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电厂锅炉脱硝系统氨逃逸危害、影响因素及运行调整

发布日期:2019-07-31   来源:《变频器世界》19-06期   作者:周作发   浏览次数:2378
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【摘   要】:通过对NOx排放量、脱硝效率、氨逃逸及烟风气系统参数的统计分析,总结得出脱硝系统(SCR)反应器出口氨逃逸的一些运行影响因素及优化调整方法,以降低氨逃逸。


关键词:危害;氨逃逸因素;运行调整

 

                                                                                                                                                                                                                 

1  引言

    霍林河坑口电厂锅炉为哈尔滨锅炉有限责任公司设计制造的亚临界压力单炉膛、四角切圆燃烧锅炉脱硝装置采用选择性触媒脱硝(SCR)法、双烟道双反应器无旁路烟道布置方式、采用尿素热解或水解所得的氨气作为脱硝还原剂。

    当前国家对环境保护提出了超低排放标准,大多数的火力发电厂采用烟气脱硝装置来减少NOx气体的排放,脱硝所用的还原剂主要采用的是液氨或尿素分解出的氨气,所以在还原过程中不可避免的就会出现过多的还原剂剩余而带来的氨逃逸率,不仅给设备和机组带来了伤害,同时也会造成经济性上的影响。霍林河坑口电厂脱硝系统已经投产三年多,经过三年多的运行调整实践,通过对NOx排放量、脱硝效率、氨逃逸、尿素用量及燃烧参数的统计分析,总结得出脱硝SCR反应器出口氨逃逸的一些运行影响因素及优化调整方法。

 氨逃逸的危害

2.1  对空气预热器的危害

脱硝出口烟气中的氨和SO3反应生成NH4HSO4和(NH42SO4,而NH4HSO4具有较高的粘附性,过量的尿素在反应时,将产生亚硫酸氢铵,是一种腐蚀性,像焦油一样的固体,将堵塞空气预热器,腐蚀污染蓄热元件表面,造成空气预热器的腐蚀、堵塞和积灰,使机组运行周期减短,增大维护量,增加运行成本。

SO3+NH3+H2O→NH4HSO4

SO3+NH3+H2O→(NH42SO4

某电厂由于氨逃逸增大导致空气预热器腐蚀、堵塞情况如图1所示。

                                               

1  某电厂由于氨逃逸增大导致空气预热器腐蚀、堵塞情况

2.2 对布袋除尘器的影响

脱硝装置出口烟气中的剩余氨和SO3反应生成的NH4HSO4粘附在布袋除尘器的布袋上,堵塞布袋,使布袋差压增大,影响除尘效果,增大引风机电耗,严重时损坏布袋。引风机出力的增加带来了厂用电率的增加,高负荷时出力的不足造成负荷上的限制,影响机组效益。同时可能造成引风机发生的失速喘振问题,这不仅给风机本身带来伤害,也增加了机组运行的不安全性,降低了经济效益。2号锅炉2015年和2016年氨逃逸、布袋差压、引风机电流对照表如表1所示。

 

 

 

1  2号锅炉2015年和2016年氨逃逸、布袋差压、引风机电流对照表

可以看出运行一年以来氨逃逸增加了8.4ppm,布袋差压相应增加1700Pa左右,引风机电流增加了75A。

2.3 脱硝尿素耗量增大,降低脱硝装置经济性。

经验表明氨逃逸在6ppm左右时,尿素用量增大30%,增加了电厂运行成本,降低了运行的经济性。

2.4 堵塞催化剂,降低催化剂活性

硫酸氢铵在低温下还具有吸湿性,当从烟气中吸水会对设备造成腐蚀,如果它在低温催化剂上形成,会造成催化剂部分堵塞,增大催化剂压降或是造成催化剂失效,降低催化剂的活性,进而使氨逃逸进一步增大,形成恶性循环。

2.5 剩余氨气排到大气中造成大气的二次污染

尽管氨可以用于阻止NOx的排放,但氨本身的排放远不环保,其在烟气中的颗粒污染物则会引起人体的呼吸系统病变。同时也会带来环保指标不合格的大问题,给机组运行带来了不确定性,影响机组的经济效益。

 

 影响SCR装置脱硝装置氨逃逸的原因分析

3.1 脱硝催化剂老化失活

SCR烟气脱硝系统所使用的催化剂SCR反应器脱硝效率的关键,同时还与脱硝设备的可靠性紧密相关。影响催化剂活性的因素很多,化学因素有砷中毒、碱金属中毒、重金属中毒等,物理因素有催化剂的冲蚀、堵塞、高温烧结等。由于催化剂位于烟气系统的高含尘区,在设计时已考虑了催化剂冲蚀和堵塞问题。因此,在机组实际运行时,应对燃煤中的砷、碱等金属等进行监测分析,以便采取必要的防范措施。

