降低SCR系统喷氨量的运行调整措施.doc

关于降低SCR系统喷氨量的运行调整措施【摘要】在SCR脱硝系统运行中，氨气的喷入量应根据SCR反应器出口NOx浓度及保证的脱硝效率通过喷氨调节门进行调节，喷氨量少会使脱硝效率过低，过大容易导致氨逃逸率上升造成尾部烟道积灰，影响锅炉安全运行，且经济性降低较多。本文根据长期运行经验，简单谈谈在保证脱硝效率的基础上，降低喷氨量的措施。【关键词】SCR脱硝 NOx浓度 脱硝效率 喷氨量1 SCR系统概述河南华润电力古城有限公司2320MW机组烟气脱硝工程采用选择性催化还原（SCR）脱硝工艺，每台锅炉配置两个反应器，液氨卸料、储存、蒸发等为公用系统。脱硝系统在设计工况、入口NOx浓度450mg/Nm、处理100%烟气量、在布置2层催化剂条件下脱硝装置脱硝效率均不小于80%。氨逃逸率指SCR反应器出口烟气中氨的浓度（ppm），转换成6%氧量、标态、干基的数值。我公司要求氨逃逸率小于3ppm。锅炉SCR入口烟温在320420，维持烟囱出口NOx含量90mg/Nm和氨气含量3ppm。1.1系统工艺流程公用系统制备的氨气输送至炉前，通过混合器与稀释风混合稀释后进入烟道，稀释风通过烟道内的涡流混合器与烟气进行充分、均匀的混合后进入反应器，在催化剂的作用下，氨气与烟气中的NOx反应生成氮气和水从而达到除去氮氧化物的目的。氨气的喷入量应根据出口浓度及脱硝效率通过喷氨调节门进行调节，喷氨量少会使脱硝效率过低，过大容易导致氨逃逸率上升造成尾部烟道积灰。脱硝系统的反应器是布置在省煤器与空气预热器之间，锅炉燃烧产生的飞灰将流经反应器。为防止反应器积灰，每层反应器入口布置有吹灰器，通过吹灰器的定期吹扫来清除催化剂上的积灰。公用系统氨气的制备过程实际上是液氨的气化过程，液氨存储在液氨储罐中，通过氨站蒸发器的加热器对液氨进行加热；液氨受热蒸发气化成氨气，通过蒸发器后的调节阀可控制缓冲罐内的压力；蒸发器内的压力和温度可通过调节液氨调节门和蒸汽调节门来控制。1.2 SCR反应器锅炉配置2台SCR反应器，反应器设计成烟气竖直向下流动，反应器入口设有气流均布装置。反应器入口段设导流板，对于反应器内部易于磨损的部位布置有必要的防磨措施。反应器内部各类加强板、支架将设计成不易积灰的型式，同时将考虑热膨胀的补偿措施。1.3 SCR系统催化剂催化剂（铁、钒、铬、钴或钼等金属）是SCR系统中最关键的部件，催化剂模块是在现场安装的一个基本单元，其组件如下图所示。由若干片或块催化剂元件组成一个催化剂单元，再由若干催化剂单元组合在一起，加上外框就构成一个催化剂模块。我司的催化剂采用蜂窝式。2 SCR系统工作原理Selective Catalytic Reduction （选择性催化还原法），利用NH3和催化剂（铁、钒、铬、钴或钼等金属）在温度200450时将NOx还原成N2。由于NH3具有选择性，只与NOx发生反应，基本不与O2反应，所以称为选择性催化还原脱硝。其主要化学反应如下：4NH3+4NO+O24N2+6H2O4NH3+2NO2+O23N2+6H2O其反应产物为对环境无害的水和氮气，但只有在800以上的条件下才具备足够的反应速度，工业应用时须安装相关反应的催化剂，在催化剂的作用下其反应温度降至400左右，锅炉省煤器后温度正好处于这一范围内，这为锅炉脱硝提供了有利条件。在实际工程中通过反应器进出口的NOx分析仪表测量NOx的浓度，经DCS控制系统计算比较后将信号反馈给氨流量调节阀，调节阀根据反馈信号来控制喷入烟道中的氨量，从而保证设计的脱硝效率。系统在正常运行时，喷入反应器内的氨不能全部与NOx进行反应，未参加化学反应的氨会随烟气或飞灰从反应器的出口被带入下游的空气预热器，这种现象称为氨的逃逸。通常所说的氨逃逸率是指反应器出口烟气中氨的浓度（ppm），转换成6%氧量、标态、干基的数值。3 SCR系统运行中存在的问题3.1 SCR与锅炉效率之间的矛盾 锅炉燃烧器改造后共有6层煤粉燃烧器，主燃烧区域与二次风均等布置。改造后要求省煤器出口NOx排放量400mg/Nm3(O2=6%)、飞灰含碳量小于2.0%。在脱硝改造后运行中，锅炉机械不完全燃烧热损失与脱硝效率存在矛盾。如果燃烧器区域二次风量小，省煤器出口NOx排放量可以控制，但是飞灰含碳量较高，最高时达到3.6%。反之，省煤器出口NOx排放量将大幅升高约150 mg/Nm3。另外，上层的燃烧器每增投运一只，省煤器出口NOx排放量大约增加30 mg/Nm3 。3.2在保证脱硝效率的基础上，喷氨量相对较多。3.2.1 喷氨自动调节效果差 我司喷氨自动有两套控制方式：PLC模块自动控制和DCS系统自动控制。DCS自动控制在入炉煤掺配不均匀时自动控制反应较差。从自动趋势来看，喷氨调门自动略滞后于NOx值变化，这就造成SCR出口NOx值短时过高。在采用PLC自动控制方式时，喷氨调门自动变化更大，有时甚至关至0%，其后果就是SCR出口NOx值严重超出设计值。而SCR出口NOx值过高时，喷氨调门自动又会大幅开启，使喷氨量增加。