115.76 6.32 2.900.859.12 1.08 1.52/第一层粉末状42.13 5.8519.3114.11 2.76 1.64 6.50 2.16 1.790.01第二层粉末状39.20 5.7917.3415.92 3.01 3.4210.48 1.85 1.58/第三层粉末状
44.67
6.58
20.48
12.39
2.29
1.40
4.76
1.54
1.96
0.01
第24畚第1期
山东电力高等专科学校学报
Journal of Shandong Elec tric Power College
19
逸率约为0.06 mg/Nm3,9月氨逃逸率约为0.08 mg/
Nm 3，氨逃逸明显减小，氨逃逸率修前修后数值对比 如图7所示。
5月
6月
8月
9月
时间
图6
液氨耗用率
据统计分析，2号机组检修前，A 侧喷氨调节阀
A 动投运率约为10%,
B 侧自动投运率约为60%；机 组检修后，A 侧、B 侧喷氨调节阀自动率约为90%，喷 氨自动灵敏、可靠。
等级检修前，5月氨逃逸率约为0.17 mg/Nm\6 月氣逃逸率约为0.28 mg/Nm_\等级检修后，8月氛逃
6)硝区反应器就地和远传的仪表进行检查、清 理、校验及更换。
5检修前后数据对比
机组检修前，在相同运行工况下，A 侧反应器差
压与B 侧差压相差约50 Pa 。检修过程中，对脱硝催 化剂进行更换和疏通，并对烟道流场进行了改造。 机组检修完毕后，在相同工况下，A 侧与B 侧差压基 本相同。检修前后的差压数值如图5所示。
图5
检修前后A 侧与B 侧压差数值
等级检修完毕后，相同T .况下液氨耗用率明 下降，如图6所示。检修前，2020年5月液氨耗用率 为 0.49 gA kW. h )，6 月液氨耗用率为 0.57 g /( kW • h ); 检修后在相同工况下，8月份液氨耗用率降至
0.341 kW • h ),9 月份液氨耗用率为 0.36 g /( kW . h )。5月 6月 8月
时间
图7检修前后氨逃逸率数值
综上，等级检修结束后，各项数据优良，满足生 产要求。
6日常生产标准化管理
1)
严格执行公司制定的运行标准化操作。运行
过程的关注点：锅炉四管泄漏，需注意不得将水溅入 催化剂，SCR 系统中不得有液态水，减少水蒸气；烟 气中的氨和NOx 必须混合均勻；观察烟气量，流速变 化对催化剂损坏有较大影响；催化剂层的压降，氨耗 量和氨逃逸率需要每天记录，可通过灰分中氨浓度 反应氨逃逸率；加强对运行数据的分析，有利于SCK 系统的运行控制；尽量燃用催化剂技术协议中的规 定煤质，若燃用其他煤质，及时联系催化剂厂家，采 取相应的措施。
2)
加强吹灰器管理。依照吹灰厂家的要求进行
吹灰操作，确保蒸汽温度和压力符合要求；当发现催 化剂层的压降增加时，需要逐步增加吹灰器的吹灰 频率，建议增加声波吹灰器的压力和频次；在停机前 和停机过程中，需要运行吹灰以将停留在催化剂表 面的灰分减到最少；蒸汽吹灰的频次、压力、蒸汽温 度等参数在同机组、同负荷、相同煤种下，对吹灰效 果进行历史寻优；声波吹灰气源满足要求，保证品 质，完善声波吹灰器的保温；选择高效节能清灰系 统，提高声波吹灰的能效，取代蒸汽吹灰器，减少催 化剂机械损坏。
3)
运行过程中注意控制喷氨总量，防止喷氨过
量。当SCR 人口烟气温度低于最低连续喷氨温度 时，通过协调负荷、调整燃烧提高SCR 人口温度，如
广
-S M
S
o Q
o
o o
5
4
3 2 1
0.0.o . o . o . o
.(，-(H
• 5
)
■
20
潘庆，等：燃煤电厂脱硝催化剂机械损坏原因分析及处理
Vol .24No.l
金属丝的杨氏模量达不到要求，需停止喷氨。在低温下喷氨短时间运 行后，尽快提高机组负荷及烟气温度，消除硫酸铵盐 的影响。对氨逃逸测量装置和NOx 测量装置进行及 时校验或更换。实时进行喷氨量实际值与设计值的 比较，发现实际氨耗偏高时，进行调整。随时对比
SCR 脱硝装置出口 NOx 浓度与脱硫塔出口 NOx 浓度 的差别，判断NH,/NOx 摩尔比分布的均匀性。
4)
依照SC R 系统运行技术规范，定期开展对 AIG 喷氨的优化调整（每年一次）。根据反应器内 NOx 浓度分布特点优化喷氨量，使烟道端面喷氨量 分布更加合理，保证SCR 出口 NOx 浓度和氨逃逸能 够均匀分布；定期开展（每季度一次）氨逃逸化学法 采样与分析测试试验[6]，确保SCR 氨逃逸控制在 2.5 mg /Nm 3以下，减少堵塞风险。
5)
高中低负荷下，出NH 3逃逸上限对应的当 前最大安全脱硝效率，通过效率监控氨逃逸，替代
NH ,-CEMS ，提高测量准确性。定期对炉底飞灰进行 含氨量监测，跟踪氨逃逸情况。
氧化挂具6)
加强对吹灰器设备维护管理，提高设备的可
靠性。检查吹灰设备及蒸汽阀门（疏水阀处杂物清 理）、压缩空气参数，避免设备无效运行和吹灰死角。 合理调整吹灰频率和吹灰顺序，必要时增加吹灰频 率，减缓催化剂持续堵塞的问题。
7)
优化配煤方式，配煤掺烧降低人炉煤含硫量
和Ca 、Na、K 的含量。
8)
降低进、出口氨氮偏差，进行喷氨优化。定量
分析影响供氨自动调节的因素，明确机组不同负荷
工况下对应的最大喷氨量限制，防止自动调整时氨 逃逸过大。增加不同运行条件对应的喷氨量参考 值，供运行人员在手动调节时参考，避免过量喷氨。 对高硫分煤种，应严格控制喷氨量，防止过喷氨，控 制硫酸氢铵生成量。合理调整低氮燃烧器运行方 式，降低NOx 产生量，减轻脱硝装置运行压力，避免 催化剂超负荷运行。
9)做好定期取样检查工作，实时掌握催化剂活
性劣化趋势，评估催化剂活性。
7结语
通过对某燃煤电厂脱硝装置单侧催化剂机械损
坏原因进行分析总结，探索脱硝系统运行调整、设备 维护的规律，加强管理与沟通，调整锅炉燃烧，消除流
场偏差，确保脱硝装置安全、经济运行
D
参考文献
[1 ]
环境保护部.火电厂氮氧化物防治技术政策[S].2010.
[2
] 环境保护部.全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案 [S].2015.
[3] 西安电力研究院.火电厂SC R 烟气脱硝技术[M ].北京：中国电
力出版社，2013.
[4]
陶莉.燃煤电厂烟气脱硝技术典型案例[M ].北京：中国电力出
版社，2019.
[5]
张强.燃煤电站SCR 烟气脱硝技术及T.程应用[M ].北京：化学
工业出版社,2007.
[6]
国家能源局.火电厂烟气脱硝（S C R )系统运行技术规范：DL/
T 335-2010[S ].北京：中国电力出版社，2011.
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