曾小敏
(廣東粵電集團有限公司沙角A電廠,廣東東莞 523936)
提高煙氣脫硝效率的運行實踐
Operation practice of improving efficiency of flue gas denitrification
曾小敏
(廣東粵電集團有限公司沙角A電廠,廣東東莞 523936)
某電廠4,5號機組實施降氮脫硝工程后,NOX的排放濃度降至100 mg/Nm3以下。文中介紹機組低氮燃燒系統(tǒng)、SCR脫硝改造后運行過程中存在的問題及解決措施。
低氮;SCR;優(yōu)化
對燃燒過程中生成的NOx實施控制是一項較復雜的技術(shù)。由于NOx的生成機理不同,影響其生成量的因素也各不相同,同一控制因素對它們的影響程度也各有差異,甚至一項控制因素對一類型NOx可以實施有效控制,而對另一類型NOx的控制則完全無效。此外,在采用NOx控制措施時,還要考慮該項措施不影響燃燒設(shè)備的能力和效率、不增加能耗、不產(chǎn)生新污染物及經(jīng)濟因素等條件。國內(nèi)較常用低NOx燃燒器技術(shù)、SCR技術(shù)、SNCR技術(shù)和流化床等技術(shù)。某電廠4,5號機組脫硝采用低NOx燃燒器+SCR技術(shù),該廠進行低氮燃燒器改造和SCR脫硝改造后,仍然面臨諸多運行方面的問題。
1)燃燒氧量的影響。燃料中的N在還原性氣氛中轉(zhuǎn)化成NOx的量隨著氧量的變化而變化,在燃料燃燒過程中,燃料內(nèi)的N的各階離子當遇到氧離子時會與之結(jié)合而形成NOx,因此應(yīng)盡可能控制好爐膛氧量。
2)燃料的影響。煤在燃燒過程中生成的NOx主要有3個來源:即熱力型NOx,燃料型NOx和快速型NOx,煤粉燃燒過程中生成的NOx大部分是燃料型NOx。不同的煤種,其N的含量略有差別,對NOx生成量的影響主要是揮發(fā)分、煤粉細度和給煤量等。相關(guān)研究表明,隨著揮發(fā)分含量的增加,煤所釋放出來的N的百分數(shù)增大,因此,應(yīng)適當選揮發(fā)分略低的煤種;另外,控制好煤粉量和煤粉細度對降低NOx生成和確保鍋爐效率不降低也很關(guān)鍵。
除去鍋爐爐膛燃燒過程中產(chǎn)生的SO3之外,在SCR催化反應(yīng)過程中,部分SO2也會轉(zhuǎn)化成為SO3,粗略估計,約1%~2%的SO2會轉(zhuǎn)化成為SO3;脫硝過程中,由于氨逃逸因素的影響,一定數(shù)量的沒有參與催化反應(yīng)的氨也會隨著煙氣的流動到達空預(yù)器。
當煙氣組分中SO3含量比較多時,脫硝系統(tǒng)眾多的化學反應(yīng)過程中對于空預(yù)器影響最大的是基于以下的化學反應(yīng)過程,它會產(chǎn)生硫酸氫氨:
硫酸氫氨會產(chǎn)生粘性的沉降物附著在空預(yù)器的表面,這些粘性的物質(zhì)會吸附飛灰,還會和換熱表面的炭鋼會發(fā)生化學反應(yīng),生成一種白色的粘膜,其主要的組成成分為NH4Fe(SO4)2。這些附著在換熱表面的結(jié)垢層阻塞流動通道,導致系統(tǒng)壓力損失上升,換熱效率下降。
當煙氣含量中NH3和SO3成分摩爾比超過2時(NH3過量),會發(fā)生化學反應(yīng)過程,產(chǎn)生硫酸氨。
在空預(yù)器運行的溫度范圍內(nèi),所生成的硫酸氨為干燥的粉狀物質(zhì),不會產(chǎn)生結(jié)垢的問題。但使用高硫煤的煤種時,主要生成硫酸氫氨。在這種情況下,SCR過程中氨逃逸率的控制就成為控制結(jié)垢產(chǎn)生的決定性因素。但是,即使系統(tǒng)設(shè)計的是較低水平的氨逃逸率,實際運行過程中,氨逃逸率也很可能會因為以下的原因而增加,由此增加結(jié)垢的危險:瞬時氨負荷的波動;氨和NOx的分布不均勻;控制系統(tǒng)控制上的偏差;催化反應(yīng)層催化劑活性的變化。
1)考慮煤質(zhì)及機組負荷的變化對鍋爐飛灰可燃物和NOx排放的影響,將NOx排放維持在300~350 mg/Nm3??赏ㄟ^調(diào)節(jié)燃盡風 (SOFA風)擋板開度來實現(xiàn),如圖1(試驗得到)。
