火电厂SNCR与SCR混合脱硝工艺的优化运行

北极星环保网讯:摘  要：本文首先介绍了某厂新改造的选择性催化还原脱硝工艺(SCR)和选择性非催化还原脱硝工艺(SNCR)混合工艺法脱销系统，作为西北首例采用此种脱硫工艺的电厂，介绍了其优越性、基本原理及可能存在的问题。同时从一次典型的因为脱硝系统的不正常运行引起的空预器堵塞事故谈起，针对当时的运行情况进行取证分析，得出造成事故的原因，进而根据脱硝系统的运行特点对现行的脱硝系统建立动态模型，充分考虑燃烧时的各种变量对于脱硝系统的影响，本着兼顾经济性和安全性的原则，分别对各种扰动对于脱硝效率以及氨气逃逸率的影响进行的比较深入地探讨，得出相关扰动对于脱销系统整体反应的影响的程度。从而提供了一种对于脱硝运行的分析手段和方法，并对于脱硝系统的运行提出一系列整改措施，取得了很好的效果，显著地改善了脱硝系统的运行状况  ，极大地延长了空预器因为脱硝系统运行造成堵塞的周期，减少空预器冲洗次数。使得机组运行的经济性及安全性均有明显改观。对其他电厂脱硝系统的经济及安全运行有广泛借鉴和指导作用。

1 某厂脱硝工艺简介

为了满足某厂扩建工程#1、#2机组节能环保要求，降低烟气中NOX物的排放浓度，某厂于2011年3月起开始对300MW机组施行脱硝装置建设改造。

SNCR反应的基本原理：

在800～1250℃范围内，尿素还原NOx的主要反应为：

SCR装置脱硝反应原理——烟气和氨与稀释水的混合物在经过SCR装置的蜂窝式催化剂层时，烟气中的NOx和NH3、空气中O2发生化学反应，生成无污染的N2和H2O。其反应方程为：

此次改造是西北首例采用SCR与SNCR混合工艺法脱硝作为脱硝工艺的电厂，但是采用混合工艺的缺点却在于：选择性非催化还原脱硝工艺(SNCR)要求大量的尿素喷入，对于集控运行的控制难度加大，具体体现在如果不能及时根据燃烧变化及时调整尿素喷入量，就会有过多的尿素溶液喷入，在烟道尾部遇到硫氧化物在一定的条件下就会形成硫酸氢氨晶体沉淀，堵塞尾部烟道，轻则使得烟气流通受阻，尾部烟道阻力增大，引风机效率下降;重则直接使得空预器结晶堵死，造成锅炉半边甚至完全停运。

2 从空预器堵塞现象谈脱硝系统运行面临的问题

2.1 空预器堵塞事故现象

某厂1号机组，锅炉系统采用尾部烟道布置的三分仓空气预热器系统，2011年9月17日前后，空预器运行中发现运行中尾部烟道B侧空预器前后差压持续增大，包括一次风风道，二次风风道以及烟气通道前后差压持续增大。1号炉被迫分别进行A、B侧的单边运行，对空预器进行冲洗，之后每间隔数月就会发生空预器差压不断增大接近临界值的情况，以某次堵塞前的统计数据为例，扣除负荷变化对于空预器前后差压的影响，仅仅取每天中午13：00机组负荷基本固定时图纸进行统计，可见空预器差压变化长期趋势如图2.1。

由于最早空预器一次风压差测点量程只能达到2.0，因此最后三天实际测量值是超过2.0的，自此，引起了运行人员的高度重视，并向上汇报。同时发现A、B侧引风机出现喘振，A、B侧一次风机出现抢风现象，结合图一的空气预热器前后差压增大的现象，推断为空预器堵塞，遂停止B侧空预器尾部烟道运行，1号路倒半边运行，对空预器进行清灰处理。在清理过程中，清理出质地坚硬物体如图2.2：经外送化验主要成分为飞灰和硫酸氢氨形成的混合物。

2.2 堵塞事故原因分析

硫酸氢铵(NH3HSO4)只有在低温下才能形成，并且形成需要有一个过程，经过论证在300℃以下是最容易形成。据此推断，空预器中硫酸氢氨的形成大约在300℃的SCR反应的催化剂后部，而在空预器前半部分形成结晶沉淀。造成了空预器的堵塞，而对于空预器的清洗过程证实了这一推断。

事故原因有三：

2.2.1 长期低负荷运行

由于正值夏秋季，为满足调峰的要求，在夜晚用电低谷机组负荷往往减至150MW(50%负荷)，从而使得炉膛燃烧不足，空预器前部温度不足，经查证在300度以下可以发生如下反应反应

