電廠燃煤鍋爐氨逃逸的分析與控制

火電廠NOx排放標(biāo)準(zhǔn)控制在了50mg/Nm3，隨著控制指標(biāo)的提高，帶來了一系列的問題。自從2013年脫硝系統(tǒng)的投運以來，燃煤電廠SCR催化劑基本經(jīng)歷了增加備用層，更換運行層，SCR控制設(shè)備也經(jīng)歷了長達4年左右的運行，一些缺點開始顯現(xiàn)。氨逃逸高成了一個普遍不可回避的難題。 本文主要針對氨逃逸這一問題進行探討和，分析氨逃逸的影響因素，并提出了一些在運行中控制脫氨逃逸的方法，以期對機組設(shè)備安全和經(jīng)濟性效益的提高有所幫助。 1 引言 當(dāng)前，由于國家環(huán)保形勢的嚴(yán)峻，京津冀持續(xù)霧霾天氣，對華北地區(qū)的超低排放提出了更高的要求。而燃煤電廠的SCR脫硝系統(tǒng)普遍采用液氨和尿素脫硝系統(tǒng)。由于設(shè)備的老化、控制系統(tǒng)的落后、以及運行調(diào)整的因素，NOx的控制給鍋爐的安全經(jīng)濟運行帶來的很大壓力。 2 燃煤電廠SCR系統(tǒng)簡介 燃煤電廠普遍采用干法脫硝工藝，由于催化劑工作溫度的限制，脫硝系統(tǒng)大都布置在省煤器之后，空預(yù)器之前的煙道里。 SCR技術(shù)主要反應(yīng)如下： SCR脫硝系統(tǒng)包括催化劑反應(yīng)器、氨儲運系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)及相關(guān)的測試控制系統(tǒng)。煙氣首先自下而上經(jīng)過噴氨格柵，噴氨格柵將稀釋后的氨氣均勻噴入煙道，然后在混合器中與煙氣混合，然后轉(zhuǎn)向從上而下流過催化劑。催化劑分三層或四層被安裝在反應(yīng)器的箱體內(nèi)，一般為垂直布置，煙氣流過催化劑時，在催化劑的作用下選擇性的與NOx反應(yīng)生成N2和H2O。 在氮氧化物（NOx）選擇性還原過程中，通過加氨（NH3）可以把NOx轉(zhuǎn)換為N2和H2O。主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下： （1）4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O （2）6NO+4NH3=5N2+6H2O （3）6NO2+8NH3=7N2+12H2O （4）2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O 3 氨逃逸的危害 氨逃逸是指SCR脫硝系統(tǒng)由于種種原因，會造成催化劑后的煙氣中氨氣的含量超標(biāo)。這會帶來一系列嚴(yán)重后果： 3.1催化劑堵塞。由于銨鹽和飛灰小顆粒在催化劑小孔中沉積。阻礙了NOx、NH3、O3到達催化劑活性表面，引起催化劑鈍化。鈍化后，脫硝效率下降，為了保持環(huán)保參數(shù)不超標(biāo)，會噴更多的氨，這將引起惡性循環(huán)。 3.2SCR出口CEMS過濾器堵塞。SCR出口CEMS一般采用抽取式，伴熱溫度為120℃，銨鹽容易沉積堵塞過濾器和取樣管。引起測點不準(zhǔn)確，引起自調(diào)失靈，環(huán)保參數(shù)失控。 3.3空預(yù)器堵塞。銨鹽沉積在空預(yù)器冷端，引起空預(yù)器堵塞。增加系統(tǒng)阻力，增加風(fēng)機電耗。影響帶負(fù)荷，高負(fù)荷風(fēng)量不能滿足要求。引起空預(yù)器冷端低溫腐蝕。 3.4導(dǎo)致電除塵極線積灰和布袋除塵器糊袋。