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脱硝工程:SCR脱硝技术氨逃逸率高的原因及治理

发布者:河北诚誉环境工程有限公司发表时间:2018-07-26
  1概述
  潮州发电厂2号锅炉型号HG-1900/25.4-YM4,是哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进三井巴布科克能源公司(MB)的锅炉技术,进行设计、制造的。锅炉为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的本生(Benson)直流锅炉,单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、π型布置。锅炉为露天布置。
  锅炉设计煤种为神府东胜烟煤,校核煤种为山西晋北烟煤。锅炉燃烧器采用30只低氮氧化物轴向旋流燃烧器(LNASB)前后墙布置、对冲燃烧,配有6台HP963中速磨直吹式制粉系统,B-MCR工况下5台运行,一台备用。锅炉以最大连续负荷(即BMCR工况)为设计参数,在机组电负荷为661.9MW时锅炉的最大连续蒸发量为1900t/h。
  #2锅炉脱硝SCR采用垂直烟道三层设计,脱硝SCR前的取样测点安装在省煤器后喷氨格栅前的垂直烟道,烟道截面积14500*3000mm,水平安装单点氮氧化物、O2测量取样探头;脱硝SCR后的取样测点安装在SCR反应区后空预器前水平烟道,烟道截面积为12550*3500mm,垂直安装单点氮氧化物、O2测量取样探头,单路烟气取样探头直接插入烟道内长度1500mm。
  2氨逃逸率高的危害
  在SCR烟气脱硝工艺中,氨逃逸率的控制至关重要。因为如果控制不好,不仅使脱硝成本增加,而且机组安全运行也受到威胁。其危害性主要表现在以下几方面:
  (1)锅炉尾部烟道及空气预热器换热面腐蚀积灰堵塞。
  (2)由于两台空预器堵塞后阻力不同,造成低负荷、低烟气量时引风机发生抢风现象,造成炉膛负压大幅波动,危机机组安全运行;同时由于空预器的堵塞不均匀,引起一、二次风压和炉膛负压周期性波动严重时可能由于空预器堵塞机组被迫停运检修。
  (3)催化剂中毒。在SCR脱硝工艺中,尽管二氧化硫氧化成三氧化硫的转化率较低,二氧化硫在SCR催化剂表面还是有可能氧化成三氧化硫,在较低温度下三氧化硫与氨气结合成的硫酸氢铵或硫酸铵附着在催化剂表面,催化剂反应性能下降。
  3氨逃逸率高的原因
  氨逃逸率,一般来说,为SCR脱硝工艺出口,未参与还原反应的NH3与出口烟气总量的体积占比,一般计量单位为ppm,如果用质量占比,为mg/m3,也叫氨逃逸浓度。在SCR脱硝工艺过程中,氨逃逸率高的原因主要有:
  一、脱硝烟气流场不均匀,造成局部喷氨量过大引起逃逸率偏高;
  二、催化剂中毒后,催化剂反应性能下降,使得脱硝过程中喷氨过量;
  三、机组在网长时间低负荷运行SCR系统入口温度偏低,导致反应转化比例偏低,存在氨消耗量偏大。
  另一方面也由于低负荷时风量偏低,流场不均也进一步扩大了硫酸氢氨的沉积区域;
  4氨逃逸率高的治理
  4.1流场不均。
  潮州电厂#2锅炉SCR采样系统采取入口单点出口多点的方式,已SCR系统出口氮氧化物为调整目标。由于烟道烟气流场不均匀及取样探头插入烟道内的长度较短,对于入口大截面的烟道取样代表性较差。
  根据我公司委托广东省电力科学研究院专门对#2脱硝出入口测点进行的是否具有代表性的实验报告数据显示结果看,各个测点断面烟气流场存在不均匀的情况,为了更加准确进行烟气取样,在调研相关同类型电厂后,经过各专业充分讨论、研究决定对脱硝前后烟气取样系统进行多点取样改造。
  另外,目前我公司脱硫和脱硝出口氮氧化物偏差较大,因考虑到脱硫出入口和脱硝出口使用的仪表为不同厂家,有不同的测量原理,有可能也是造成这种偏差的原因,因此在进行此项多点取样装置改造过程中,在脱硫出入口各增加一套与脱硝系统仪表相同的测量装置,对测得脱硫出入口参数的结果与脱硝出口的参数进行比对。

