2020/11/10 13:28:14
在選擇性催化還原 (SCR)超低排放實施過程中出現(xiàn)的脫硝系統(tǒng)運行的氮氧化物排放超標的空氣預熱器硫酸氫銨堵塞加重等問題 ,分析其主要在 SCR反應器中超低排放對 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行所涉及的問題和對策。
前言
“十二五”期間,選擇性脫硝作為電廠脫硝的主要技術(shù)得到了快速發(fā)展。在“十三五”期,燃煤電廠脫硝系統(tǒng)將進一步完善,NO2質(zhì)量濃度將低于50mg/m3(“標準狀態(tài)”)。為滿足超低排放要求,保證機組穩(wěn)定運行,急需解決SCR脫硝系統(tǒng)存在問題。
1 NOx超低排放存在新問題
在現(xiàn)有的SCR脫硝系統(tǒng)中,燃煤電廠通過提高脫硝效率(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)的問題包括:
(1)SCR反應器的有效運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,增加了空氣預熱器內(nèi)硫酸銨堵塞的風險;
(3)當NOx排放的質(zhì)量限值為50 mg/m3時。脫硝系統(tǒng)出口的NOx濃度每天的波動范圍為20mg/m3~50mg/m3。應避免過量排放NOx和過量噴氨。
(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,對現(xiàn)有催化劑壽命管理方案進行了修改,主要是通過設計催化劑的方案,對催化劑壽命管理策略進行了調(diào)整。
2 問題分析及對策
(1)NH3/NOx混合均勻性。圖1顯示了氨氮摩爾比變化對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脫硝反應氨逃逸量的增加趨勢大大加快,特別是當脫硝效率超過90%時,也增加了硫酸氫銨堵塞的風險。
反應效果還取決于反應器內(nèi)燃燒氣體的流量。表2顯示了氨摩爾比偏差對脫硝性能的影響。
由圖2可知,在催化體積一定時,當脫硝系統(tǒng)進口氨氮摩爾比分布偏差為5%時,氨逸出量在1μL/L范圍內(nèi)。當氨氮摩爾比分布偏差增大到12%時,氨逸出量迅速增加,超過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,空氣預熱器內(nèi)硫酸氫銨堵塞的可能性越大。建議定期進行噴氨優(yōu)化試驗,將噴氨量調(diào)整到最佳值。避免SCR反應器出口截面氨逃逸量過多,提高輸出系統(tǒng)脫硝的運行節(jié)余。由于脫硝系統(tǒng)不具備雙向注氨控制功能,應優(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)電廠的脫硝系統(tǒng)入口NOx濃度為400 mg/m3,脫硝效率為80%。為了實現(xiàn)超低的NOx排放,添加了第三層備用催化劑。試驗結(jié)果表明,當脫硝率提高到90%以上時,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,脫硝反應器輸出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。這增加了預熱器中硫酸氫銨堵塞的風險??諝忸A熱器中硫酸氫銨的生產(chǎn)控制為了降低脫硝反應器出口煙氣中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)通過改變?nèi)紵蛽诫s來降低煤中的硫含量。
(3)噴氨控制。脫硝系統(tǒng)具有較高的脫硝效率。當鍋爐運行工況發(fā)生較大變化時,SCR脫硝系統(tǒng)輸入的NOx濃度變化不大。當NOx質(zhì)量濃度為50mg/m3時。NOx排放的質(zhì)量濃度通常固定在較低值。在電廠運行中,SCR脫硝系統(tǒng)的NOx濃度設定為35mg/m3,脫硝效率為92%。當入口NOx質(zhì)量濃度計算500mg/m3時,當出口NOx質(zhì)量濃度為50mg/m3時,相應的脫硝效率為90%;因此,電廠實際運行中的脫硝效率在90%-96%之間。脫硝系統(tǒng)的運行效率接近SCR技術(shù)的臨界值,在NOx排放達標的情況下,過量噴氨的風險較大。
(4)最低噴氨溫度。當催化劑在低溫下運行時,催化劑孔內(nèi)會產(chǎn)生硫酸銨,導致催化劑微孔堵塞。氣體中的NH3和NOx還原劑很難達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)運行,要避免機組長時間在低負荷運行。
隨著脫硝超低排放改造后,我公司最突出的問題就是空預器堵塞,嚴重時會導致機組限負荷,無法保障機組長周期安全運行,針對這些問題,公司從管理措施、設備優(yōu)化調(diào)整上下功夫,有效解決里氨逃逸超標、空預器堵塞的問題,主要如下:
(1)合理調(diào)整鍋爐配風,達到鍋爐效率與控制脫硝反應器入口NOx濃度最優(yōu)化,控制入口NOx濃度在設計范圍內(nèi)。
(2)嚴格控制脫硝反應器出口氨逃逸在規(guī)定范圍。
(3)為減少噴氨量,在保證出口NOx達標排放的前提下,盡量控制NOx濃度在30-45 mg/m3之間。
(4)嚴格控制入爐煤硫分,減少空預器硫酸氫氨的生成。
(5)在不同條件下,為緩解空預器蓄熱元件堵灰,優(yōu)先采用提高排煙溫度方法,其次選用離線高壓水沖洗方法,降低空預器差壓, 確保空預器長周期運行。
(6)冬季,盡量避免機組長時間低負荷運行,保證脫硝反應區(qū)入口煙溫滿足最低噴氨溫度的要求。
(7)對噴氨“自動”邏輯進行優(yōu)化,自動跟蹤及時,既滿足環(huán)保要求,又不過量噴氨。
總之,脫硝是火力發(fā)電機組煙氣技術(shù)的發(fā)展方向,也是國家環(huán)保政策的要求,如何做好脫硝系統(tǒng)的運行維護,有效提高脫硝設備的可靠性,保證機組的安全、環(huán)保運行是一項長期而艱巨的任務,也是一個需要在設計、改造和運行上加以探索和積累的階段,有待進一步完善和改進。
來源:北極星環(huán)保
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