氨逃逸大會引起電除塵極線積灰，陰陽極之間積灰產(chǎn)生搭橋現(xiàn)象導(dǎo)致電除塵電場退出運行。氨逃逸過大會造成銨鹽糊在布袋上，引起布袋除塵器壓差高，從而導(dǎo)致吸風(fēng)機電流高，嚴(yán)重時影響風(fēng)量、引起出力受阻。風(fēng)機失速、保護停機等事故。 3.5系統(tǒng)堵塞后會引起送風(fēng)機、一次風(fēng)機、吸風(fēng)機失速、搶風(fēng)。出力受阻，排煙溫度失控。甚至引發(fā)非停事故。 3.6氨逃逸過量進入空氣，氨被吸入肺后容易通過肺泡進入血液,與血紅蛋白結(jié)合，破壞運氧功能。短期內(nèi)吸入大量氨氣后可出現(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、痰帶血絲、胸悶、呼吸困難,可伴有頭暈、惡心、嘔吐、乏力等,嚴(yán)重者可發(fā)生肺水腫、成人呼吸窘迫綜合征,同時可能發(fā)生呼吸道刺激癥狀。所以堿性物質(zhì)對組織的損害比酸性物質(zhì)深而且嚴(yán)重。 4 氨逃逸大的原因 4.1自動調(diào)節(jié)性能不好。在變負(fù)荷時、啟停制粉系統(tǒng)時，噴氨量不能適應(yīng)負(fù)荷和脫硝入口NOx的變化，導(dǎo)致脫硝出口NOx波動太大，導(dǎo)致瞬時噴氨量相對過大，從而引起氨逃逸增加。 4.2脫硝入口NOx分布不均勻，與噴氨格柵每個噴嘴的噴氨量不匹配。導(dǎo)致出口NOx不均勻。導(dǎo)致局部氨逃逸高。 4.3噴氨格柵噴氨不均勻，導(dǎo)致出口NOx不均勻。導(dǎo)致局部氨逃逸高。 4.4測量系統(tǒng)不準(zhǔn)確。一般SCR左右側(cè)出入口各裝一個測點，在測點發(fā)生表管堵塞、零漂時不具有代表性，導(dǎo)致自調(diào)系統(tǒng)噴氨過量。從而引起氨逃逸升高。包括NOx測點、氧量測點、氨逃逸測點。 4.5測點位置安裝位置不具代表性。測點數(shù)量過少。安裝位置沒有經(jīng)過充分的混合，會導(dǎo)致測量不準(zhǔn)。另外測點數(shù)量太少，不能隨時比對，當(dāng)發(fā)生堵塞、零漂時不能及時發(fā)現(xiàn)。 4.6測點故障率高，當(dāng)測點故障時，指示不準(zhǔn)，引起自調(diào)切除，只能手調(diào)，難以適應(yīng)AGC負(fù)荷隨時變動的需求。 4.7在變負(fù)荷和啟停制粉系統(tǒng)時，脫硝入口NOx波動大，從而引起脫硝出口波動大，噴氨量波動大，引起氨逃逸。由于低氮燃燒器改造的效果差，在實際運行中，尤其在大幅度變負(fù)荷時，脫硝入口NOx變化較大，會加大脫硝自調(diào)的難度。 4.8AGC投入時，普遍變負(fù)荷速率較快。為了響應(yīng)負(fù)荷的快速變化，燃料量變化太快，風(fēng)粉配比不能保證脫硝入口NOx穩(wěn)定。引起大幅波動。 4.9煙氣流場的不均勻，導(dǎo)致噴氨量與煙氣量不匹配。煙氣流速在煙道的橫截面各個位置不能均勻分布，尤其在煙道發(fā)生轉(zhuǎn)向后，各個部位風(fēng)速不一致，會導(dǎo)致局部氨逃逸偏高。 4.10煙氣溫度變化幅度大。在低負(fù)荷時，煙溫下降。局部煙溫太低，會引起催化劑活性下降，從而引起氨逃逸升高。 4.11脫硝自調(diào)控制策略存在缺陷。測點反吹時，自調(diào)的跟蹤問題不能徹底解決。往往在反吹結(jié)束后，SCR出口NOx會有一個階躍，突然升高或突然降低，增加擾動和波動，增加氨逃逸。 4.12催化劑局部堵塞、性能老化。