循环流化床锅炉烟道型 SCR 催化剂堵灰原因分析和预防措施

某公司建有2台CG-75/3. 82-MX35 型 CFB锅炉、1台 CG-130/3. 82-MX3 型 CFB锅炉和1台YG240/3. 82-M 型 CFB 锅炉。锅炉均采用“П”型布置，框架支吊结构，炉膛为膜式水冷壁，尾部设多组蛇形管受热面和一、二次风空气预热器。燃烧系统由旋风分离器、U 型回料阀、床下点火等系统组成。锅炉原设计采用 SNCR 脱硝技术实现超低排放，即NOx排放浓度≤50mg/m3
。随着火电厂大气污染物排放标准日益严格且受排放总量限制等问题，NOx排放浓度要求实现超清洁排放指标，其中NOx排放浓度≤15 mg/m3，才能满足排放要求，因此，锅炉后续又增加了烟道型SCR脱硝装置。本文以该公司 CG-75/3. 82-MX35 型
CFB 锅炉为例，分析烟道型 SCR 催化剂堵灰原因，提出预防措施，并对措施实施情况进行详细论述，为同类型锅炉提供参考。

1 烟道型 SCR 催化剂堵灰问题和危害
该公司的 CFB 锅炉运行近一年后，发现催化剂金属防护网上形成了大量异物沉积，如图 1 和图 2 所示，导致了一系列运行问题，具体如下：

（1）催化剂烟气偏流、局部烟速急剧升高，催化剂局部冲刷磨损加剧，催化剂机械及化学寿命降低，机械寿命由设计值10 年急剧降低至不足 1 年，经济损失较大，如图 3 所示。

（2）催化剂有效接触面积大幅度减小，脱硝效率大幅度降低，氨水消耗量和氨逃逸浓度明显增加。以该公司 75 t/h CFB 锅炉为例，在满负荷下，氨水（质量分数为16%）消耗量从约 70 L/h 增加到约 115 L/h，如图4 所示。随着氨水消耗量增加，氨逃逸浓度相应增加，最高可达30mg/m3以上。

（3）催化剂阻力增加，以该公司 75 t/h CFB 锅炉为例，在满负荷下，催化剂差压从约 75 Pa 逐渐增加到约1000 Pa，引风电耗增加。

（4）NOx排放浓度控制难度增加，严重时可能造成排放超标事故。

2 烟道型SCR 催化剂堵灰原因分析

造成烟道型SCR 催化剂金属防护网堵灰的原因主要有以下几个方面。
2.1 低负荷下形成NH₄HSO₄堵塞催化剂

催化剂中的V、Mn、Fe等金属对SO2的氧化起催化作用，导致部分SO2被氧化为SO3。当烟温较低时， NH3与SO3形成的液态 NH4HSO4粘附性强，极易覆盖在催化剂表面，导致催化剂活性降低、脱硝效率下降。
2.2 大颗粒异物堵塞催化剂防护网
CFB 锅炉运行过程中，尾部烟道内会产生大颗粒异物堵塞催化剂防护网，若堵塞催化剂防护网的大颗粒异物堵塞量较大，还可能进一步造成飞灰沉积、堆积。大颗粒异物产生的原因有：
（1）锅炉运行时高温烟气携带的飞灰在炉墙和受热面上沉积、板结，最终脱落形成块状、硬度较低的大 颗粒异物；
（2）飞灰在炉墙和受热面上沉积、烧结，最终脱落形成片状、硬度较高的大颗粒异物； 
（3）炉墙耐火材料受交变应力作用和烟气冲刷脱落形成的大颗粒异物硬度较高。
2.3 积灰成团脱落造成堵塞
尾部受热面吹灰时，积灰成团并脱落，下落至催化剂表面堆积造成堵塞。
2.4 吹灰器设置不合理造成堵塞
催化剂吹灰器布置不合理，存在吹不到的死区；吹灰器选型不当，吹灰效果差，这些原因都会造成催化剂局部飞灰沉积、堆积。
3 烟道型SCR催化剂堵灰的预防措施
针对烟道型 SCR 催化剂堵灰原因，制定相应的预防措施：
（1）通过炉内脱硫降低经过催化剂前的SO2浓度，减少SO3的生产量，从而减少 NH4HSO4的生成量。以该公司 75 t/h CFB 锅炉为例，通过采取炉内脱硫方法将脱硝前SO2浓度由原始排放浓度（质量浓度）2000 mg/m3 左右降低至 800 mg/m3 以下。炉内脱硫系统采用稀相连续输送方式，输送气源采用压缩空气。石灰石入炉口布置在回料斜腿上方。炉内脱硫效率按 80% 设计，钙硫摩尔比（Ca/S）按 2：1 设计，同时控制氨逃 逸浓度（质量浓度）不超过 8 mg/m3 。
（2）在尾部烟道各层受热面布置金属防护网如图 5 所示。通过逐级拦截运行中脱落的大块异物，同时拦截各受热面（高温过热器、低温过热器、高温省煤器等）吹灰时大量成团脱落的灰块，避免在催化剂表面堆积造成堵塞。由于高温过热器入口烟温在 900 ℃以上，防护网材质需采用 310S（0Cr25Ni20）不锈钢，而高温省煤器入口烟温较低可采用 304 不锈钢。 

