2020/11/10 13:28:14
在選擇性催化還原 (SCR)超低排放實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的氮氧化物排放超標(biāo)的空氣預(yù)熱器硫酸氫銨堵塞加重等問(wèn)題 ,分析其主要在 SCR反應(yīng)器中超低排放對(duì) NH3/NOx排放分布均勻的 SO2、 SO3轉(zhuǎn)化率的提升 ,優(yōu)化氨控制要求、最低噴氨溫度、催化劑壽命管理等。為此,分析了 SCR脫硫系統(tǒng)在極低排放條件下運(yùn)行所涉及的問(wèn)題和對(duì)策。
前言
“十二五”期間,選擇性脫硝作為電廠(chǎng)脫硝的主要技術(shù)得到了快速發(fā)展。在“十三五”期,燃煤電廠(chǎng)脫硝系統(tǒng)將進(jìn)一步完善,NO2質(zhì)量濃度將低于50mg/m3(“標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)”)。為滿(mǎn)足超低排放要求,保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行,急需解決SCR脫硝系統(tǒng)存在問(wèn)題。
1 NOx超低排放存在新問(wèn)題
在現(xiàn)有的SCR脫硝系統(tǒng)中,燃煤電廠(chǎng)通過(guò)提高脫硝效率(通常為60-80%提高到85-95%)可以產(chǎn)生超低的NOx排放。新出現(xiàn)的問(wèn)題包括:
(1)SCR反應(yīng)器的有效運(yùn)行不僅需要增加催化劑的用量,還需要大大提高脫硝系統(tǒng)入口NH3/NOx混合物的均勻性。
(2)催化劑用量的增加提高了SO2催化劑的總氧化速率,提高了脫硝系統(tǒng)輸出SO3的質(zhì)量濃度,增加了空氣預(yù)熱器內(nèi)硫酸銨堵塞的風(fēng)險(xiǎn);
(3)當(dāng)NOx排放的質(zhì)量限值為50 mg/m3時(shí)。脫硝系統(tǒng)出口的NOx濃度每天的波動(dòng)范圍為20mg/m3~50mg/m3。應(yīng)避免過(guò)量排放NOx和過(guò)量噴氨。
(4)提高SCR脫硝效率通常伴隨著噴氨量的增加,從而進(jìn)一步提高脫硝系統(tǒng)中最低噴氨溫度。
(5)為了提高脫硝效率,對(duì)現(xiàn)有催化劑壽命管理方案進(jìn)行了修改,主要是通過(guò)設(shè)計(jì)催化劑的方案,對(duì)催化劑壽命管理策略進(jìn)行了調(diào)整。
2 問(wèn)題分析及對(duì)策
(1)NH3/NOx混合均勻性。圖1顯示了氨氮摩爾比變化對(duì)脫硝效率和氨排放的影響。如圖1所示,隨著氨氮摩爾比和效率的增加,氨排放量逐漸增加,SCR脫硝反應(yīng)氨逃逸量的增加趨勢(shì)大大加快,特別是當(dāng)脫硝效率超過(guò)90%時(shí),也增加了硫酸氫銨堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。
反應(yīng)效果還取決于反應(yīng)器內(nèi)燃燒氣體的流量。表2顯示了氨摩爾比偏差對(duì)脫硝性能的影響。
由圖2可知,在催化體積一定時(shí),當(dāng)脫硝系統(tǒng)進(jìn)口氨氮摩爾比分布偏差為5%時(shí),氨逸出量在1μL/L范圍內(nèi)。當(dāng)氨氮摩爾比分布偏差增大到12%時(shí),氨逸出量迅速增加,超過(guò)5μL/L。
以上分析表明,去除效率越高,燃燒氣體中NH3和NOx混合物的均勻性越高。氨排放量控制越困難,空氣預(yù)熱器內(nèi)硫酸氫銨堵塞的可能性越大。建議定期進(jìn)行噴氨優(yōu)化試驗(yàn),將噴氨量調(diào)整到最佳值。避免SCR反應(yīng)器出口截面氨逃逸量過(guò)多,提高輸出系統(tǒng)脫硝的運(yùn)行節(jié)余。由于脫硝系統(tǒng)不具備雙向注氨控制功能,應(yīng)優(yōu)化噴氨量。
(2)為了獲得很低的NOx排放量,通常需要增加脫硝系統(tǒng)的噴氨量。脫硝催化劑大多采用“兩用一備”或“三用一備”的模式。我發(fā)電廠(chǎng)的脫硝系統(tǒng)入口NOx濃度為400 mg/m3,脫硝效率為80%。為了實(shí)現(xiàn)超低的NOx排放,添加了第三層備用催化劑。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)脫硝率提高到90%以上時(shí),SNR出口NOx濃度由44.6 mg/m3降至34.2 mg/m3,排放氨氣由4.4μL/L降至0.9μL/L。第一層催化劑有助于NOx的去除,而第三層催化劑主要用于去除NH3,NH3不參與NOx的去除。上游脫硝系統(tǒng)催化劑體積增大的同時(shí),脫硝反應(yīng)器輸出SO3的質(zhì)量濃度增加。因此,隨著催化劑用量的增加,NOx排放量很小,而脫除系統(tǒng)中SO3的質(zhì)量濃度迅速增加。這增加了預(yù)熱器中硫酸氫銨堵塞的風(fēng)險(xiǎn)??諝忸A(yù)熱器中硫酸氫銨的生產(chǎn)控制為了降低脫硝反應(yīng)器出口煙氣中SO3的質(zhì)量濃度,保證排放質(zhì)量。降低SO2氧化速率可以包括:(a)減少催化劑的使用;(b)控制催化劑中釩的含量;(c)通過(guò)改變?nèi)紵蛽诫s來(lái)降低煤中的硫含量。
