超低排放形势下SCR脱硝系统运行存在问题与对策

图3为某电厂1000MW机组现场喷氨优化试验结果[5].由图3可见,在SCR反应器喷氨格栅调节阀开度固定的情况下,逐渐增加喷氨量,脱硝效率由82%升至97%,此时A侧反应器出口截面NOx质量浓度分布相对偏差由15%增至35%,B侧反应器出口截面的NOx质量浓度分布相对偏差由16%增至31%.

这是由于SCR反应器出口NOx质量浓度过低,其截面NOx质量浓度平均值迅速减小所致.

图3某1000MW机组SCR反应器出口NOx质量浓度分布相对偏差与脱硝效率的关

由上述分析可见,脱硝效率越高,系统对NH3与烟气中NOx混合均匀性的要求就越高,控制氨逃逸量的难度增大,空气预热器形成硫酸氢铵堵塞的风险也相应加大.

因此,建议定期进行脱硝系统喷氨优化调整试验,将脱硝喷氨量调整至最佳值,避免SCR反应器出口截面局部氨逃逸量过高,从而提高脱硝系统运行的经济性[6].对于不具备双向分区喷氨量调节功能的脱硝系统,应对其进行优化改造,以实现喷氨量的精细化调整[7].

2.2SO2氧化率

为实现NOx超低排放,通常需要增加催化剂体积量.脱硝系统催化剂多采用“两用一备”或“三用一备”模式布置.某电厂原SCR脱硝系统设计入口NOx质量浓度为400mg/m3,脱硝效率为80%.为实现NOx超低排放,在原基础上增加了第3层备用催化剂.

实验室中试检测结果表明,脱硝效率提高到90%以上后,SCR脱硝系统出口NOx质量浓度由之前的44.6mg/m3降至34.2mg/m3,氨逃逸量由之前的4.4μL/L降至0.9μL/L.图4为增加第3层备用催化剂后各层催化剂出口NOx质量浓度和氨逃逸量的变化趋势.由图4可见,第1层催化剂在脱除NOx方面贡献较大,而第3层催化剂的主要作用在于脱除上游未参与反应的NH3[8].

图4增加第3层备用催化剂后各层催化剂出口NOx质量浓度和氨逃逸量的变化

脱硝系统增加催化剂体积量,在实现NOx超低排放的同时也增加了脱硝反应器出口的SO3质量浓度.某电厂SCR脱硝系统配置3层催化剂,其各催化剂层SO2氧化率变化情况如图5所示.由图5可见,沿烟气流向,SO2向SO3的转换率呈加速趋势,这与脱硝系统增加备用层后催化剂面速度迅速减小有关[9].因此,通过增加催化剂用量实现NOx超低排放的同时,会导致脱硝系统出口的SO3质量浓度迅速提高,加大了空气预热器形成硫酸氢铵堵塞的风险.

图5SO2氧化率沿烟气流程的变化

在保证NOx达标排放的同时,要控制空气预热器硫酸氢铵的生成,需要降低脱硝反应器出口烟气中SO3的质量浓度.对此可采取以下措施降低SO2氧化率:1)尽量减少催化剂的使用量;2)控制催化剂中的钒含量;3)通过改烧、掺烧措施降低燃煤中硫的含量.

2.3喷氨控制

脱硝系统在较高脱硝效率下运行,当锅炉运行工况变化较大时,SCR脱硝系统入口NOx质量浓度会出现一定程度的波动,为防止NOx排放质量浓度瞬时超过50mg/m3,通常会将SCR脱硝系统出口NOx质量浓度设定为较低值.

某电厂运行中SCR脱硝系统出口NOx质量浓度设定值为35mg/m3,设计脱硝效率为92%.若按照SCR脱硝系统入口NOx质量出口NOx质量浓度为50mg/m3时,对应脱硝效率为90%,若出口NOx质量浓度低至20mg/m3时,则对应脱硝效率高达96%,即该电厂实际运行中脱硝效率变化范围为90%~96%.

因此,在NOx超低排放形势下,脱硝系统的运行效率接近SCR技术的临界值,过量喷氨风险较大.为保证NOx排放合格,同时避免过量喷氨,脱硝系统喷氨的优化控制至关重要.以某电厂脱硝控制系统为例,原设计脱硝喷氨采用开环控制,根据SCR反应器入口NOx质量浓度及总风量来调节喷氨量,不以SCR反应器出口NOx质量浓度为控制目标,因此无法实现脱硝系统自动控制.

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