選擇性催化還原(SCR)脫硝技術(shù)以成熟的工藝和較高的脫硝效率在燃煤電站中被廣泛應(yīng)用。脫硝催化劑是SCR脫硝系統(tǒng)中最重要的材料，在使用中會(huì)受到多種不利因素的影響而造成脫硝性能下降，煙氣中攜帶的灰便是影響因素之一，并且大顆粒灰的影響最大。
某電廠燃用煤種多變，容易產(chǎn)生大顆?；遥覠煔庵邪橛凶矒艉蠼沽?，大顆粒灰和焦粒被煙氣攜帶到催化劑表面均會(huì)導(dǎo)致催化劑堵塞。SCR脫硝系統(tǒng)采用高塵布置，在運(yùn)行中煙氣中的大顆?；以斐身敳康谝粚哟呋瘎┒氯瑖?yán)重影響SCR脫硝設(shè)備的正常運(yùn)行。在目前環(huán)保壓力巨大的情況下，對(duì)機(jī)組進(jìn)行超低排放改造，如何有效分離大顆?；?，保證SCR脫硝系統(tǒng)安全高效運(yùn)行是目前各電廠亟待解決的問題。
1 來源分析
大顆粒灰(見圖1)是在燃燒過程中產(chǎn)生的，熔渣造成細(xì)小顆粒的飛灰聚集形成大顆粒。大顆?；覟槎嗫捉Y(jié)構(gòu)，且密度較小、外形不規(guī)則，粒徑很容易達(dá)到10mm以上。催化劑布置的節(jié)距有限，大顆?；覠o法通過催化劑，容易造成催化劑堵塞，在嚴(yán)重情況下，堵塞造成煙氣通流面積減小，局部區(qū)域的煙氣流速增加而引發(fā)催化劑磨損。大顆粒灰很難在流動(dòng)中破碎，也很難通過擴(kuò)展煙道、降低煙氣流速使其沉降。
圖1 大顆粒灰
2 捕集方法
在眾多的失活成因中，堵塞是催化劑失活最主要、最常見的物理成因，反應(yīng)器內(nèi)大面積灰堵塞現(xiàn)象往往是由大顆?；乙稹榱耸筍CR脫硝設(shè)備長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，防止催化劑堵塞是首要措施。阻止煙氣中的大顆?；疫M(jìn)入反應(yīng)器，通常采用省煤器灰斗改造或加裝大顆?；覕r截網(wǎng)的方法。
2.1省煤器灰斗改造
目前國(guó)內(nèi)電站燃煤鍋爐省煤器出口普遍設(shè)置收塵灰斗，也有一些鍋爐不設(shè)灰斗。省煤器灰斗對(duì)煙氣中攜帶的灰有一定收集作用，煙氣中攜帶的灰隨氣流方向和速度的變化，部分從氣流中分離出來進(jìn)入灰斗;然而，常規(guī)灰斗的煙氣轉(zhuǎn)向范圍較小，部分大顆粒灰不能沉降，會(huì)隨煙氣直接進(jìn)入水平煙道，并且灰斗內(nèi)流場(chǎng)不均勻還會(huì)導(dǎo)致二次揚(yáng)灰，使已經(jīng)沉積的飛灰再次進(jìn)入煙道內(nèi)。通過流場(chǎng)模擬對(duì)省煤器灰斗進(jìn)行優(yōu)化改造，可以使大顆?；遗c灰斗側(cè)壁碰撞而被捕集到灰斗內(nèi)，增強(qiáng)灰斗對(duì)大顆粒灰的收集作用。
2.2加裝大顆粒灰攔截網(wǎng)
省煤器灰斗優(yōu)化改造并不能完全收集煙氣中的大顆?；?，并且有些機(jī)組并不具備對(duì)省煤器灰斗進(jìn)行優(yōu)化改造的條件。因此，在灰斗上加裝大顆?；覕r截網(wǎng)是一種更為高效的分離大顆?；业姆椒?。加裝大顆?；覕r截網(wǎng)在國(guó)際上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，并被證明是一種可靠的可以阻止大顆粒灰連續(xù)進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器的技術(shù)。
2.2.1攔截網(wǎng)形式
