SCR装置结构设计制作安装中控制氨逃逸率的几项措施

摘 要：本文通过对本厂4套SCR装置的氨逃逸状况的介绍、原因分析，总结了SCR装置在结构设计、制作安装等环节中实现氨逃逸率降低到1ppm以下的意义、注意事项、技术措施和实践经验。
一、前言 《火电厂烟气脱硝技术导则》(DL/296-2011)明确：采用SCR 工艺的脱硝装置氨逃逸浓度宜不大于2.3mg/m3(即<3ppm)。 2014年以来，全国大部分30万以上的燃煤机组都安装了SCR脱硝装置，并普遍按照氨逃逸率小于3ppm设计、完成安装。实践下来，小于3ppm的氨逃逸率是比较容易做到的，但运行中经常出现突破3ppm的情况，继而引发炉后预热器、布袋除尘等设备上ABS(硫酸氢铵)生成与堵塞等系列问题。 如果SCR装置投运后各项参数符合设计要求，且氨逃逸率小于并接近3ppm的情况，可以认为这项指标只是达到了合格的水平，没有给运行中的各项不可预见的因素留下合理的空间;相反，如果在设计安装阶段能够将氨逃逸率做到小于1ppm的情况，运行中氨逃逸率出现突破3ppm的情况就会大为减少。 本文旨在总结控制SCR脱硝装置氨逃逸率小于1ppm的设计、制作安装等方面的措施与经验，使之成为今后指导脱硝催化剂安装、检修、调控的参考依据。
二、问题 望亭电厂#11机组为一套310MW燃煤机组，1997年投产，2013年底完成SCR改造。该SCR装置投运两年多来，氨逃逸率一直小于1ppm。其运行SIS数据显示(参见图1)令同类煤电企业称羡。而在其之前投产的#14、#3、#4机组SCR装置虽然在额定工况下能达到氨逃逸率3ppm左右的水平，但时有超过3ppm的情形发生。得益于第三层催化剂的添加，# 14机组SCR装置2016年四季度增容提效超低排放改造实施完成以后，基本做到氨逃在1ppm左右，低负荷时可以做到小于1ppm。而# 4机组SCR装置2016年二季度增容提效超低排放改造实施完成以后，在与#3机组负荷、入口NOX浓度等基本接近的情况下，曾经一度出现过连续数月氨逃逸率在5~8ppm左右的水平，且单侧喷氨量较#3机组同侧比平均要多20~30kg/h， 非常令人不解;2016年1月中旬，经过督促运行燃烧调整近一个月，该参数好转;目前，满负荷下进口NOX浓度、氨逃逸率分别在280mg/Nm3、3ppm，低负荷下分别为170mg/Nm3、1~1.5ppm，与#3机组参数基本一致。                               三、原因 造成SCR工艺的脱硝装置氨逃逸浓度大于3ppm的原因比较多，无非人、机、料、法、环五方面，其中*直接的也是*主要的原因包括： 装置本身的催化剂模块箱间的安装密封是否可靠?催化剂模块箱的安装策略，以及模块箱之间上下密封件的结构形式、安装质量，决定了装置本身固有的烟气旁路逃逸的程度。 是否过量喷氨?在SCR装置催化还原能力的额定参数范围内，氨逃一般随喷氨量增加而增加。出现过量喷氨，一方面可能是SCR装置入口烟气中的NOX浓度偏高造成，另一种可能是飞灰堵塞了催化剂表面的毛细孔，或催化剂中毒、失效、失活等因素，影响了催化剂的还原能力所致。 另外，不可忽略的间接原因有： 催化剂飞灰堆积、堵塞与磨损：来自省煤器出口的爆米花状的大颗粒灰团，或者来自反应器顶部局部的大块团灰集中坍塌，堵塞了催化剂的入口小孔，造成催化剂有效过烟表面减少，烟气从未堵塞的催化剂表面通过时速度加快并快速磨损，直至过烟的催化剂局部出现磨损塌陷失效，氨气随烟气直接从磨损塌陷处逃逸。 烟气中氨气分布不均：稀释后的氨气在SCR进口烟道中的二次拌和不理想，出现在反应室时的氨气存在分布不均的现象，局部浓度高的地方氨逃量就会大些。这种不均匀，可能是喷氨格栅各路供氨节流调节不理想造成，也可能是喷氨格栅管道磨穿等原因造成，需要在运行阶段加以调控(而后者往往已经很难调控)。 测量装置取样点不具有代表性：由于烟气取样测点分布较少，烟道内烟氨混合气体中的氨气浓度分布均匀性本来就不好，或者取样点口部飞灰粘黏作用，使所取到的烟气样品参数偏离实际，反应不了氨气浓度瞬态平均水平。 还有其他一些次要因素，如人的因素等，不再赘述。 鉴于此，解决氨逃逸浓度大于3ppm的问题，应从主要原因、直接原因上下手。在设计制作安装阶段，应尽可能采取措施，降低SCR装置本身固有的烟气旁路逃逸水平，以实现氨逃逸率<1ppm。
四、措施对策 做到氨逃逸率<1ppm，这是一个具有双向驱动的现场需求。对用户端而言：重在如何审查、督导降低氨逃的各项技术需求得以实现;对设计、施工端而言：重在如何贯彻落实降低氨逃的各项施工技术措施。对一般的业主来讲，采用总承包方式，将设计、安装全权委托给总承包方是不错的选择，但容易失控的是：总承包方往往将满足于氨逃逸率<3ppm作为*起码的承诺，不会将氨逃逸率<1ppm写在技术协议中，并且会找出一大堆理由来忽悠业主方的代表。所以建议业主和总承包方的技术协议中应该明确这一细节，即完工后达到氨逃逸率<3ppm(合格)、<2ppm(良好)、<1ppm(优秀)的情况下如何激励。 实现氨逃<1ppm，需要从结构设计、制作与安装、检修、运行、监造、管理等多环节进行综合考量。其中关键是结构设计、制作与安装两个环节，这两个环节做好了，反应器性能基本定型了;其他环节，在于完善、微调与预防。 1.结构设计注意事项： 1.1反应器本体设计： 1.1.1第I层催化剂层的上方应有足够的烟气均化空间：有些反应器设计时，反应器顶子的倾斜度比较大，实际压缩了顶部的烟气均化空间，同时烟气对顶部冲刷磨损，容易产生泄漏让外部雨水在顶部缝隙处侵湿，从而引发顶部到后墙拐角处大块积灰聚集后塌落堵住催化剂入口。实际反应器顶子只要稍微有点去水坡度就可以了，不留去水坡度，在顶部外保温护板上直接做出去水坡度也可以。 1.1.2反应器内壁要光滑，尽可能不要有凸起物，避免产生挂灰：安装作业中，施工人员有部分小的吊耳之类的构件焊在内壁上忘了拆除，这些凸起物容易产生钟乳状的挂灰;挂灰多了承受不了就会掉下来，堵住催化剂入口。 1.1.3催化剂模块的安装导轨*好是可拆卸的：安装导轨工字钢如果不拆除会聚灰，声波吹灰时，灰会掉下来，可能堵住催化剂入口。 1.1.4反应器顶板不要漏水:反应器顶板焊缝特别是交汇焊缝处容易产生焊接缺陷，雨水进入后不能及时蒸发就会渗透到反应器内部，引发内壁受潮而聚灰，特别是反应器后墙和顶部交接处，形成大块聚灰脱落，堵住催化剂入口。目前从一些电厂催化剂大面积堵塞案例来看，大量塌灰情形基本都是发生在靠后墙处;还有一种观点认为：这可能是反应室烟气流速设计不当(流速过低)造成的(1)。 1.1.5外保温厚度足够:外保温不够厚的地方散热快，烟气温度局部会降低，催化还原反应效果会降低，氨逃逸率局部会提高。

