煙氣脫硝工程的熱態(tài)調(diào)試分析

引言

我國的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，燃煤產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)是造成大氣污染的主要污染源之一，這種污染會(huì)形成酸雨，還會(huì)導(dǎo)致光化學(xué)煙霧，危害人類健康。電站鍋爐是NOx的排放大戶。氮氧化物是主要的大氣污染物之一，包括一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮、三氧化二氮、五氧化二氮等多種氮的氧化物，火電廠排放的氮氧化物由超過90%的NO和小于10%的NO2組成。

1煙氣脫硝系統(tǒng)工藝原理

氣態(tài)氨由空氣稀釋到安全濃度(5%體積濃度)以下后,被注入省煤器出口(脫硝反應(yīng)器入口)的煙道中，與一定溫度下的鍋爐煙氣充分混合。充分混合后的煙氣、空氣及氨的混合物流經(jīng)SCR反應(yīng)器中的催化劑層。在催化劑的作用下，煙氣中的NOx和氨在催化劑表面發(fā)生充分的化學(xué)還原反應(yīng)，將生成N2和玦0,從而達(dá)到脫除煙氣中NOx的目的。

脫硝還原反應(yīng)如下：

4NO+4NH3+O2一4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2—3N2+6H2O

發(fā)生的副反應(yīng)為：

2SO2+O2一2SO3

2NH3+SO3+H2O一(NH4)2SO4

在還原反應(yīng)中，沒有參加反應(yīng)的NH3稱作氨逃逸。逃逸的氨隨凈煙氣進(jìn)入下游的空氣預(yù)熱器，在預(yù)熱器的低溫段與煙氣中的SO3反應(yīng)生成硫酸氫銨。硫酸氫銨是一種粘性物質(zhì),可沉積在空氣預(yù)熱器的換熱元件表面，會(huì)有對(duì)空預(yù)器造成堵塞和腐蝕的危險(xiǎn)，因此，必須控制氨的逃逸量。

本工程采用蜂窩式催化劑。催化劑的運(yùn)行有一個(gè)最佳溫度范圍，當(dāng)運(yùn)行溫度高于催化劑的最高溫度限制時(shí)，陶瓷材質(zhì)的蜂窩式催化劑將發(fā)生燒結(jié)和脆裂；當(dāng)運(yùn)行溫度低于催化劑的最低溫度限制時(shí)，則容易生成硫酸氫銨，生成的硫酸氫銨附著在催化劑表面將堵塞催化劑孔，從而導(dǎo)致催化劑活性降低，影響脫硝效率，并會(huì)影響下游鍋爐空預(yù)器的性能。催化劑的最低溫度與煙氣中的NH3和SO3的濃度有關(guān)，兩者濃度越高，催化劑的最低溫度限值越高。SCR運(yùn)行溫度不得低于催化劑的最低溫度限值，否則應(yīng)停止噴入氨，停運(yùn)SCR裝置。本工程催化劑的運(yùn)行溫度范圍為330~450°C。

2主要設(shè)備概況

云南滇東雨汪能源有限公司滇東第二發(fā)電廠2X600mW機(jī)組2號(hào)煙氣脫硝系統(tǒng)是由北京博奇公司設(shè)計(jì)并由北京博奇電力科技有限公司和北京巴威供貨。該系統(tǒng)采用選擇性催化還原法(SCR)脫硝方案，系統(tǒng)布置于省煤器之后，空預(yù)器之前,屬于高塵布置方式。還原劑為液氨經(jīng)過蒸汽加熱蒸發(fā)而成的氨氣。系統(tǒng)主要的設(shè)備包括兩個(gè)液氨存儲(chǔ)罐、兩臺(tái)卸料壓縮機(jī)、兩個(gè)蒸發(fā)槽、一個(gè)廢氨稀釋槽及一些安全輔助設(shè)施等，脫硝系統(tǒng)入口設(shè)計(jì)煙氣參數(shù)如表1所列。

表1工程煙氣參數(shù)(設(shè)計(jì)值)

本設(shè)計(jì)具有如下兩個(gè)工藝流程：

流程1：液氨從儲(chǔ)存罐一調(diào)節(jié)閥一蒸發(fā)器一儲(chǔ)存罐一入口減壓閥一緩沖罐一SCR反應(yīng)區(qū)調(diào)節(jié)閥一SCR反應(yīng)區(qū)