在投运一年之后,分别对SCR反应器出口和入口NOx排放量、脱硝效率、氨逃逸、尿素用量等数据进行了比较,在脱硝效率不变的情况下,氨逃逸有较大增长、尿素用量也随之增大。2号锅炉脱硝系统氨逃逸在运行一年后长期大于10ppm。在机组B检时对SCR反应器取样送检,结果表明,SCR反应器催化剂活性随着运行时间的延长呈下降趋势。经对烟气成分进行分析,烟气中砷含量较大。表2、表3SCR投入半年后数据对照表。

2  2014年08月09日1号锅炉脱硝数据表


 

3  2015年03月25日1号锅炉脱硝数据表


3.3 
烟气温度
由于锅炉运行中不同时间、不同负荷段烟气参数状态不同,烟气流速、烟气中
NOx含量在烟道中分布也不尽相同。在AIG各支管喷氨流量均匀的情况下,脱硝反应器出口NOx浓度和剩余NH3浓度分布也不尽相同。此在一定程度上增大了剩余氨,增加了氨逃逸。

烟气温度在很大程度上影响催化剂的效果,进而影响逃逸率的大小。选择性触媒脱硝(SCR)法工艺所选用的催化剂在300~420℃范围反应效果为最佳,NH3还原NOx的最佳反应温度在300420℃,当烟气温度低于300℃时,NH3无法全部与NOx反应。因此应尽量提高机组负荷,使烟气温度300℃以上。所以要根据锅炉负荷和燃烧情况在满足的条件下维持烟气温度在最佳范围内。如烟气温度达不到要求,应进行系统改造。

3.4 SCR脱硝反应区催化剂堵塞

SCR脱硝反应区催化剂处在高浓度的粉尘区域,烟气通过催化剂时不可避免要遗留部分粉尘,加上脱硝装置氨和SO3反应生成的NH4HSO4粘附催化剂上,进一步增大了催化剂的阻力,是催化剂通道堵塞,减少了烟气与催化剂的接触面积,使烟气中的剩余氨气进一步增加。

3.5 尿素热解风温度偏低、风量偏小

尿素溶液在进入反应器前要经过热风雾化分解,我厂热风来源为热一次风母管来的大于300℃的热一次风经过电加热器加热到350℃以后在热解炉中对尿素溶液进行雾化分解,但是因为负荷、电加热器问题造成热风温度偏低。尿素热解炉出口风温一般控制在330~420℃,如低于330℃,尿素热解效果就会大大降低,颗粒尿素随热解风进入烟气,从而增大了氨逃逸。

3.6 自动调节品质

喷氨的自动调节方式在很大程度上影响氨逃逸的大小,调节速度过慢,氮氧化物含量达不到要求,造成超排;调节速度过快则氨逃逸增大。此需要结合烟气量、脱硝入口氮氧化物、脱硝出口氮氧化物的变化来综合计算。

3.7 燃烧影响

氮氧化物的生成在很大上决定于燃烧调整,不同的燃烧氧量、磨煤机的组合方式、二次风门的开度、SOFA风门的开度、一次风粉浓度等影响着氮氧化物的生成,生成的氮氧化物越少,喷氨量则越少,相应氨逃逸也越少。

不同运行工况对氨逃逸的影响分析

4.1 AIG各支管喷氨流量对氨逃逸的影响

为改善出口NOx分布均匀性,改善催化剂脱硝效果,降低氨逃逸,须根据烟速在烟道方向分布进行喷氨优化调整,最大程度使SCR反应器出口NOx分布均匀,从而使NH3尽可能参与反应,降低氨逃逸。2016年11月电科院在进行2号锅炉性能测试中在AIG各支管调门开度均为100%的情况下对脱硝反应器出口NOx浓度和剩余NH3浓度分布进行了测试,发现烟道两侧氨气含量为8ppm左右,烟道中间氨气含量为2.1ppm,具体分布如图2所示。

 

                                                               图2  AIG各支管调门优化前烟道氨气含量分布图

之后对AIG各支管调门开度进行了优化调整,将两侧调门分别关小30%至50%,烟道两侧氨气含量降低至为3ppm以下,烟道中间氨气含量为2.0ppm,具体分布如图3所示。



                                                                             


3  AIG各支管调门优化后烟道氨气含量分布图

可以看出通过对各支管喷氨量的调整可以消除由于烟气流量分布不均造成氨逃逸增大。

4.2 燃烧调整

通过不同的燃烧调整,降低SCR反应器入口氮氧化物的生成,减少喷氨量,进而降低氨逃逸。

4.2.1   不同氧量对氨逃逸的影响

不同氧量对SCR反应器入口氮氧化物、SCR反应器出口氨逃逸有不同的影响,锅炉燃烧氧量增大时SCR反应器入口氮氧化物增加,氨逃逸也随之增加。不同负荷、氧量下SCR反应器入口氮氧化物、氨逃逸关系曲线如图4所示。

 