1.2催化剂模块设计：

1.2.1催化剂外形：一般长*宽为1840*920，高度由内芯体积决定。箱体外形由催化剂厂家设计，基本规整统一，但某些厂商的在箱体的结构设计和制作上可能存在缺陷和不足，主要表现在：外箱体的加固扁铁设置、箱体金属材质、吊耳结构等方面，需要业主引起注意。当供应商无法确认箱体金属材质时，要坚持向厂商索取材质报告(这一点容易被业主忽视)。

1.2.2催化剂内芯：其通道长度是通过满足反应性能的有关参数反推确定的，其中*主要的参数是比表面积和节距等。要尽量选长一点的通道，以争取足够的反应过程。但也不要超出有效的取样空间所限制的高度。

1.2.3催化剂模块箱的安置策略：一般来讲，催化剂模块箱按侧隙均布安置的策略是经常被设计安装单位来采用的，这是按催化剂模块箱上口沿部位烟气尽量均布这一考量来安排的，但没有考虑催化剂模块箱下口沿是搁在一定宽度的大梁上这一客观因素。还有一种策略就是：在有梁的地方催化剂模块箱按有侧隙方式排列，在无梁的区域采用催化剂模块箱无侧隙并列方式排列的。后者这种安置策略的氨逃将明显小于前者。