  在借鉴同类型电厂对环保参数进行多点取样改造成功经验的基础上,结合我公司#2锅炉SCR系统出入口烟道及烟气取样设备实际情况,选在烟气流场相对稳定区域,用网格法在脱硝出入口原CEMS取样点所在截面进行烟气多点取样,使测量更有代表性。(详见技术措施及附图)。

  在进行SCR系统入口采样改造之后,方案实施后预期达到的效果:在脱硝退出情况下,脱硝和脱硫出入口氮氧化物测量偏差在合理范围内;在脱硝投入情况下,脱硝和脱硫出口氮氧化物偏差在合理范围内;脱硝出入口环保参数测量值与有资质单位如广东省电力科学研究院、广东省环保局、潮州市环保局等用网格法测得的结果偏差在合理范围内。
  4.2催化剂中毒
  为防止喷氨过量导致催化剂中毒,在锅炉运行中应进行有针对性的调整。
  (1)通过燃烧控制脱硝入口氮氧化物值不要过高,严格控制脱硝入口氮氧化物浓度不超过450mg/Nm3。因空磨通风时脱硝入口氮氧化物浓度会快速升高,在同样三氧化硫浓度下,脱硝入口氮氧化物浓度越高,硫酸氢铵露点温度越高,为防止硫酸氢铵生成,禁止磨煤机长时间空磨通风;
  (2)制脱硝出口氮氧化物值不要过低,防止喷氨过量。负荷稳定时#2炉脱硝出口氮氧化物自动调节定值设定90mg/Nm3,负荷变动或启停磨时可手动下调脱硝出口氮氧化物自动调节定值,设定值#2炉一般不应低于60mg/Nm3,工况稳定后应及时回调至正常,防止过量喷氨。
  严格控制脱硝SCR出口烟气中氨气逃逸率平均值<3ppm。当氨逃逸显示偏高>1ppm时,适当提高氮氧化物定值,但控制脱硫出口折氧前、后氮氧化物浓度不超100mg/Nm3;
  (3)入炉煤平均硫份控制0.5%以下,低负荷时控制入炉煤硫份0.45%以下,以降低硫酸氢按的生成几率。
  (4)低负荷期间,注意飞灰含碳量不要过高,注意燃烧配风调整,防止燃烧不完全,造成空预器沉积煤粉。
  (5)锅炉投油期间要注意锅炉燃烧调整和就地油枪看火检查,发现着火不好应及时调整,火检好转尽快退出,投油期间保持空预器连续吹灰。

  4.3 SCR系统入口温度偏低。下图是脱硝效率与SCR系统入口温度的关系。

  目前在网火电机组利用小时数大幅降低,机组长时间低负荷运行是普遍状况。当锅炉低负荷运行时,SCR系统入口温度显著下降,从该图可以看到因为催化剂活性下降造成氮氧化物转化效率偏低,另一方面过量喷入的氨气还会与三氧化硫生成硫酸氢铵吸附在催化剂表面造成催化剂中毒进一步加深。
  针对此类情况及日益严苛的环保控制要求,#2炉进行了SCR系统省煤器旁路加装改造,省煤器旁路烟气挡板采取两个调节挡板,来调节两侧热烟气与省煤器出口的冷烟气比例。锅炉负荷越低,挡板开度越大。目前来看基本能维持SCR系统入口温度在300℃以上,能达到预期效果。
  5总结
  总的来说,SCR脱硝技术作为较为成熟的脱硝技术在理论方面已比较完善,但在实际的运行过程中仍存在相应的问题。氨逃逸率高作为同类型锅炉运行中存在的普遍问题应加以重视,了解氨逃逸率高的原因,做好应对及整改措施,杜绝氨逃逸率高引发的锅炉限负荷或停炉故障的发生。
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