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基于氨逃逸的SCR系統運行優化

欄目:協會論文集 發布時間:2020-04-26

基于氨逃逸的SCR系統運行優化

姚歡龍

  要:為降低SCR系統的氨逃逸,結合國電泉州熱電有限公司設備的特點及運行情況,對SCR系統運行進行了一系列的調整、優化措施,取得了良好的經濟效益和社會效益。

關鍵詞:噴氨優化;氨逃逸;配風調整;控制措施。

  1 引言

選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝技術是目前世界上先進的火力發電廠煙氣脫硝主流技術之一。國電泉州熱電有限公司4臺機組均采用SCR煙氣脫硝技術。氨逃逸率是影響SCR系統運行的一項重要參數,為控制脫硝過程中氨的使用量及保護設備,必須對SCR出口的氨逃逸量進行監測。氨逃逸率是影響SCR系統運行的一項重要參數,是實際生產中噴射入反應器卻未參與還原反應的氨的與出口煙氣體積之比,是通過單位體積內氨含量來表示的。為達到環保排放要求,往往會出現過量噴氨,多出而逃逸的氨將與SO3反應生成硫酸氫氨,導致空預器堵塞、腐蝕,嚴重時威脅機組正常運行?,F通過實例研究分析,通過不同方法降低氨逃逸率,實現對SCR系統運行優化。

  2 設備簡介

國電泉州熱電有限公司現有四臺機組:一期2臺機組,鍋爐型號HG-1025/17.4-YM28,為亞臨界中間一次再熱自然循環汽包鍋爐,配備300MW供熱機組;二期2臺機組,鍋爐型號HG-2115/25.4-YM12,為超臨界參數變壓運行直流爐,配備670MW供熱機組。

國電泉州熱電有限公司脫硝SCR系統采用垂直煙道21層設計,采用國產蜂窩式催化劑,高溫高塵布置形式,脫硝SCR前的取樣測點安裝在省煤器后噴氨格柵前的垂直煙道,水平安裝單點氮氧化物、氧量測量取樣探頭,脫硝SCR后的取樣測點及氨逃逸率測點安裝在SCR反應區后空預器前水平煙道,垂直安裝單點氮氧化物、氧量測量取樣探頭。


1 高溫高塵布置形式


表1 SCR裝置設計參數


  3 存在的問題

隨著機組的運行,主要存在以下幾個問題(以#1機組為例):

噴氨量較理論值高出20%左右,氨逃逸率長期維持5~9ppm左右的水平,不僅造成噴氨的浪費,還帶來一系列的其它問題。

催化劑層積灰日益嚴重,主要體現在脫硝反應器差壓不斷上漲,脫硝反應器A/B側差壓由686/814Pa上漲至1326/1196Pa。

空預器差壓持續上升,由1.8/1.9kPa上漲至3.6/3.7kPa,不僅增加廠用電率,而且威脅到機組安全穩定運行。

  4 氨逃逸控制措施

為了降低氨逃逸率,我公司從以下幾個方面對氨逃逸進行控制:

4.1 均勻分布氨流量

文本框: 圖2 噴氨手動門控制氨逃逸率偏差(氨逃逸與排放標準差值),可以通過氨均布試驗進行調整、消除。因SCR脫硝系統入口煙氣流場和NOx濃度場分布對氨均布調整具有影響,首先需對其進行標定,按照網格法,將每一側煙道劃分為7×3網格,對入口煙氣流場和NOx濃度場逐點測量,若脫硝入口某點位相對流場較大,則應考慮增加相應點位的噴氨量(就地手動調整去各反應器的手動門,見圖2),通過該點氨流量大小調整,保證NOx和氨分布相對均勻(氧化劑和還原劑對應成比例),見圖3。

 

   


3  #2機組脫硝裝置入口NOx濃度分布

4.2 控制脫硝煙氣溫度

4.2.1 鍋爐啟動時

在鍋爐啟動過程中,煙氣中的銨鹽、硫酸、水和其他凝結物低于各自的露點溫度時,會凝結吸附在催化劑會孔內。溫度升高時,這些物質蒸發將導致催化劑孔內壓力增大,造成催化劑損壞。因此在煙氣升溫過程中,應快速通過水和酸的露點溫度,使得SCR反應器入口煙氣溫度低于水的露點溫度(50-60℃)的時間越短越好。

另外停爐過程中,SCR停止噴氨后,應維持煙氣系統繼續運行30分鐘左右,使得催化劑中殘留的氨全部參加反應,防止催化劑中殘余氨,隨著煙溫的下降,形成銨鹽,堵塞催化劑孔。

4.2.2 低負荷運行時

SCR脫硝工藝所選用的催化劑在310420℃范圍為最佳,當催化劑在低于310℃運行時,氨氣將與煙氣中的SO3反應生成銨鹽,造成催化劑堵塞和磨損,因此當入口煙溫低于306℃時,脫硝邏輯保護應能自動關閉噴氨關斷閥;若未自動閉鎖,則需人工手動干預。

為保證SCR的反應溫度,采取了以下控制措施:

a)提高氧量,增加機組供熱量;

b)增加上層磨組煤量,由高熱值燃煤改為低熱值燃煤;

c)調整燃燒器擺角和SOF風擺角;

d)開大燃盡風門,關小周界風,將AA層開至100%;

e)適當減少吹灰;

f)降低主蒸汽壓力;

g)適當增加爐膛負壓,降低一次風壓及磨煤機出口溫度。

4.2.3 事故工況時

鍋爐超溫、MFT、重要輔機故障或跳閘等情況均會使催化劑中殘余氨較多,因此要維持煙氣系統繼續運行30分鐘左右,并維持聲波吹灰器運行,悶爐后應盡快采用引風機快速冷卻,使催化劑冷卻盡量快速通過水和酸的露點溫度。