大顆?；覕r截網(wǎng)主要有平板式(見圖2)和褶皺式(見圖3)。平板式攔截網(wǎng)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，由具有一定開孔率的金屬網(wǎng)和鋼架組成，煙氣通過攔截網(wǎng)時(shí)，大顆粒灰被攔截并落入灰斗內(nèi)被收集;褶皺式攔截網(wǎng)是由平板式演變而來，由多個(gè)平板式攔截網(wǎng)按一定角度組裝而成。
圖2 平板式攔截網(wǎng)
圖3 褶皺式攔截網(wǎng)
攔截網(wǎng)的使用壽命由煙氣流速與固體流速(取決于灰質(zhì)量濃度)共同決定，使用大開孔率和低煙氣流速的攔截網(wǎng)可以延長(zhǎng)其使用壽命。平板式攔截網(wǎng)與褶皺式攔截網(wǎng)相比，過濾面積較小，煙氣通過褶皺式攔截網(wǎng)的法向速度小于平板式攔截網(wǎng)截面的平均流速，所以褶皺式攔截網(wǎng)的抗磨損能力更強(qiáng)，使用壽命更長(zhǎng)。大顆?；译S煙氣經(jīng)過攔截網(wǎng)時(shí)，向褶皺頂部聚集，速度降低后落入下方的灰斗內(nèi)。由于2種形式的攔截網(wǎng)均會(huì)存在煙氣流速與灰質(zhì)量濃度分布不均勻的現(xiàn)象，為延長(zhǎng)攔截網(wǎng)的使用壽命，可通過流場(chǎng)優(yōu)化，使煙氣流速與灰質(zhì)量濃度分布更加均勻。褶皺式攔截網(wǎng)以較大的攔截面積和相對(duì)低的煙氣流速也保證了其壓力損失較小。
2.2.2攔截網(wǎng)防磨損措施
攔截網(wǎng)在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮堵灰和磨損的影響，攔截網(wǎng)材質(zhì)一般要求為304不銹鋼或表面涂耐磨材料的304不銹鋼。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，未涂耐磨材料的304不銹鋼攔截網(wǎng)僅適用于20m/s以下的煙氣流速，表面涂耐磨材料的304不銹鋼可用于25m/s以上的煙氣流速。攔截網(wǎng)的類型分為不銹鋼絲網(wǎng)、不銹鋼穿孔板和不銹鋼楔形條，不銹鋼穿孔板的使用效果較好。
大顆?；业男螤畈灰?guī)則，會(huì)卡堵在攔截網(wǎng)上，卡堵到一定程度會(huì)造成局部流速過大，進(jìn)而造成攔截網(wǎng)磨損。為防止攔截網(wǎng)堵灰，采用低流速設(shè)計(jì)及加裝清灰裝置是比較合理的，同時(shí)還應(yīng)·考慮在線檢修和更換攔截網(wǎng)。攔截網(wǎng)安裝在省煤器灰斗上方(見圖4)，煙氣流動(dòng)狀態(tài)較為復(fù)雜，為了達(dá)到最佳的攔截效果，可采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)進(jìn)行流場(chǎng)的模擬計(jì)算和設(shè)計(jì)，采取增設(shè)導(dǎo)流板等措施，使煙氣流動(dòng)狀況滿足大顆?；覕r截的需求。
圖4 攔截網(wǎng)安裝位置
3 應(yīng)用分析
某電廠2臺(tái)1036MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組SCR脫硝設(shè)備于2009年投入運(yùn)行。2016年6月進(jìn)行了脫硝提效改造，具體內(nèi)容為流場(chǎng)優(yōu)化、氨噴射系統(tǒng)優(yōu)化及增設(shè)大顆粒灰攔截網(wǎng)裝置，以滿足脫硝超低排放運(yùn)行的要求。自主設(shè)計(jì)的大顆?；覕r截網(wǎng)為褶皺式，使用涂層不銹鋼沖孔板(見圖5)，耐磨性能優(yōu)越。濾板選用304不銹鋼板，迎風(fēng)面為納米復(fù)合陶瓷涂層。攔截網(wǎng)安裝在煙道截面積為79.87m2處，面積為160m2。
