火电厂SCR烟气脱硝反应器前设置灰斗及增加烟道截面的探讨范薇薇

火电厂SCR烟气脱硝反应器前设置灰斗及增加烟道截面的探讨范薇薇

范薇薇

（东方电气集团东方锅炉股份有限公司四川成都611731）

摘要：随着国家节能减排政策的落实，对火电厂排放标准要求也逐渐提高，SCR烟气脱硝技术被广泛应用，但其中也存在一定的问题。本文首先简单分析了火电厂SCR烟气脱硝反应器前需要设置灰斗的原因，随后深入了解了设置灰斗的作用和原理，并且针对灰斗除灰进行了试验分析，有效降低火电厂氮氧化物的排放，增强SCR烟气脱硝技术的作用，延长催化剂可使用的寿命。

关键词：灰斗；烟气流速；飞灰堵塞

现阶段国家大部分火电厂在烟气脱硝环节采用的都是选择性催化还原烟气脱硝工艺，简称为SCR烟气脱硝工艺，这其中使用的脱硝催化剂是整个SCR烟气脱硝工艺中的核心设备，利用这种催化剂能够让脱硝还原反应在锅炉尾部处顺利完成，但是在实际应用的过程中，催化剂的寿命可能会受到多重因素的影响，而在这其中飞灰对催化剂的磨损和堵塞尤为严重。

一、SCR烟气脱硝反应器前设置灰斗的原因

（一）飞灰磨损

火电厂使用锅炉或者发电机组的过程中，产生的烟气内包含大量的飞灰颗粒，这些颗粒随着烟气的流动高速撞击着催化剂壁，进而对催化剂壁造成磨损，而随着烟气中大颗粒飞灰的增加，如果不定期进行清洁，就会造成催化剂堵塞情况的发生。其中飞灰对催化剂的磨损尤为严重，根据烟气中灰粒的大小、形状、软硬等多种因素，产生轻重不同的磨损情况，而磨损情况和这些因素成正比，因此去除大颗粒飞灰能够有效降低飞灰对催化剂的磨损。

（二）飞灰堵塞

此外，在大颗粒飞灰的表面较为粗糙，随着烟气流动的过程中，可能会附着在催化剂表面，长期下来，灰飞颗粒不断的积累搭桥，一旦飞灰粒径大于4毫米的时候，就会造成催化剂的严重堵塞。以美国某电站为例，就曾经出现过大于10毫米的飞灰堵塞情况。

（三）烟气流速

由上可知，飞灰产生于烟气之中，受到烟气流速的影响，如果烟气流速越大，那么飞灰颗粒的流速也就相对提高，对催化剂的磨损也越严重。因此，在采用SCR烟气脱硝工艺中，要让脱硝反应器内的烟气流速小于5.2m/s。

二、SCR烟气脱硝反应器前设置灰斗的作用

（一）设置灰斗的主要作用

火电厂使用SCR烟气脱硝工艺是为了降低火电厂内部的氮氧化物排放量，因此在对SCR烟气脱硝系统进行设计的过程中除了要考虑设备的脱硝效率和硫化物的转化率等具体的性能指标，还要考虑到设备的使用寿命，在降低排放量的同时，也要降低设备成本，提高相关产业的经济效益。由上可知，SCR烟气脱硝工艺中使用的催化剂会收到灰飞颗粒的影响，为了弱化颗粒对催化剂壁的磨损以及催化剂堵塞的情况，利用大容积的灰斗，增加烟道的截面面积，分离烟气中的灰飞颗粒，去除较大面积的颗粒，从而有效避免脱硝催化剂磨损堵塞情况的发生，提高设备的机械和化学寿命。

（二）灰斗除灰的应用原理

灰斗设置后，烟气在经过灰斗时，因为回流流场的较弱，灰尘得以大量降落，且经过扩容后的灰斗，在扩大了烟道截面面积的同时，让烟气流速减慢，从而造成烟气中的大颗粒灰斗进一步沉降，避免了二次扬灰的可能性，飞灰的浓度变小烟气流速逐渐平均，从而提高除尘效率。

三、SCR烟气脱硝反应器前设置灰斗的试验

（一）设置灰斗实验

在全面了解灰斗除灰的原因、作用以及原理后，还要根据不同的工作情况进行灰斗除灰的实验，才能够对灰斗性能进行具体详细的分析，本文针对330兆瓦的机组展开相关实验，并且分别增加灰斗的容积以及增加控流挡板全面验证灰斗改型前后的除灰效果影响。通过对设置灰斗前后的灰样力度频度进行记录，并且数学函数，绘制走势图，可以明显看出设置灰斗后，灰样粒径增大很多，进一步对数据进行细化处理，针对不同的粒子的分级效率进行分析，其中主要针对大于90μm以及在50μm到90μm之间的粒子进行细致的考量，在试验数据中可以看出，针对大于90μm的粒子，灰斗的分级效率较高，可以达到80%左右，虽然试验和实际应用的过程还存在一定的差异，但是仍然可以证明灰斗具有去除大颗粒飞灰的作用。为了进一步验证不同灰斗之间的去除效率，还在试验中设置了三种的灰斗容积和四种挡板长度、角度，充分灰斗除灰实验，查看不同灰斗容积的分离效率，发现挡板的变化对分离效率的影响较小，可以忽略不计。而灰斗容积和灰斗的分离效率呈正相关。

（二）实验结构总结

通过上述实验可知，在相关条件一定的情况下，根据机械的实际情况，在相应的出入口设置灰斗能够大颗粒飞灰进行分离，进而去除烟气中大部分大颗粒飞灰，最终达到减少催化剂的磨损和堵塞的目的。并且在针对改型灰斗的实验结果可以发现通过增加灰斗的容积，也就相对增加了烟道的截面面积，继而从根本上提高了灰斗去除飞灰的效率，不仅如此容积增加的同时，整个演到系统收到的阻力也就相对减小，从而降低风机运行所需要的能耗。总而言之，想要提高火电厂SCR烟气脱硝反应的工作效率，延长工艺中的催化剂使用寿命，就必须要在反应器前的烟道上设置灰斗，并且还要根据火电厂内使用的锅炉情况，具体的设置灰斗容积上限。比如，如果想要让灰斗的除灰效率达到5%到10%左右，灰斗容量需要设置为8h的灰沉积量。以某火电厂为例，该火电厂内，有两台1000兆瓦的发电机组，在省煤器出口以及SCR脱硝烟道的进口分别设置了灰斗，经过相关数据人员一年内的观察记录后发现，设置灰斗后，SCR脱硝反应器的使用寿命明显增加，而且反应器内部没有发生明显的磨损堵塞现象，烟气阻力也没有明显的升高变化，该火电厂在设置了灰斗后经济效益相对提升，而氮氧化物的排放量也随之降低。

总结：综上所述，SCR烟气脱硝反应中的催化剂是整个工艺的重要设备，但是在使用过程中会发生堵塞和磨损的现象，因此需要在SCR烟气脱硝反应器前设置相应的灰斗，通过烟道截面从而达到延长催化剂使用寿命的根本目的。通过上文内容的分析和实验可知，只要设置合理的出入口灰斗，就能够有效去除烟气中的飞灰，从而降低催化剂的磨损和堵塞情况。

参考文献：

[1]赵宪萍，孙坚荣.电厂锅炉常用钢材热态飞灰磨损性能的试验研究[J].中国电机工程学报，2015，25(11)：117-1

[2]黄志开，黄得双.电收尘器结构对流场影响的数值计算[J].环境污染与防治，2016,01（19）：196-203.