流程2:液氨從儲(chǔ)存罐一液氨調(diào)節(jié)閥一蒸發(fā)器一減壓閥一緩沖罐一SCR反應(yīng)區(qū)調(diào)節(jié)閥一SCR反應(yīng)區(qū)

流程1采用蒸發(fā)器將儲(chǔ)存罐液氨加熱到15°C,液氨從儲(chǔ)存罐通過緩沖罐減壓閥控制壓力(0.3?0.4MPa),SCR反應(yīng)區(qū)調(diào)節(jié)閥控制流量的方式運(yùn)行。流程2則采用液氨經(jīng)蒸發(fā)器加熱通過液氨調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力，減壓閥控制氨氣壓力，SCR反應(yīng)區(qū)調(diào)節(jié)閥控制流量的方式運(yùn)行。圖1所示是高塵布置SCR反應(yīng)系統(tǒng)的示意圖。

圖1高塵布置SCR反應(yīng)系統(tǒng)

實(shí)際上，上述設(shè)計(jì)工藝流程存在著一些缺陷。比如氨氣逃逸測(cè)點(diǎn)未裝，無法監(jiān)視氨氣逃逸測(cè)點(diǎn)；緩沖罐入口減壓閥不能起到減壓效果；核實(shí)SCR反應(yīng)區(qū)調(diào)節(jié)閥不能滿足設(shè)計(jì)流量要求等。

4調(diào)試

投運(yùn)前，先對(duì)各個(gè)噴氨格柵進(jìn)行手動(dòng)節(jié)流閥調(diào)整，以使每個(gè)噴氨格柵的氨氣流量均勻，同時(shí)對(duì)氨氣輸送系統(tǒng)再次進(jìn)行嚴(yán)密性檢查，確認(rèn)無泄漏后，開始試投運(yùn)行。機(jī)組負(fù)荷在405MW，SCR反應(yīng)區(qū)A/B調(diào)節(jié)閥開度80%時(shí)，調(diào)節(jié)氨氣供應(yīng)壓力，氨氣壓力與氨氣流量的對(duì)應(yīng)參數(shù)如表2所列。

表 2 氨氣壓力與氨氣流量的對(duì)應(yīng)參數(shù)表

根據(jù)表2，當(dāng)氨氣在設(shè)計(jì)壓力0.24~0.45MPa時(shí)，因SCR反應(yīng)區(qū)氨氣調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)為DN25，氨氣壓力在0.45MPa且調(diào)節(jié)閥開度為80%時(shí)，供應(yīng)氨氣的最大流量為83.7kg/h，其不能滿足設(shè)計(jì)要求的氨氣流量。

由于緩沖罐入口減壓閥不能起到減壓的效果，且SCR反應(yīng)區(qū)調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)流量偏小，為了能增加電廠效益，及時(shí)投入脫硝系統(tǒng)，因此，筆者采用液氨從儲(chǔ)存罐一蒸發(fā)器入口調(diào)節(jié)閥一蒸發(fā)器一減壓閥一緩沖罐的運(yùn)行方式，通過氨區(qū)蒸發(fā)器入口調(diào)節(jié)閥控制氨氣壓力，SCR反應(yīng)區(qū)調(diào)節(jié)閥旁路開一定的開度和調(diào)節(jié)閥共同調(diào)節(jié)控制氨氣流量的方式運(yùn)行，同時(shí)采取以下措施：

因反應(yīng)區(qū)出口未設(shè)計(jì)氨氣逃逸測(cè)點(diǎn)，控制脫硝效率在80%~90%之間，最高不超過90%,監(jiān)視反應(yīng)器出口SO?的變化及空預(yù)器前后的壓差，控制SO2轉(zhuǎn)化率小于1%。

由于氨氣和空氣混合后的體積分?jǐn)?shù)為16%~25%時(shí)易引燃爆炸，控制氨氣/空氣體積之比在5%左右。

⑶機(jī)組升、降負(fù)荷時(shí)，提前10mm調(diào)節(jié)蒸發(fā)器出口壓力設(shè)定值，每次增減出力壓力設(shè)定值為0.03MPa，間隔10mm操作一次?？刂泼撓跣什怀^90%，如果蒸發(fā)器出口壓力小于0.2MPa且延時(shí)10min后脫硝效率仍高于90%，可減小氨氣調(diào)節(jié)閥旁路手動(dòng)閥，直至脫硝效率在80%~90%之間。