導(dǎo)致單層催化劑各處催化效率不同，為了控制出口參數(shù)，只能增加噴氨量，從而導(dǎo)致局部氨逃逸升高。 4.13由于SCR脫硝裝置處于煙氣的高灰段，氨逃逸表是利用激光原理測量，容易引起測量不準(zhǔn)。測量技術(shù)不過關(guān)，不能準(zhǔn)確反映氨逃逸情況，不能給運行一個有效的參考數(shù)據(jù)。由于原煙氣含灰量高達30-50g/m3，傳統(tǒng)的對射式氨逃逸分析儀無法穿透，并且由于鍋爐負(fù)荷的變化會導(dǎo)致光速偏移，維護量很大。而由于在較低溫度下（230℃以下），NH3和SO3會生成NH4HSO4，對于傳統(tǒng)的采樣管線抽取式氨逃逸分析儀的采樣管伴熱溫度不會超過180℃，所以在采樣管線中硫酸氫銨會快速生成，導(dǎo)致氨氣部分或全部損失，監(jiān)測結(jié)果沒有實際意義。 4.14液氨質(zhì)量差。由于液氨的腐蝕性和有毒性，檢測很不方便。一般液氨的檢測由廠家自己檢測。因此，對液氨質(zhì)量缺乏有效監(jiān)督?，F(xiàn)場經(jīng)常發(fā)生供氨管道濾網(wǎng)堵塞的現(xiàn)象。也會造成噴氨格柵噴氨量的不均勻。從而影響氨逃逸。 5降低氨逃逸的措施 5.1優(yōu)化脫硝自調(diào)特性，將脫硝出口NOx控制在30~50mg/Nm3之間，防止調(diào)門開的過大，瞬間供氨量過大，導(dǎo)致氨逃逸升高。提高自調(diào)的適應(yīng)性，保證在任何工況下都能滿足要求，將波動幅度控制到*小。尤其在大幅升降負(fù)荷和啟停制粉系統(tǒng)時。避免NOx長時間處于較低的狀態(tài)。 5.2優(yōu)化脫硝測點反吹期間的控制策略。在自調(diào)邏輯中引入脫硝入口NOx前饋信號和凈煙氣NOx反饋信號。在反吹期間合理選擇被調(diào)量，比如可以用凈煙氣NOx作為臨時作為被調(diào)量。在反吹結(jié)束后，再切回原來的被調(diào)量，保證在反吹結(jié)束后NOx參數(shù)平穩(wěn)，不出現(xiàn)大幅跳變，在反吹期間不需要人為干預(yù)。使自調(diào)投入率達99%以上。 5.3優(yōu)化燃燒調(diào)整自調(diào)特性，在燃燒自調(diào)中考慮風(fēng)粉自調(diào)對脫硝入口NOx的影響，使脫硝入口NOx在負(fù)荷波動和其他擾動下波動幅度*小，降低脫硝自調(diào)的難度。 5.4提高CEMS測點的可靠性?？梢酝ㄟ^增加測點數(shù)量或者提高維護質(zhì)量來提高測點的可靠性。盡量降低由于測點故障引起的自調(diào)功能失效時間。 5.5在脫硝系統(tǒng)畫面中增加反吹報警提示。比如“A側(cè)出口NOx反吹”、“B側(cè)出口NOx反吹”、“凈煙氣出口NOx反吹”。提醒值班員對吹掃期間參數(shù)的關(guān)注，防止自調(diào)失控，氨逃逸過高。 5.6合理調(diào)整反吹時間和時段。杜絕兩點和三點同時反吹。當(dāng)由于反吹時間間隔不同出現(xiàn)同時反吹時，其中一點反吹時間自動提前或后延10分鐘，避免同時反吹。 5.7請高水平的電研院做煙道煙氣流場試驗，做到在任何負(fù)荷下，噴氨格柵斷面和催化劑斷面煙氣流速均勻。 5.8請高水平的電研院做燃燒優(yōu)化試驗，做到在任何負(fù)荷下，噴氨格柵斷面前NOx均勻。比如：可以重新確定各負(fù)荷下的氧量控制范圍，降低脫硝入口NOx數(shù)值和波動幅度?？梢栽黾渝仩t自動投切粉、自動啟停磨邏輯，判據(jù)除了引入氧量、負(fù)荷、粉量、煤量外，還可以引入脫硝入口NOx作為前饋，使鍋爐在大擾動的情況下，保證脫硝入口NOx變化*小。 