超低排放形势下SCR脱硝系统运行存在问题与对策

该脱硝系统投运以来,一直采用手动方式调节喷氨量,易造成NOx排放质量浓度超标及过量喷氨等问题.为此,采用PID串级闭环控制系统对原脱硝过程控制系统进行优化.以SCR反应器入口NOx质量浓度及烟气流量为前馈,以SCR反应器出口NOx质量浓度为反馈,计算出理论喷氨流量,通过PID控制氨流量调节阀开度,从而实现脱硝喷氨量与机组负荷、入口NOx质量浓度的自动协调[10].图6为优化前后脱硝喷氨控制系统.

图6优化前后脱硝喷氨控制系统

部分电厂脱硝喷氨控制系统采用串级闭环控制逻辑,但自动调节喷氨量的效果仍然不佳,这与部分参数设置不合理有关,需要对控制逻辑中各项参数进行整定.参数整定具体包括:通过实际测试及理论计算对在线仪表测量值进行修正;对输出环节计算过程进行核对,并合理确定限幅;通过计算并结合试验的方法,对串级闭环控制PID参数进行优化整定.

2.4最低喷氨温度

由于燃煤锅炉烟气中存在SO3,催化剂在低温下运行时会在其毛细微孔内产生硫酸氢铵,造成催化剂微孔堵塞,使得还原剂NH3和烟气中的NOx难以到达催化剂活性位上,从而表现为催化剂活性降低及硫酸氢铵中毒现象.硫酸氢铵在催化剂微孔内的形成示意如图7所示[1].

图7硫酸氢铵在催化剂微孔内的形成示意

低温下烟气中的SO3、NH3及H2O形成硫酸氢铵的过程为：SO3+NH3+H2O→NH4HSO4(1)

最低喷氨温度T与入口喷氨量φ(NH3)体积分数和SO3及H2O含量φ(SO3)、φ(H2O)之间成函数关系,即T=F(φ(SO3)、φ(NH3)、φ(H2O)).硫酸氢铵的生成量与烟气中的SO3、NH3及H2O含量成正比.SO3含量对最低喷氨温度的影响最大,NH3次之,H2O最小[11G12].某典型催化剂的最低喷氨温度曲线如图8所示[13].

在烟气中SO3和H2O含量一定的情况下,当脱硝系统出口NOx质量浓度由100mg/m3降至50mg/m3以下时,喷氨量的增加会导致φ(NH3)×φ(SO3)的增加,从而使最低喷氨温度的升高.因此,脱硝系统运行时,需根据实际烟气参数及喷氨量的增加情况重新调整SCR脱硝系统运行的最低喷氨温度,并在脱硝系统控制逻辑中修改相应的保护值.

图8典型催化剂最低喷氨温度曲线

针对机组低负荷运行时脱硝系统入口烟温低于最低喷氨温度的情况,根据温差的大小,通常可采取调整锅炉运行方式或设备改造方式以满足低负荷下喷氨要求[14].

锅炉运行方式调整主要有:1)改烧或掺烧低硫煤,降低烟气中SO3质量浓度,从而降低催化剂的最低喷氨温度;2)通过锅炉燃烧优化调整试验,降低脱硝系统入口NOx质量浓度,即通过减少喷氨量来降低最低喷氨温度;3)通过改变锅炉运行模式,适当提高脱硝设备系统入口烟温,从而满足最低喷氨温度需要.

设备改造方式主要有:

1)增加省煤器烟气调温旁路,通过引入高温烟气来提高脱硝系统入口烟温;

2)通过省煤器受热面分级,提高催化剂入口烟温;

3)通过省煤器给水旁路或给水加热等方式,减少烟气吸热量,提高催化剂入口烟温;

4)对于非低氮燃烧锅炉,可通过深度低氮改造降低脱硝系统入口NOx质量浓度,从而减少喷氨量,降低最低喷氨温度.

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