(4)SCR反應(yīng)區(qū)氨氣壓力小于0.1MPa會(huì)出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作,從而關(guān)閉SCR反應(yīng)區(qū)氨氣氣動(dòng)快關(guān)閥及跳蒸發(fā)器系統(tǒng)，因此,應(yīng)控制SCR反應(yīng)區(qū)氨氣壓力不小于0.15MPa,以防止保護(hù)動(dòng)作。如果因壓力低引起跳閘，應(yīng)立即恢復(fù)系統(tǒng)，并啟動(dòng)蒸發(fā)器系統(tǒng)，按正常啟動(dòng)順序控制氨氣流量增加不超過40kg/h,根據(jù)出口NOx變化情況，每間隔10min操作一次，防止氨氣逃逸率偏大。

保證蒸發(fā)器蒸汽暢通，如果因溫度低蒸發(fā)器跳閘，恢復(fù)蒸發(fā)器運(yùn)行時(shí)，為了防止氨氣溫度與水溫溫差過大，每次應(yīng)緩慢提升設(shè)定水溫。

5滿負(fù)荷試運(yùn)行及相關(guān)試驗(yàn)

脫硝系統(tǒng)進(jìn)入整套啟動(dòng)及168h運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷在345~600mW，可進(jìn)行脫硝系統(tǒng)相關(guān)試驗(yàn)，脫硝效率在80%左右對(duì)噴氨格柵手動(dòng)節(jié)流閥進(jìn)行微調(diào)，并使每個(gè)噴氨格柵的氨氣流量均勻。168h運(yùn)行控制脫硝效率在80%~90%,出口NOx含量在100ppm左右，各參數(shù)均在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。脫硝系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，吹灰系統(tǒng)每天應(yīng)吹掃2次以上，以保證反應(yīng)器前后壓差在控制范圍之內(nèi)。

滿負(fù)荷試運(yùn)期間，脫硝效率設(shè)定在80%。脫硝效率、氨氣流量、催化劑的壓差、空預(yù)器壓差、反應(yīng)器出口氮氧化物含量、氨氣含量、氧氣含量、蒸發(fā)器的水位和溫度、緩沖罐的壓力、液氨存儲(chǔ)罐壓力和溫度、液氨的液位、稀釋風(fēng)機(jī)的電流和母管壓力均在設(shè)計(jì)參數(shù)范圍之內(nèi)。其運(yùn)行參數(shù)見表3所列。

6結(jié)語

實(shí)際運(yùn)行時(shí)，在系統(tǒng)噴氨后，還要注意反應(yīng)器出口的氨氣濃度不能超過3ppm，否則,要檢查噴氨是否均勻，如有可能,還要測(cè)試反應(yīng)器入口的煙氣流場(chǎng)和氮氧化物分布流程，以個(gè)別地調(diào)整注氨格柵的注氨流量。如果短時(shí)間不能解決氨氣濃度超過3ppm的問題，那么，還需要降低脫硝效率，減少氨氣的注入量。把氨逃逸率降低至允許的數(shù)值后，再查找氨逃逸率高的原因。只有把氨逃逸率高的問題解決后，才能繼續(xù)增大氨氣注入量，直到達(dá)到SCR出口NOx的設(shè)計(jì)參數(shù)。此外,還應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）檢查并確認(rèn)反應(yīng)器出口的氮氧化物分析儀、氨氣分析儀、氧量分析儀工作正常，測(cè)量準(zhǔn)確。如有問題，要及時(shí)處理。

（2）檢查每個(gè)反應(yīng)器的每層注氨格柵的氨氣流量是否均勻，對(duì)流量不均勻的，要通過調(diào)整手動(dòng)節(jié)流閥，來使同層注氨格柵的氨氣流量均勻。

（3）在SCR的注氨投入后，要注意監(jiān)視反應(yīng)器進(jìn)出口壓周偉.基于物聯(lián)網(wǎng)的公路網(wǎng)運(yùn)營監(jiān)管與服務(wù)問題思考[J].交通運(yùn)輸差的變化。如果反應(yīng)器的壓差增加較大，與注氨前比較增加較多，則要注意增加催化劑的吹灰。

（4）噴淋水的控制閥投入自動(dòng)，注意監(jiān)視液氨存儲(chǔ)罐的溫度和壓力。如果溫度或者壓力超過高限，噴淋水閥門應(yīng)自動(dòng)打開，否則要手動(dòng)打開噴淋水閥，以降低液氨存儲(chǔ)罐的溫度和壓力。

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