3.2.2 锅炉SCR出口NOx与脱硫进口NOx存在偏差 在锅炉实际运行中，由于NOx、氧量取样点工作环境较差，位置不同，存在取样管堵塞程度不一造成NOx值、氧量存在偏差，往往是脱硫进口NOx值、氧量值远高于SCR出口NOx值、氧量值。为控制总NOx排放量，只好增加SCR喷氨量。3.3 SCR吹灰压力达不到设计能力 脱硝系统的反应器是布置在省煤器与空气预热器之间，锅炉燃烧产生的飞灰将流经反应器。为防止反应器积灰，每层反应器入口布置有吹灰器，通过吹灰器的定期吹扫来清除催化剂上的积灰。我司SCR吹灰汽源取自空预器吹灰高压汽源，引至锅炉后屏出口，设计吹灰压力1.5Mpa。但是在实际运行中，由于空预器吹灰汽源还带有GGH连续吹灰用蒸汽，所以在进行SCR吹灰时实际吹灰压力在0.60.8Mpa之间，吹灰效果不理想，影响催化、还原。3.4 稀释风量过小 稀释风机选型过小，经过一次更换后，风压、风量仍然达不到设计值，在运行中，空气量少则对氨气稀释、混合能力降低，容易形成喷氨量不均。4 SCR系统运行中的调整措施4.1对SCR装置运行烟气温度的调整4.1.1通过调整省煤器进口烟气旁路挡板开度将SCR进口烟气温度控制在310430之间，当调整失灵或排烟温度过低超过规定范围时应停止喷氨。反应器入口烟气温度应满足催化剂最高连续运行温度和最低连续运行温度的要求；当反应器入口烟气温度高于最高连续运行温度或低于最低连续运行温度时，则停止喷氨；运行时催化剂床层升温或降温速率应<12/min；SCR喷氨最低连续运行温度受锅炉燃煤硫含量及SCR入口NOx浓度影响而变化。在最低设计运行烟气温度下，喷入烟道内的NH3易与NOx反应生成硫酸铵盐，氨盐沉积在催化剂中会引起催化剂失活，且大量没反应的氨气会造成空预器低温段严重积灰堵塞；SCR入口烟气温度大于最高连续运行温度时，容易引起催化剂烧结，降低脱硝性能。4.2 对锅炉运行燃烧中氧量的调整在锅炉运行中，保持最佳的氧量值可以使锅炉处于经济工况下运行，若氧量过大，将会造成NOx浓度过大，增大了喷氨量，根据长期运行经验，我公司氧量经验公式为O2=（700/负荷MW）+0.5。在实际运行中，适时根据煤质、炉膛出口NOx值进行微调，在保证经济燃烧的前提下，减少锅炉主燃烧区域的氧量，从上部分级送风，尽量减少煤粉燃烧器的投入量。通过燃烧调整，是控制耗氨量的主要调整手段。4.3 对SCR运行中喷氨量的调整根据锅炉负荷、燃料量、反应器入口NOx浓度、脱硝效率、喷氨调门自动跟踪情况调及时对喷氨量自动进行人为干预，防止喷氨调门大幅波动，这样既保证了脱硝效率的稳定，也减少了氨气的使用。4.4 加强对SCR系统的吹灰目前脱硝系统吹灰吹扫频率为每班一次。我们执行时每个反应器从最上层开始吹扫，每层的吹灰器逐只、依次吹扫。吹灰前系统要充分疏水，注意避免蒸汽带入冷凝水，以维持SCR吹灰压力在1.0Mpa以上。同时增加一次吹灰。通过观察，在炉膛燃烧参数相差不大的情况下，吹灰后喷氨量大致减少3Nm/H左右。下表中所列是SCR脱硝装置的重要设定点和运行参数范围。在SCR脱硝装置正常运行时，应加强锅炉燃烧调整，以确保系统的正常运行。序号项目设计设定值范围单位出口烟道内净烟气中的NOx浓度100（80%脱硝效率）5090ppm入口烟道中原烟气的平均温度420320420出口烟道中净烟气的平均温度420320420烟气通过催化剂层的压降200（80%脱硝效率）150250Pa稀释空气流量400035004500Nm3/h氨（NH3）流量1400125Kg/h吹灰蒸汽压力1.00.81.5MPag气氨（NH3）供应压力0.250.20.3MPag5运行调整效果通过以上几个方面的调节，在日常运行工作中，与兄弟运行值相比较，在保证脱硝效率的条件下，通过调整，我值#1机组所用的氨量最低，提高了脱硝系统的经济性。值别#1脱硝效率#1NOx#1用氨量#1脱硝投运率#1单位耗氨量#2脱硝效率#2NOx#2用氨量#2脱硝合格率#2单位耗氨量186 71 16211 99.4%6.0 76 65 18668 99.5%6.0 284 72 15659 99.0%5.8 77 63 20188 99.8%6.6 384 72 17002 99.1%5.7 77 65 18617 99.3%6.1 486 76 15860 98.9%5.5 77 66 18002 98.3%6.1 584 77 13874 98.9%5.3 77 65 18871 99.5%6.4 月度85 74 78606 99.1%5.65 77 65 94347 99.3%6.23 黄色为集控运行五值#1机组2月份脱硝运行情况 n 6结论本文叙述脱硝系统在实际运行存在的问题，通过长期运行经验，提出了通过调整进入SCR反应器入口烟温，锅炉燃烧氧量，催化剂层的压降，加强吹灰等措施在满足脱硝效率的基础上，通过燃烧调整，尽量降低SCR入口NOx值，提高了脱硝系统的运行经济性。