圖5 涂層不銹鋼沖孔板
攔截網(wǎng)被安裝在鍋爐的省煤器出口水平煙道灰斗上方，利用水平煙道灰斗收集大顆粒灰，模擬結(jié)果見圖6。
圖6 加裝攔截網(wǎng)后的模擬圖
煙氣經(jīng)過導(dǎo)流、混流和整流后，模擬得到各層催化劑入口處的煙氣分布均勻性參數(shù)：速度=(1±10%)×平均速度;溫度=平均溫度±10K;氮氧元素物質(zhì)的量比=(1±4%)×平均氮氧元素物質(zhì)的量比;煙氣進(jìn)入催化劑角度(煙氣流動(dòng)方向與垂直方向的夾角)=平均入射角度±10°。為防止攔截網(wǎng)堵塞，攔截網(wǎng)背風(fēng)面安裝了空氣炮吹灰裝置(見圖7)?？諝馀谕ㄟ^攔截網(wǎng)前后壓差來控制啟停，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吹灰，其占用空間也較小。
圖7 空氣炮吹灰裝置系統(tǒng)流程圖
空氣炮吹灰裝置控制內(nèi)容為：
(1)1臺(tái)機(jī)組有2個(gè)反應(yīng)器，每個(gè)反應(yīng)器入口煙道攔截器前、后各設(shè)置8個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，共32個(gè)測(cè)點(diǎn)(A反應(yīng)器為P1～P16，B反應(yīng)器為P17～P32)。
(2)當(dāng)P1～P8的平均壓力比P9～P16的平均壓力大50Pa及以上時(shí)，先啟動(dòng)A反應(yīng)器1號(hào)～3號(hào)空氣炮，吹掃20s，再啟動(dòng)A反應(yīng)器4號(hào)～6號(hào)空氣炮，吹掃20s。
(3)當(dāng)P17～P24的平均壓力比P24～P32的平均壓力大50Pa及以上時(shí)，先啟動(dòng)B反應(yīng)器7號(hào)～9號(hào)空氣炮，吹掃20s，再啟動(dòng)B反應(yīng)器10號(hào)～12號(hào)空氣炮，吹掃20s。
(4)在正常情況下應(yīng)將可編程邏輯控制器(PLC)控制柜吹灰“投入”并切至“分布式控制系統(tǒng)”，由分布式控制系統(tǒng)根據(jù)要求投入吹灰程序運(yùn)行。大顆?；覕r截網(wǎng)投運(yùn)后，煙氣中大顆?；业玫接行r截，攔截網(wǎng)前后壓差約為60Pa，不增加功耗，有助于SCR脫硝設(shè)備的正常運(yùn)行，尤其是在超低排放要求下，在控制氨逃逸率、延長(zhǎng)催化劑使用壽命、降低引風(fēng)機(jī)電耗等方面起到了良好作用。
4 結(jié)語
燃煤電廠煙氣中攜帶的大顆?；覍?duì)SCR脫 脫硝改造采取低NOx燃燒技術(shù)、脫硫改造采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫法、除塵改造采用袋式除塵器的改造方案。改造后的各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)均能達(dá)到要求。環(huán)保設(shè)施運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、最佳運(yùn)行狀態(tài)等方面問題需要進(jìn)一步跟蹤研究。