导致硫酸氢铵大量沉积，如图2.3，即为空预器前温度每隔4小时可看出当时的120小时连续变化统计图，可见在晚低谷时空预器进口温度较低，无法保证300℃以上的安全温度，从而导致了产生硫酸氢铵反应的产生。

2.2.2 当时入炉煤质中硫分过大

由于当时正值迎峰度夏任务中，电煤比较紧缺，而且入炉煤质普遍较差，同时表现在入炉煤硫分偏高，基于的反应，为尾部烟道产生了大量的SOX，从而为硫酸氢氨的产生提供了可能。

2.2.3 运行人员经验不足，忽视调整，对氨逃逸没有防范意识

由于当时的运行人员对于脱硝系统的运行缺乏经验，对于氨逃逸率没有清晰的概念，同时更对硫酸氢铵的形成和危害没有防范意识，因此，常常忽视氨逃逸率这一重要脱硝运行参数，致使氨逃逸率超标，具体体现在当负荷降低时，氮氧化物的生成降低，所需尿素量减少，但是当时的运行人员并未有意识地及时调整尿素喷射量，如图2.4，可见在夜晚低负荷时氨逃逸往往超标。与此同时，在负荷降低时，空预器前温度降低至300℃以下，正好促成产生硫酸氢铵的这一反应：

3 事后采取的优化运行措施及运行情况

3.1 采取的优化运行措施

为保证脱硝系统的安全、稳定运行，并且给予以上对脱硝系统模型的讨论，特制定以下技术措施[5]，并且随着脱销运行经验的不断积累，逐步完善。

(1)机组运行时，在DCS盘面严密监视空预器出入口空气与烟气侧差压，一旦出现增大趋势时，要空预器吹灰次数加倍，并做记录，保证乙炔吹灰系统处于良好备用状态。

(2)对空预器吹灰系统进行改造，增加空预器高温高压蒸汽吹灰系统，利用锅炉来的高温高压蒸汽，物理上对空预器上积存的硫酸氢铵及其粘结的灰尘进行冲洗清扫，同时通过高温高压蒸汽对硫酸氢铵的化学裂解作用，将硫酸氢铵进行分解。

(3)对锅炉空气动力场进行优化和调整，检测锅炉两侧烟道各运行情况，发现不一致的情况及时调整，保证锅炉两侧烟道烟气流量及各参数均匀，避免因为出现烟气偏斜造成两侧烟道脱硫运行工况不一致造成了单侧氨气逃逸率偏大堵塞空预器，

(4)严格执行规程中关于空预器冷端综合温度的规定。制定技术规范，空预器冷端综合温度不得低于145℃，以防止硫酸氢铵在空预器冷端低温段聚集，当环境温度降低，排烟温度低时，应及时投入暖风器系统运行运行。

(5)严格控制空预器进口氧量，规定为负荷在200MW以下时空预器入口氧量不得超过4.5%，负荷在200MW以上时空预器入口氧量不超过4%，但是不低于3.04%。

(6)对SCR出口烟温严格控制，尽量争取负荷，保证SCR出口温度不小于300℃时，如果接近300℃，立即无条件停止SNCR运行。

(7)积极利用停炉超过3天的机会对空预器进行冲洗，尽量减少空预器附着物。

(8)严密监视SCR出口逃逸率，当检测到出口氨气逃逸率大于2.0ppm时，无条件降低尿素喷量，从而控制氨气逃逸率在合理范围。

3.2 优化运行后脱硝系统的运行情况

在针对空预器堵塞现象进行了分析和探讨，并制定了相关的安全技术措施后，1号机组脱硝系统稳定运行，2号机组脱硝自2011年12月投运以来亦稳定运行。

为某次冲洗后每隔三天的的12：00取的1号机组锅炉空预器一次风侧差压的变化值，可以看到，变化趋势基本平稳，并未出现明显的整体增长趋势，同时，可见空预器电流摆动并无异常报告，表明空预器的回转负荷并未增加，运行情况良好。

由于采取积极措施，避免了机组停运或者半边运行进行处理的情况，针对脱销系统投运之初的机组运行情况以及其他同类型电厂的因故停运的经验，按照一年之内一次停机清理空预器及并一次倒半边运行清理计算，避免的损失及产生了收益简单计算如下：

(1)每年避免了四次冲洗的人工费用和材料费用2×2×5万=20万圆;

(2)每年避免两次次非停考核费用2×10万=20万圆;

(3)每年避免两次非停及两次半边运行少发电量损失(电量利润按0.11圆)2×3×24×0.11×28万+2×3×24×0.11×13=590.1万圆;

(4)每年保守估计节支总计20+20+590.1=630.1万圆。