其中鍋爐四管泄漏對催化劑的影響是最大的,鍋爐一旦爆管,就會有大量的蒸汽進入煙氣,流經催化劑,使得煙溫下降過快,使得煙氣濕度過大,在短時間內造成催化劑的壽命損耗。發生泄漏后,若無法維持運行時,應緊急停爐,及時進行疏水泄壓,減少煙氣濕度的增加。

4.3 控制稀釋風量

通過表1比對,A/B兩側稀釋風量不對稱,兩側稀釋風量變差達到9%,應注意查找噴氨格柵小孔堵塞、進口濾網、逆止閥、稀釋風量測量孔板等問題,因此在啟動爐側風機前4h就需啟動稀釋風機和聲波吹灰器,并可通過比對正式投SCR前和正常運行時稀釋風流量,查知噴嘴堵塞的程度。

2  稀釋風量對SCR的影響

4.4 均勻摻混NH3/NOX

現我廠在混合器選擇上是的渦流式靜態混合噴射器,見圖4,為滿足超低排放的流場分布要求,可通過優化渦流混合氣的圓盤直徑和布置位置、角度,以及調整每側5個氨氣噴管流量,來實現NH3/NOX均勻摻混。

SCR脫硝系統在超低排放的情況下,通常會增加噴氨量來滿足超低排放的環保參數,隨著噴氨量的增加,脫硝效率也不斷提高,在較高的脫硝效率下運行時,氨氮摩爾比變化對脫硝效率和氨逃逸的影響如圖5。

 

4 渦流式靜態混合噴射器


5 氨氮摩爾比變化對脫硝效率和氨逃逸的影響

 

由圖5可見,隨著氨氮摩爾比增大,脫硝效率升高,NH3逃逸也逐漸增大,尤其當脫硝效率超過90%時,氨逃逸增大的趨勢明顯加快,空氣預熱器形成硫酸氫銨堵塞的風險增大。因此在NH3/NOX混合均勻情況下,可適度減少噴氨量,保證在環保參數未超標情況下,降低氨氮摩爾比,從而減少氨逃逸率。

4.5 合理運行制粉系統

4號機組為例,進行制粉系統倒換試驗(由C磨倒換至A磨運行),由圖6曲線可發現,倒換過程中,因停運制粉系統減少了爐膛內過??諝饬?,分級燃燒較明顯,所以SCR入口NOx下降至50mg/Nm3,對應減少噴氨量50kg/h左右,降幅很明顯。因此制粉系統由上層倒換至下層運行,不僅可以降低入口NOx,減少噴氨量,還能有效減少氨逃逸。



6  制粉系統倒換運行對SCR的影響

4.6 調整低氮燃燒器中心風

通過降低低氮燃燒器中心風的風量,減少一次風根部的氧量供給,使得燃燒器著火區處于還原性氣氛,同樣可以降低噴氨量,減少氨逃逸率。經試驗,六臺制粉系統燃燒器中心風電動閥關小至10%,觀察脫硝入口氮氧化物可由430mg/m3下降至280mg/m3,降低幅度達150mg/m3。

7 NOX軸流式燃燒器結構示意圖[1]

 中心風關小后要做好防范一次風口結焦的工作,在關小后需加強對燃燒器處中心風管測溫。試驗中發現關小中心風后,測得燃燒器中心風管溫度在180~200℃之間,無超溫現象。

  5 調整控制后的運行分析

機組大修及運行燃燒調整,各參數得到好轉,具體如下(以#1機組為例):

a.   氨逃逸率得到明顯控制,維持在1.0-1.6ppm左右,不僅減少了噴氨的浪費,還對緩解了空預器堵塞。

b.   脫硝反應器與空預器A/B側差壓分別控制在712/689Pa、1.63/1.71Pa,經觀察數月參數穩定,未有上漲趨勢。

c.   在燃燒穩定的前提下,滿負荷和低負荷下進口NOX濃度分別控制在186/174mg/Nm3、140/130mg/Nm3,大大降低了噴氨量。

通過優化前后數據比對分析,空預器和電除塵差壓明顯下降,廠用電率顯著下降。在滿足深度減排標準的同時氨耗量較改造前明顯下降,300MW機組單機平均氨耗量由72.75kg/h將至46.5kg/h,可節約36.1%,每年單臺機組可節省液氨約229.95t,節約液氨采購費約75.87萬元。

在節能減排工作的不斷深入,排放監督愈發嚴格,本廠SCR系統的運行優化促進了電力與環境的可持續協調發展,為實現“三型五化,七個一流”集團戰略更進一步。

      6 結語

本文針對國電泉州熱電有限公司機組脫硝系統提出了一些在運行中如何控制減少氨逃逸率的措施,并結合實際生產實際問題,提出了一些解決方法,對電廠運行設備和設備操控做出一定改進,提高了機組運行的安全性和經濟型。

參考文獻:

[1] 杜云貴,吳其榮,鄧佳佳,李芳:SCR煙氣脫硝催化劑的化學動力學模擬研究[J]:熱力發電:201002

[2] 呂君英,龔凡,郭亞平:選擇性催化還原NOx的反應機理研究[J]:工業催化:200601

 


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