1.2.4催化剂模块安装密封形式

催化剂模块上部密封形式基本有三种情况(参见图2)：“介”字形定型折边插件，“○”

形长圆管，“∩”形折边密封件。三种情况以前者*好，因采用水平面直线压边，泄漏量*小，且正交相贯处切割施工安装都很方便，无需点焊固定，建议采用;但要注意用料，*好是不锈钢材质的，比较耐磨。

催化剂模块上部辅助密封有两种情形(参见图3)：无间隙并列和有间隙并列的上部辅助密封形式，区别在于在一组催化剂模块箱上部侧面点焊了一根定距的扁铁或角铁构件，分别适用于下部长边无梁时催化剂模块箱无隙并列和有隙并列两种情况。

催化剂模块上部与反应器侧墙密封有两种情形(参见图4)：“亻”字形定型折边插件，“╲”形斜置长薄铁板。后者需要焊接点固，拆装不方便。推荐采用前者。

催化剂模块下部密封形式有两种情形(参见图5)：三边有毡和对边有毡。对边有毡时需针对相邻侧边无间隙并列和有间隙并列两种情况分别设置侧边的密封结构。也有侧边有间隙时并不考虑侧边下部辅助密封结构的。这就要看设计者和施工者的意愿了。当侧边有隙并列时，如不安排侧边下部的辅助密封角铁，虽然也能保证*终氨逃<3ppm，但与无隙并列或有隙并列时加装侧边下部辅助密封角铁这两种情形的氨逃效果是有明显差别的，后者基本可做到<1ppm，而前者*小可做到<1.5~2.0ppm。典型案例就是SCR3、4的反应器催化剂下部密封问题(参见图6)。

1.3进出口烟道设计：

1.3.1 SCR入口水平烟道尽可能短些：这一需求主要是考虑存在于水平烟道底部的积灰问题。过长的水平烟道底部的沉积飞灰，会增加烟道载荷，有使烟道垮塌的风险。2015年曾有某电厂SCR进口水平烟道因积灰垮塌事故发生的案例。

1.3.2 在SCR烟气入口垂直烟道上布置喷氨格栅：实践证明，在SCR入口垂直烟道上布置喷氨格栅要优于在SCR入口水平烟道上布置喷氨格栅的任何形式。在水平烟道上垂直地布置喷氨格栅，因为烟道底部积灰的原因，会将靠近烟道底部的1—2排的喷嘴完全掩埋，使喷氨格栅飞灰磨损进一步加剧，特别是磨穿后，喷氨的均匀性根本无法保障。

1.3.3 SCR烟气入口烟道的去灰设施：省煤器出口端的折烟角深度一般较浅(有的机组甚至就不带折烟角)，不足以将大量的飞灰有效地导入省煤器灰斗，加装蝙蝠翼式飞灰折流板装置(参见图7)，可以有效减少带入SCR装置的飞灰量，特别是大颗粒爆米花灰团(2)，也可以减轻SCR后继设备(预热器、电除尘等)的飞灰磨损、堵塞压力。

1.3.4 变径、弯头的设计：大型烟风道变径和弯头的工程设计一般是分开分别设计的，主要是考虑制作放样简化与方便。如果变径量不是太大且结构允许，将变径与弯头以及导流板融合在一个构件中，从而可以简化直烟道的设计与施工，也可以减少安装难度。

1.3.5 烟道的热膨胀位移：烟道的热膨胀位移应与坐式或吊式SCR反应器的热膨胀位移进行关联设计;特别是在考虑省煤器出口垂直向下位移补偿量比较大时，应选用合适的补偿器和吊架形式来分担载荷与位移。

1.3.6 导流板设计：水平烟道如需要布置导流板应尽量垂直布置;一般在入口烟道的变径或弯头的出口处布置的导流板比较适宜;流场模型虽需要尊重，但往往仅仅只是模型制作与实验方按设计师*初设计图纸的一次拟合，其偏差和问题一般也不会反应在流场报告中，很难对烟道、反应器结构潜在问题的纠正起到作用，设计人员常常偏信于自己的原创设计不愿二次修改。这一点需要业主方留心。

1.3.7 烟气与稀释后的氨气的拌和:有烟道内斜喷自然拌合与折烟板被动拌合两种结构形式。后者因存在烟气阻力，且用钢量增加，工程应用较少。

1.3.8 烟道内的防磨措施：主要是撑管、喷氨格栅以及虾米弯迎风面的防磨设计，一般设计师基本都会注意这一细节。

2.制作与安装中的注意事项：

2.1反应器本体制作与安装：

2.1.1催化剂层的托盘大梁：有工字钢结构和口字钢结构两种形式。前者市场上容易获得，但因为存在积灰问题，所以在节点焊接完成后，需要在侧面点焊挡灰板，形成伪方梁结构;现场焊接量非常大，而且存在焊接变形、结构误差大等问题。后者结构组合方便，焊接时需注意密封部位适当地方留放气孔即可，推荐采用。