5.9請高水平的電研院做煙道噴氨格柵均布試驗，做到在任何負(fù)荷下，噴氨格柵斷面噴氨均勻，與煙氣量匹配。提高噴氨格柵均勻性，利用網(wǎng)格法實時**噴氨格柵的均勻性。應(yīng)聘請有資質(zhì)的試驗所每半年在線調(diào)節(jié)一次噴氨格柵均勻性。 5.10請高水平的電研院做催化劑性能測試試驗，做到在任何負(fù)荷下，催化劑后的NOx均勻。 5.11預(yù)防催化劑積灰。提高聲波吹灰氣源壓力；經(jīng)常性的對氣源罐進行疏水；每次脫硝投入或是機組啟動開啟風(fēng)煙系統(tǒng)前要先啟動聲波吹灰器；運行中也要檢查吹灰器工作正常。利用停備和檢修清理催化劑積灰，及時疏通堵塞的催化劑，更換老化的催化劑。清除噴氨噴嘴及供氨管道、閥門堵塞的現(xiàn)象。消除稀釋風(fēng)系統(tǒng)堵塞的情況。 5.12更換落后的氨逃逸表。采用先進技術(shù)的氨逃逸表，定期校對，保證指示準(zhǔn)確。TY-8700型氨逃逸在線分析系統(tǒng)是天禹智控自主研發(fā)新型在線監(jiān)測系統(tǒng)，該產(chǎn)品基于可調(diào)諧激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）的原理，可測量NH3、H2S、HCL、HF等氣體濃度。預(yù)處理系統(tǒng)采用熱濕法設(shè)計，該系統(tǒng)具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、不受背景氣體干擾、非接觸式光學(xué)測量等特點，為實時準(zhǔn)確地反映逃逸氨的變化提供了可靠保證。 5.13控制脫硝入口煙溫在合理范圍，保證催化劑工作在*佳工作溫度。過高容易燒結(jié)，過低效率不高，容易中毒，失去活性。 5.14合理確定AGC響應(yīng)速度。過高的響應(yīng)速度，對電網(wǎng)也許是好事，但對電廠卻可能是災(zāi)難。長期的負(fù)荷波動，給設(shè)備帶來交變應(yīng)力，大大降低使用壽命。對于環(huán)保參數(shù)的控制也極為不利。因此，應(yīng)兼顧電網(wǎng)和電廠的安全經(jīng)濟運行，確定合適的變負(fù)荷率，而不是盲目追求高速度。經(jīng)?？吹接械臋C組在升負(fù)荷，而有的機組卻在降負(fù)荷，有的機組負(fù)荷在大幅度降低后，又快速升起。這都給電廠設(shè)備造成了不必要擾動，同時也帶來了安全隱患和經(jīng)濟性下降。 5.15提高液氨質(zhì)量，減少雜質(zhì)，減少堵塞濾網(wǎng)、堵塞噴氨格柵分門的機會。 6 結(jié)論 本文通過對燃煤電廠脫硝系統(tǒng)氨逃逸的分析，找出了影響氨逃逸的主要因素，并針對原因，提出了解決方案和措施。主要從以下幾個方面進行優(yōu)化： 6.1一次系統(tǒng)的優(yōu)化改造。如流場、噴氨設(shè)備的均勻性調(diào)整。燃燒器的改造。 6.2脫硝控制系統(tǒng)的優(yōu)化。如自調(diào)系統(tǒng)的適應(yīng)性和平穩(wěn)性。測點的可靠性。自調(diào)策略的先進性和**性。 6.3鍋爐燃燒調(diào)整的優(yōu)化。燃燒自調(diào)系統(tǒng)對脫硝環(huán)保參數(shù)的兼顧和前饋。整個鍋爐設(shè)備的系統(tǒng)性優(yōu)化。

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