600MW机组SCR催化剂破损原因分析及应对策略
袁福计 陈宏伟 梁祖雄 王兴盛 盖科成 张延伟
华能平凉发电公司，甘肃省平凉市二十里铺，744000；
Cause Analysis and Countermeasure of SCR Catalyst Damage in 600 MW Unit
Yuan Fuji，Chen Hongwei ，Liang Zhuxiong，Wang Xingsheng ，Gai Kecheng，Zhang Yanwei
Huaneng Pingliang Power Generation Co., Ltd., Pingliang twenty shop, Gansu, China, 744000;
ABSTRACT:In this paper, the SCR honeycomb catalyst for a 600 MW unit in a power plant is studied. The causes of catalyst breakage are systematically and comprehensively analyzed in terms of operation parameters, operation faults and catalyst structure. The results show that catalyst wear is mainly caused by internal leakage due to soot blowing and unreasonable design of the manufacturer, which results in the collapse of the catalyst after partial damage. By contacting the manufacturer for on-site analysis, combined with the actual root causes of operation, supplementary measures are formulated to solve the problem of catalyst wear.
KEY WORD:SCR; catalyst; wear; unreasonable design
摘要：本文对某电厂 600MW 机组 SCR 蜂窝催化剂为研究对象，从系统运行参数、运行故障、催化剂结构等方面较系统全面地分析了催化剂破损的原因。结果表明，催化剂磨损主要是吹灰抢内漏、厂家设计不合理导致催化剂部分损坏后引起倒塌，通过联系厂家进行现场分析，结合运行实际根本原因，制定补充相关策略，从而解决了催化剂磨损问题。
关键词：SCR;催化剂;磨损;设计不合理
1 设备概述
某电厂600MW机组同期配套安装了选择性催化还原烟气脱硝SCR装置，脱硝装置采用液氨作为脱硝还原剂，按入口NOx浓度330mg/ Nm3，83.3%的脱硝效率设计。SCR烟气脱硝装置采用高灰型工艺，每台锅炉设置2台SCR反应器，布置在省煤器与空预器之间的高含尘区域，不设置SCR烟气旁路。催化剂布置模式采用“2＋1”方式，初装两层CERAM公司生产的蜂窝式催化剂，后期超低排放改造后加装第三层催化剂，催化剂采用20×20孔大节距型式。脱硝系统主要设计参数如表1所示。
表1：脱硝系统主要设计参数【1】
2脱硝催化剂运行现状
某电厂脱硝系统采用全负荷脱硝，C修期间现场探查发现：脱硝催化剂较大面积严重损坏、积灰，磨损严重部分均带有倒塌现象（如图1所示），部分催化剂呈针叶状（如图2所示），主要集中第一、第二层，第三层催化剂基本无破损。
图1：第二层催化剂破损情况
图2：吹灰器下部第一层催化剂破损情况
3原因分析
3.1脱硝反应器烟气分析
如图3所示为脱硝系统几何模型图【2】，烟气沿气流方向，从上往下，在反应器的外侧速度较高，反应器的内侧速度较小，随着负荷降低，整体速度降低。省煤器出口烟气流速比较小，且比较均匀，省煤器出口进入水平烟道，速度略有偏斜，但在外侧导流板在作用下，速度趋向均匀，但从水平烟道进入反应器的竖直烟道时，经过 90°转弯，虽然在转弯处设置导流板，但气流惯性大，气流转弯后，向反应器侧偏斜，当反应器入口水平烟道导流板的角度和数量设置不合理时，最终致使反应器入口速度出现偏斜。
从现场看：催化剂破损位置大多在吹灰枪原位下部且部分靠烟道墙体部位，烟气偏斜加上催化剂对烟气作用导致催化剂入口出现高速向下倾斜涡旋烟流，对该区域催化剂形成强烈的横向冲刷；部分烟气漩涡，流速较小，高速烟气气流向水平方向倾斜，对该区域催化剂形成强烈的斜向冲刷，导致该区域催化剂被严重磨损掏空，当然烟气对烟道墙面也有冲刷（如图4所示）。
