燃煤电厂影响氨逃逸率的主要因素及控制技术


燃煤电厂超低排放技术路线大多采用低氮燃烧器和选择性催化还原(SCR) 组合方式,轴承测振仪脱硝效率和NH3逃逸率是衡量SCR脱硝系统的两个重要性能指标。氨逃逸率的因素包括脱硝催化剂性能、烟气流场均匀性、锅炉运行方式、喷氨控制逻辑、仪器仪表及测量方式等。


1氨逃逸的生成机理及危害

燃煤电厂SCR 脱硝反应器中NH3选择性催化还原烟气中NOx的主要化学反应为:

4NH3 + 4NO + O2 = 4N2 + 6H2O (1)

4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2O (2)

4NH3 + 2NO2 + O2 = 3N2 + 6H2O (3)

8NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O (4)

烟气中90%~95%的NOx以NO形式存在以上反应中以反应(1)为主。实际运行中受反应条件限制和副反应的影响,烟气分析仪无法保证NO完全脱除所以SCR脱硝反应效率一般在95%左右。

燃煤烟气中含有一定质量浓度的SO2以及少量SO3SO2在催化剂作用下进一步氧化生成SO3SO3与NH3及水蒸气反应生成硫酸氢铵与硫酸铵。

硫酸氢铵形成温度随着NH3和SO3质量分数乘积的升高而升高影响规律如图1所示。


2影响氨逃逸率的主要因素

2.1 脱硝催化剂性能

脱硝催化剂活性是影响氨逃逸率的根本原因烟气温度、含水率、氧含量、烟尘质量浓度等因素均会对催化剂活性产生影响。随着脱硝效率的升高氨逃逸率呈升高趋势当脱硝效率高于设计值时氨逃逸率大幅度增加。

2.2 流场均匀性

烟气流场均匀性是指SCR脱硝系统入口烟气来流均匀性及喷氨后氨氮混合均匀性。运行过程中导流板磨损、积灰、喷嘴堵塞、烟气流量超过设计值等因素也会导致流场不均影响氨氮摩尔比分布。

尤其是在超低排放要求下要求的脱硝效率越高氨氮摩尔比不均匀性的影响越明显氨逃逸率增长趋势也越明显。脱硝效率为92%时当氨氮摩尔比偏差从2%增加到12%时氨逃逸率从1.00×10-6增加到8.00×10-6。

2.3 锅炉运行方式

机组负荷、烟温、燃烧状况等运行参数对脱硝效率和氨逃逸率有明显影响。过高的燃尽风率或过高的氧含量可增加SCR入口NOx质量浓度进而影响脱硝系统运行参数和氨逃逸率

2.4 喷氨控制系统

脱硝系统喷氨控制系统一般采用固定氨氮摩尔比或固定SCR出口NOx质量浓度的控制方式。固定氨氮摩尔比控制原理是依据脱硝效率按照固定的氨氮摩尔比脱除烟气中NOx。固定SCR出口NOx质量浓度控制方法的主控制回路与固定氨氮摩尔比的控制方式基本相同不同之处在于引入了反应器出口NOx质量浓度脱硝效率根据反应器入口NOx质量浓度和反应器出口NOx质量浓度设定值计算获得氨氮摩尔比是脱硝效率的函数。

2.5 测量方法和仪表

由于氨逃逸的量级非常小理论计算很难准确原位光学测量法可以实现在线监测。但准确度容易受高温、高尘恶劣工况的影响。


3氨逃逸率控制技术

3.1 流场优化

实际运行过程中SCR脱硝系统中气流流动非常复杂在烟道内设置导流板可有效改善速度分层现象。导流板后可加装气流均布器(在第1层催化剂上方加装整流格栅等)利用局部的紊流改善流场速度不均匀的状况。根据不同机组的具体情况合理设置导流板的位置、数量、形式等在改善流场的同时要尽可能低地增加系统压降。

氨喷入之后与烟气混合的均匀性集中在氨的喷射方式和喷氨后与烟气的混合两个方面主要取决于喷氨格栅形式及氨烟静态混合器的选型与布置。

3.2 控制系统优化

针对SCR脱硝控制系统大滞后、大延时问题通过引入预测控制、融合改进的状态变量控制、相位补偿控制等技术提前预测被调量未来变化趋势提高脱硝系统闭环稳定性和抗扰动能力。稳定的喷氨量控制取决于高质量的氨气质量流量计、氨量调节阀和最佳的控制参数。在同等设备和控制条件下通过控制系统优化改善喷氨时机特别是提高喷氨控制系统对机组负荷变化的响应速度避免机组负荷变化时喷氨量未及时跟踪而使氨逃逸率超标。

3.3 喷氨优化调整

对于现役SCR脱硝系统在不改造系统设备的情况下通过喷氨格栅优化调整可改善氨氮摩尔比分布的均匀性。

3.4 测量仪表及测量方法改进

超低排放改造时应按要求更合适精度的仪表降低测量误差对氨逃逸控制准确度的不利影响。通过对SCR进、出口流场的测试采用多点取样旁路管的方式提高测点的取样代表性。

3.5 机组运行优化及检修维护

采取炉内燃烧优化调整措施通过调整氧量调整分离燃尽风(SOFA)风门开度合理搭配煤种等降低脱硝装置入口NOx质量浓度。

停炉检修时需检查喷氨格栅喷嘴堵塞情况对堵塞的喷嘴进行吹扫清理加强喷氨系统阀门的维护,测振仪使喷氨调节阀有良好的调节特性减少内漏量。


4结论

(1)选择合适的喷氨格栅及氨烟混合装置合理布置导流板、整流格栅等提高SCR脱硝系统烟气流场均匀性及氨氮混合均匀性降低氨氮摩尔比分布偏差。

(2)进行SCR脱硝控制系统优化通过预测控制技术进行提前控制改善控制逻辑的滞后和延时特性提升喷氨控制系统对机组负荷变化的响应速度。

(3)做好喷氨优化调整实现喷氨量与烟气中NOx分布相匹配加强对喷氨喷嘴、供氨调节阀等设备的检修维护防止出现局部过量喷氨。

(4)通过机组运行优化和炉内燃烧优化调整降低烟气中NOx的质量浓度并使SCR入口烟气参数满足催化剂性能保证条件;同时密切关注氨逃逸、催化剂压差、空气预热器阻力等参数的变化。

(5)做好停炉检修工作定期检查催化剂性能并及时处理催化剂磨损和堵塞问题保证较高的脱硝效率降低氨逃逸率。

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