                                                      图4  不同负荷、氧量下SCR反应器入口氮氧化物、氨逃逸关系曲线

可以看出随着锅炉燃烧氧量的增大,SCR反应器入口氮氧化物相应增加,喷氨量增加,氨逃逸也随之增加,所以在保证锅炉燃烧经济性的同时要尽量降低锅炉燃烧氧量。

4.2.2   不同磨煤机组合方式对氨逃逸的影响

在相同氧量下,不同磨煤机组合方式对SCR反应器入口氮氧化物、SCR反应器出口氨逃逸有不同影响。不同磨煤机组合,SCR反应器入口氮氧化物关系曲线如图5所示。

                                          

5  不同磨煤机组合,SCR反应器入口氮氧化物关系曲线

由图5可以看出其它条件相同的情况下,运行下层磨煤机相当于延长了火焰长度,SCR反应器入口氮氧化物、SCR反应器出口氨逃逸随之降低。

4.2.3   不同的一次风粉浓度

氮氧化物的生成和一次风粉浓度有很大关系,图6是磨煤机煤量、风量与氮氧化物的生成和氨逃逸的统计图。

                                                                                                              

6 磨煤机煤量、风量与氮氧化物生成量和氨逃逸的关系曲线

由图6可以看出,一次风粉浓度增大,氮氧化物生成量减小,氨逃逸随之降低。

4.2.4   燃烧器摆角

当燃烧器摆角向下摆动时,火焰中心下移,煤粉分级燃烧效果增强,氮氧化物生成量减少,相应反应时氨逃逸也降低。400MW负荷下不同的燃烧器摆角对脱硝参数试验数据统计如表4所示。

4  400MW负荷下不同的燃烧器摆角对脱硝参数试验数据统计


4.2.5 
  SOFA风量试验表明,不同的燃烧器摆角对脱硝入口NOx和脱硝出口NH3氨逃逸会有不同的影响,燃烧器摆角向下摆动,会降低脱硝入口NOx含量和氨逃逸。

合理使用SOFA风,根据锅炉燃烧情况及时调整SOFA风门。在其它工况相同的情况下,不同SOFA开度情况下,烟气中的氮氧化物生成量不同。表5是400MW负荷下不同SOFA风量的脱硝数据统计。

5  SOFA风对脱硝系统的影响

 

统计表明,不同的SOFA风量对脱硝入口NOx和脱硝出口NH3氨逃逸会有不同的影响。开大SOFA风门,增大SOFA风量,会降低脱硝入口NOx含量和氨逃逸。

4.3 自动调节方式

合理的自动调节方式不仅能满足氮氧化物的排放要求,减少超排次数,而且能降低氨逃逸,使喷入氨气能够及时、准确和烟气中氮氧化物反应。2017年03月,电科院调试人员对2号锅炉调节品质进行了优化。优化调整前后同负荷下氨逃逸对照图如图7所示。

                
7  优化调整前后同负荷下氨逃逸对照图

由图7可以看出,经过优化调整,在满足排放要求的情况下氨逃逸相同负荷下同比大幅度降低。

4.4 锅炉烟气温度

NH3还原NOx的最佳反应温度在300420℃,当烟气温度低于300℃时,NH3无法全部与NOx反应。因此应通过系统改造或尽量提高机组负荷,使烟气温度300℃以上。1号锅炉在2016年技改时通过对省煤器分级改造,将部分省煤器移至脱硝SCR反应器后,将烟气温度提高了30℃左右,对降低氨逃逸收到了良好的效果。

降低SCR脱硝装置氨逃逸采取措施

1)消除烟气流量不均造成氨逃逸的增大

定期测试脱硝反应器出口NOx浓度和剩余NH3浓度分布,及时调整AIG各支管喷氨流量,使烟气中NOx分布和喷入的NH3浓度相匹配,消除由于烟气流量不均造成氨逃逸的增大。

2)保持催化剂的清洁

保持催化剂的清洁,保证催化剂的活度,消除烟气通过脱硝催化剂时遗留的粉尘,是降低氨逃逸的根本措施。运行中要采取合理的吹灰制度,保证声波吹灰和蒸汽吹灰的有效投入。

3)燃烧调整

合理调整燃烧,维持合适氧量,保持一定的SOFA风量,尽量采用下层磨煤机组合,保持较大的一次风粉浓度,适当向下摆动燃烧器,延长火焰长度,减小NOx的生成,从而降低氨逃逸。

4)优化喷氨调节品质

根据锅炉燃烧特性,及时优化喷氨调节品质,在满足排放要求的同时尽量减小氨逃逸。

5)烟气温度

通过系统改造或提高机组负荷,保持烟气温度在300420℃,从而保证NH3还原NOx的最佳反应氛围。

 

6  结束语

氨逃逸会造成空气预热器的腐蚀和堵灰,造成布袋除尘器的堵塞,加大风机电耗,增大尿素用量,且排放会造成大气的二次污染。所以降低氨逃逸是电厂脱硝装置投入后急需解决的重要问题。本文通过分析氨逃逸的一些影响因素,并在运行中加以实践,总结出一些调整经验和措施方法,以降低氨逃逸。本文中难免有一些不成熟的观点需进一步探索和改进。

 

 
 
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