圖1 SOFA風擋板開度與負荷關(guān)系曲線
2)由于改造后整個燃燒工況發(fā)生了變化,氧量的控制值也發(fā)生了改變,可通過試驗得到的如圖2所示的優(yōu)化氧量控制對應(yīng)曲線進行控制。
圖2 氧量與負荷關(guān)系曲線
3)鍋爐風箱—爐膛差壓的控制隨機組負荷變化進行優(yōu)化調(diào)節(jié),見圖3。
圖3 風箱—爐膛差壓與負荷關(guān)系曲線
1)工況變化時的調(diào)整。由于SCR系統(tǒng)布置的特性,其測量儀表會存在一定的滯后性,因此應(yīng)準確把握噴氨調(diào)整時間。供氨調(diào)節(jié)閥在變工況調(diào)節(jié)過程中,從供氨調(diào)節(jié)閥變開度開始,到出口氮氧化物濃度在線測量值開始有變化時,A側(cè)46 s,B側(cè)需38 s,兩者相差不大。但從開始變化到完全穩(wěn)定的時間相差很大,A側(cè)超過25 min,B側(cè)7 min。經(jīng)調(diào)整后,A側(cè)出口在線系統(tǒng)測量滯后量減小。
2)氨和NOx的分布不均勻的調(diào)整。由于煙道布置的原因,煙道內(nèi)的流場難以均勻,煙道截面上各位置流速不同,通過的煙氣量也各不相同。因此,要保證脫硝后的出口煙氣中的氮氧化物分布均勻,需對出口煙道所有試驗孔的每一個測點進行測量,了解出口煙氣流場中的氮氧化物分布情況,并根據(jù)實際測量結(jié)果來調(diào)整對應(yīng)的噴氨管道手動閥。
3)控制系統(tǒng)控制偏差的調(diào)整。CEMS氮氧化物測量自檢和吹掃期間 (反應(yīng)器入口或出口CEMS系統(tǒng)反吹時),屏蔽噴氨調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)器,噴氨調(diào)節(jié)閥輸出保持當前位置不變,待SCR出口煙氣氮氧化物濃度開始變化時,恢復噴氨調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器運行。
反應(yīng)器入口或出口CEMS故障時,切除噴氨調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動,閥門保持當前位置,由運行人員根據(jù)實際情況手動操作。反應(yīng)器出口氨逃逸信號高二值時,噴氨調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器閉鎖增,嚴禁噴氨調(diào)節(jié)閥開度增大,待反應(yīng)器出口氨逃逸信號恢復正常時,氨調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器恢復正常運行。
4)催化反應(yīng)層催化劑活性變化時的調(diào)整。利用機組停機時對催化劑進行取樣分析,詳細了解催化劑的活性,據(jù)此進行噴氨量的調(diào)節(jié)。
某電廠4,5號機組降氮脫硝工程改造后,運行情況基本良好,沒有出現(xiàn)危及運行穩(wěn)定的現(xiàn)象,滿足機組正常運行的需要,對后續(xù)運行過程中出現(xiàn)的問題進行優(yōu)化后,脫硝裝置的性能及可靠性得到進一步的提升。由于采用了低氮燃燒器+SCR復合降氮改造,改造后NOx排放濃度由改造前600 mg/Nm3左右降低至50 mg/Nm3以下,低氮燃燒器+SCR復合脫氮率達91%,煙氣NOx排放完全達到廣東省珠三角區(qū)環(huán)保控制標準。
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X703
B
1008-0198(2014)02-0061-02
10.3969/j.issn.1008-0198.2014.02.020
2013-06-14 改回日期:2014-01-14