(3)噴氨控制。脫硝系統(tǒng)具有較高的脫硝效率。當(dāng)鍋爐運(yùn)行工況發(fā)生較大變化時(shí),SCR脫硝系統(tǒng)輸入的NOx濃度變化不大。當(dāng)NOx質(zhì)量濃度為50mg/m3時(shí)。NOx排放的質(zhì)量濃度通常固定在較低值。在電廠(chǎng)運(yùn)行中,SCR脫硝系統(tǒng)的NOx濃度設(shè)定為35mg/m3,脫硝效率為92%。當(dāng)入口NOx質(zhì)量濃度計(jì)算500mg/m3時(shí),當(dāng)出口NOx質(zhì)量濃度為50mg/m3時(shí),相應(yīng)的脫硝效率為90%;因此,電廠(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中的脫硝效率在90%-96%之間。脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行效率接近SCR技術(shù)的臨界值,在NOx排放達(dá)標(biāo)的情況下,過(guò)量噴氨的風(fēng)險(xiǎn)較大。
(4)最低噴氨溫度。當(dāng)催化劑在低溫下運(yùn)行時(shí),催化劑孔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生硫酸銨,導(dǎo)致催化劑微孔堵塞。氣體中的NH3和NOx還原劑很難達(dá)到催化劑的活性位置,催化活性降低了催化微孔中形成硫酸銨的有害現(xiàn)象,SO3、NH3和H2O是低溫燃燒氣體,它的形成過(guò)程是:
SO3+NH3+H2O→NH4HSO4(1)
硫酸氫銨的產(chǎn)量與煙氣中SO3、NH3和H2O的含量成正比。SO3含量對(duì)最低氨溫的影響最大,其次是NH3和H2O。由于脫硝系統(tǒng)的NOx出口濃度由100mg/m3降低到50mg/m3,因此脫硝系統(tǒng)運(yùn)行,要避免機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間在低負(fù)荷運(yùn)行。
隨著脫硝超低排放改造后,我公司最突出的問(wèn)題就是空預(yù)器堵塞,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組限負(fù)荷,無(wú)法保障機(jī)組長(zhǎng)周期安全運(yùn)行,針對(duì)這些問(wèn)題,公司從管理措施、設(shè)備優(yōu)化調(diào)整上下功夫,有效解決里氨逃逸超標(biāo)、空預(yù)器堵塞的問(wèn)題,主要如下:
(1)合理調(diào)整鍋爐配風(fēng),達(dá)到鍋爐效率與控制脫硝反應(yīng)器入口NOx濃度最優(yōu)化,控制入口NOx濃度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。
(2)嚴(yán)格控制脫硝反應(yīng)器出口氨逃逸在規(guī)定范圍。
(3)為減少?lài)姲绷?,在保證出口NOx達(dá)標(biāo)排放的前提下,盡量控制NOx濃度在30-45 mg/m3之間。
(4)嚴(yán)格控制入爐煤硫分,減少空預(yù)器硫酸氫氨的生成。
(5)在不同條件下,為緩解空預(yù)器蓄熱元件堵灰,優(yōu)先采用提高排煙溫度方法,其次選用離線(xiàn)高壓水沖洗方法,降低空預(yù)器差壓, 確??疹A(yù)器長(zhǎng)周期運(yùn)行。
(6)冬季,盡量避免機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行,保證脫硝反應(yīng)區(qū)入口煙溫滿(mǎn)足最低噴氨溫度的要求。
(7)對(duì)噴氨“自動(dòng)”邏輯進(jìn)行優(yōu)化,自動(dòng)跟蹤及時(shí),既滿(mǎn)足環(huán)保要求,又不過(guò)量噴氨。
總之,脫硝是火力發(fā)電機(jī)組煙氣技術(shù)的發(fā)展方向,也是國(guó)家環(huán)保政策的要求,如何做好脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù),有效提高脫硝設(shè)備的可靠性,保證機(jī)組的安全、環(huán)保運(yùn)行是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù),也是一個(gè)需要在設(shè)計(jì)、改造和運(yùn)行上加以探索和積累的階段,有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)。
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