2.1.2反应器侧墙及顶部密封板：密封板在地面分块预制时要注意拼缝间隙的预留(一般3mm左右)，防止出现焊缝外观虽饱满但因为未熔透而留有潜在缝隙的问题;侧墙密封板就位后的焊接一般采用内部满焊外部断焊的形式;顶部密封板则采用上部满焊下部断焊的形式。顶板建议焊完后浇水验漏，以避免日后漏水聚灰。

2.1.3催化剂模块的安装导轨：一般都设计成直接焊在托盘大梁下方的形式。建议*好设计成分段可拆的结构，在完成全部催化剂模块箱安装就位后全部拆除。

2.1.4反应器催化剂安装门与人孔门：有两种可对比的结构形式。一种是直接在门框外加盖密封门板，门板外加罩式保温。这种结构在反应器内部靠门板处的催化剂模块上部密封只能采用“╲”形斜置长薄铁板形式，且催化剂模块与门板之间会留有较大的空间。另外一种是“三明治”结构形式，具有可拆卸的内壁薄板、可拆卸的胎式保温、适度的空气绝热层、法兰面二次密封等结构特点，在反应器内部靠门板处的催化剂模块上部密封处理上可以和其他侧墙部位的处理方法取得一致。推荐采用后者。

2.1.5外保温：一般设计三层保温棉再外加化妆板的保温结构，虽然保温材料厚度已近200mm，但由于一些不可预见的因素，如下雨、踩踏等等，局部保温厚度仍有不理想的问题存在，使得SCR反应室烟气温度场出现差异。推荐采用里层留100mm空气层外加200mm厚保温材料的结构，可以保证外化妆板表面绝不烫手。

2.2催化剂模块安装：

2.2.1下部密封：要先确定好催化剂模块箱在托盘大梁上的分布策略，然后在托盘大梁部位划线或拉线，焊上模块箱的定位块，再在大梁上贴好底部的密封毡垫后，将模块箱分别吊装就位。当底边相邻两箱无法实施有毡密封的措施时，要事先在其中一箱的底边补焊一根辅助密封条，一方面能保证相邻两箱模块的侧向间隙，同时也能保证该处烟气逃逸量尽可能减少。2.2.2上部密封：催化剂模块间上部密封件安装要在全部模块箱就位完成之后统一进行。*后做侧墙和大门处的密封。

五、结论

通过以上对SCR装置设计、制作、安装等方面的降低氨逃的措施、注意事项和相关实践经验的归纳、总结，可以概括出以下基本结论：

①在SCR设计、安装期间，加强工艺控制，合理安装催化剂模块箱间的密封件，将SCR脱硝装置氨逃逸率控制在小于1ppm水平，是减少运行中氨逃逸率突破3ppm影响后续设备形成ABS堵塞*有效、*直接的手段。要通过催化剂模块箱上下二部密封件的精细安装综合作用减少氨逃，而不能仅指望上密封件的密封效果。

②因为托盘大梁的存在，在定制催化剂模块箱的安装策略时，不需要拘泥于催化剂模块在反应器内的均布要求，在有梁处采用有隙并列，在无梁处尽量采用无隙并列;如果无梁处也采用有隙并列，则必须加装辅助密封。这样可以有效防止模块箱上部密封失效后，烟气在下部有隙处的逃逸。

③第三层催化剂的安装虽有助于减少氨逃，但会带来SO2转化率的提高，对后继设备并非有利，要慎用。如果是出于脱硝提效增加第三层催化剂，建议还是在炉前加装SNCR，形成与SCR联合脱硝机制，因为后者的投资费用会比前者少很多，效果却是一样的，而且可以通过安装宽温催化剂实现全负荷脱硝。

总之，优良的密封形式，精密的结构设计，合理的烟气流速，精细的安装质量，再结合可靠的运行调节(如：尽量少喷氨，尽量减少SCR入口NOX浓度等)，必能实现SCR脱硝装置氨逃逸率小于1ppm。

联系我们                    

山东新泽仪器有限公司

地址：山东济南天桥区蓝翔路时代总部基地三区10号楼

TEL：

联系人：仝西战

24小时TEL：

传 真：

V信：xinzeyiqi

lm