图3：脱硝系统几何模型图
图4：破损严重处烟气对墙面冲刷情况
图5：烟气对墙面未
3.2脱硝吹灰系统运行分析
3.2.1吹灰抢吹灰参数及吹灰抢故障情况分析
如表2所示为近4年脱硝吹灰系统规定参数值，脱硝吹灰参数基本一致，若不考虑整定后吹灰压力是否真实为0.8MPa的情况下，对脱硝催化剂基本无影响。
表3为脱硝吹灰抢故障情况统计。现场实际情况看：第一次催化剂B侧对应的吹灰枪依次为S5、S6、S7、S8区域，在其下部区域，S8对应的催化剂破损最为严重，S5、S6、S7下部对应的催化剂基本没有破损，由此也可证实催化剂破损与吹灰没有实质性关系。从吹灰枪故障情况来看，多数为卡涩不自退，故障次数为12次，从数量上看第三层催化剂吹灰器S18、S19故障次数最多，但第三层催化剂无破损，故对脱硝催化剂影响不大。
表2：脱硝吹灰系统参数
表3：脱硝吹灰抢缺陷情况
3.2.2脱硝吹灰枪内漏情况分析
每月双日中班执行脱硝系统吹灰器内漏检查，执行方法为：“脱硝吹灰汽源打开后，吹灰前或吹灰后30分钟检查，发现内漏填写缺陷，联系检修处理，并将内漏吹灰枪统计发送至锅炉专工处。”。从记录来看，无相关内漏缺陷，当然不排除较小内漏，运行人员没有及时发现的可能性。
由于S8吹灰器退到位对应下部催化剂破损严重，故特意调取了S8吹灰枪运行曲线，如图6所示。
图6：S8吹灰抢运行曲线
图6中：蓝色为S3吹灰器运行信号，白色为S8吹灰枪运行信号，绿色脱硝吹灰蒸汽压力，淡红色为疏水温度，浅绿色为吹灰枪运行电流。S3退出时，脱硝吹灰蒸汽压力上升较快，然后S8吹灰器进入压力突然下降；而S8吹灰枪退出时压力上升较缓慢，下一吹灰枪退出时才突然上升，极有可能是S8吹灰枪退出时提升阀没有及时关闭引起，延长了S8实际吹灰时间，引起催化剂破损，但是不会引起坍塌。
3.3脱硝催化剂设计分析
从现场磨损情况来看，主要发生在催化剂下两层，下两层催化剂高度较第三层加高20cm，缩小了催化剂与吹灰器之间的距离，催化剂承受的吹灰压力增大，对催化剂破损有一定的影响。下两层催化剂存在设计问题（见图7、8），第一、二层催化剂4个催化剂单元组成一个小模块，4个单元相互依赖，一个单元有问题，其他三个单元就会面临坍塌的风险，而且会影响相邻的小模块（见图9）；现场探测发现下两层催化剂和第三层比较，质量存在差异。第三层催化剂催化剂单元底部支架设计独立，一个催化剂单元磨损严重，因其底部独立支撑，不会影响整个模块（见图7）。
图7：第三层催化剂底部支架
图8：第一、二层催化剂底部支架
图9：第一、二层催化剂底部支架
3.4其他原因
本次检修发现催化剂破损当然也有其他因素，烟气携带的飞灰附在表面对其腐蚀、飞灰磨损等，从现场实际来看不是主要原因，故不做具体分析。
4应对策略
通过以上分析，结合运行实际主要在原措施的基础上补充采取以下措施：
1、联系厂家对破损、倒塌催化剂进行分析，避免因厂家设计不合理，导致催化剂大面积倒塌，影响机组、人身、设备安全。
2、运行人员结合本次事件，重新设定、标定吹灰压力，吹灰时压力设定值在0.8--1.0MPa之间。
3、检修对S8吹灰抢尾部提升阀进行检查处理，并将脱硝吹灰抢提升阀纳入每修必修项目。
4、脱硝吹灰汽源打开后，吹灰前或吹灰后30分钟检查，用测温仪至现场测量各吹灰抢温度，杜绝出现内漏情况，将该项工作纳入定期工作。
5、加强对脱硝系统设备运行维护。
5结论
本文针对600MW机组SCR脱硝催化剂出现的破损情况，从系统运行参数、运行故障、催化剂结构等方面较系统全面地分析了催化剂破损的原因，得出如下结论：脱硝催化剂出现破损主要原因为吹灰抢尾部提升阀关闭缓慢吹灰蒸汽压力突升所致，次要原因为烟气涡流、冲刷、积灰腐蚀；脱硝催化剂出现严重坍塌主要原因为安装存在重大隐患，联系厂家进行确认更换、技改。
参 考 文 献
[1]集控运行规程，王敬忠、胡文强、姚志国，2019
[2]600MW 机组 SCR 脱硝蜂窝催化剂磨损原因分析，贾翔，2018 年清洁高效发电技术协作网年会论文集，2018
收稿日期：2019年03月
作者简介：
袁福计，男，山西人，本科，工程师，从事火电厂集控运行。
陈宏伟，男，甘肃人，本科，工程师，运行值长。
梁祖雄，男，甘肃人，本科，工程师，从事运行管理工作。
王兴盛，男，甘肃人，本科，工程师，从事运行管理工作。
盖科成，男，甘肃人，本科，工程师，从事运行管理工作。
张延伟，男，甘肃人，本科，高级工程师，运行部主任。