为便于锅炉检修和防护网更换，可以根据人孔门尺寸做成防护网模块，模块由外部框架和固定在外部框架内的金属网结构组成。外部框架及金属网均采用 310S （0Cr25Ni20）材质，以适应 CFB 锅炉烟道高温、高灰、高 磨损的环境。防护网模块为矩形，外部框架的外基面周向设置有多个连接孔。通过螺栓连接各个防护网模块，对应螺栓连接孔在高温过热器、低温过热器、高温省煤器、SCR 催化剂模块上设置有与金属网模块相适应的固定架，固定架上设置有与连接孔相适应的连接件。防护网模块布置如图 6 所示。

4 烟道型SCR 催化剂防堵灰措施的实施效果
以该公司 75 t/h CFB 锅炉为例，采取上述防堵灰措施后，锅炉取得了良好的治理效果，催化剂堵灰显著减轻。图 7 和图 8 是锅炉运行 8 个月后停炉检查情况。从图 7 和图 8 中看出，催化剂表面很少出现大颗粒异物堆积和积灰堵灰现象，催化剂本身的机械磨损情况得到大幅度减轻。运行期间催化剂阻力保持稳定，如图 9 所示，氨水消耗量和氨逃逸浓度未显著增加。

锅炉改造前后满负荷下运行，氨水（质量分数为 16%）消耗量和氨逃逸浓度变化情况如表 1 所示。从表1 的数据可以看出：脱销系统改造初期（2019 年），氨水消耗量较低，为50 L/h~70 L/h；2020 年由于催化剂表面堵灰、烟气偏流和催化剂冲刷磨损等原因，催化剂阻力增加到1 00 Pa，氨水消耗量逐渐增加至115 L/h，氨逃逸浓度也相应增加；从 2021年4月催化剂更换并增加防护网至运行8个月后（2022 年），催化剂阻力保持稳定，氨水消耗量和氨逃逸浓度始终较低 。

5 结语

为实现NOx排放浓度（质量浓度）≤15 mg/m3 的目标，某公司 75 t/hCFB 锅炉采用了SNCR-SCR（烟道型）联合脱硝技术。为解决该锅炉的烟道型催化剂堵灰冲刷严重的问题，本文提出了一种在尾部烟道各层受热面布置金属防护网的措施，此措施在该锅炉运行 8 个月停炉检查时，发现该方法有效地缓解了催化剂表面大颗粒异物沉积和堵灰的问题，大幅度延长了催化剂使用寿命，减少了氨水消耗量，降低了氨逃逸浓度。该锅炉的措施实施效果，对同类机组为实现达标排放、提高设备可靠性和降低运营成本有一定借鉴价值。