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燃煤電廠影響氨逃逸率的主要因素及控制技術

燃煤電廠超低排放技術路線大多采用低氮燃燒器和選擇性催化還原(SCR) 組合方式脫硝效率和NH3逃逸率是衡量SCR脫硝系統的兩個重要性能指標。氨逃逸率的因素包括脫硝催化劑性能、煙氣流場均勻性、鍋爐運行方式、噴氨控制邏輯、儀器儀表及測量方式等。

1氨逃逸的生成機理及危害

燃煤電廠SCＲ 脫硝反應器中NH3選擇性催化還原煙氣中NOx的主要化學反應為:

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

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

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

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

煙氣中90%～95%的NOx以NO形式存在以上反應中以反應(1)為主。實際運行中受反應條件限制和副反應的影響無法保證NO完全脫除所以SCR脫硝反應效率一般在95%左右。

燃煤煙氣中含有一定質量濃度的SO2以及少量SO3SO2在催化劑作用下進一步氧化生成SO3SO3與NH3及水蒸氣反應生成硫酸氫銨與硫酸銨。

硫酸氫銨形成溫度隨著NH3和SO3質量分數乘積的升高而升高影響規律如圖1所示。

2影響氨逃逸率的主要因素

2.1 脫硝催化劑性能

脫硝催化劑活性是影響氨逃逸率的根本原因煙氣溫度、含水率、氧含量、煙塵質量濃度等因素均會對催化劑活性產生影響。隨著脫硝效率的升高氨逃逸率呈升高趨勢當脫硝效率高于設計值時氨逃逸率大幅度增加。

2.2 流場均勻性

煙氣流場均勻性是指SCＲ脫硝系統入口煙氣來流均勻性及噴氨后氨氮混合均勻性。運行過程中導流板磨損、積灰、噴嘴堵塞、煙氣流量超過設計值等因素也會導致流場不均影響氨氮摩爾比分布。

尤其是在超低排放要求下要求的脫硝效率越高氨氮摩爾比不均勻性的影響越明顯氨逃逸率增長趨勢也越明顯。脫硝效率為92%時當氨氮摩爾比偏差從2%增加到12%時氨逃逸率從1.00×10－6增加到8.00×10-6。

2.3 鍋爐運行方式

機組負荷、煙溫、燃燒狀況等運行參數對脫硝效率和氨逃逸率有明顯影響。過高的燃盡風率或過高的氧含量可增加SCR入口NOx質量濃度進而影響脫硝系統運行參數和氨逃逸率

2.4 噴氨控制系統

脫硝系統噴氨控制系統一般采用固定氨氮摩爾比或固定SCR出口NOx質量濃度的控制方式。固定氨氮摩爾比控制原理是依據脫硝效率，便攜式布洛維硬度計按照固定的氨氮摩爾比脫除煙氣中NOx。固定SCR出口NOx質量濃度控制方法的主控制回路與固定氨氮摩爾比的控制方式基本相同不同之處在于引入了反應器出口NOx質量濃度脫硝效率根據反應器入口NOx質量濃度和反應器出口NOx質量濃度設定值計算獲得氨氮摩爾比是脫硝效率的函數。

2.5 測量方法和儀表

由于氨逃逸的量級非常小理論計算很難準確原位光學測量法可以實現在線監測。但準確度容易受高溫、高塵惡劣工況的影響。

3氨逃逸率控制技術

3.1 流場優化

實際運行過程中SCR脫硝系統中氣流流動非常復雜在煙道內設置導流板可有效改善速度分層現象。導流板后可加裝氣流均布器(在第1層催化劑上方加裝整流格柵等)利用局部的紊流改善流場速度不均勻的狀況。根據不同機組的具體情況合理設置導流板的位置、數量、形式等在改善流場的同時要盡可能低地增加系統壓降。

氨噴入之后與煙氣混合的均勻性集中在氨的噴射方式和噴氨后與煙氣的混合兩個方面，便攜式里氏硬度計TIME5300主要取決于噴氨格柵形式及氨煙靜態混合器的選型與布置。

3.2 控制系統優化

針對SCR脫硝控制系統大滯后、大延時問題，凱恩KM9106綜合煙氣分析儀通過引入預測控制、融合改進的狀態變量控制、相位補償控制等技術提前預測被調量未來變化趨勢提高脫硝系統閉環穩定性和抗擾動能力。穩定的噴氨量控制取決于高質量的氨氣質量流量計、氨量調節閥和最佳的控制參數。在同等設備和控制條件下通過控制系統優化改善噴氨時機特別是提高噴氨控制系統對機組負荷變化的響應速度避免機組負荷變化時噴氨量未及時跟蹤而使氨逃逸率超標。

3.3 噴氨優化調整

對于現役SCR脫硝系統在不改造系統設備的情況下通過噴氨格柵優化調整可改善氨氮摩爾比分布的均勻性。

3.4 測量儀表及測量方法改進

超低排放改造時應按要求更合適精度的儀表降低測量誤差對氨逃逸控制準確度的不利影響。通過對SCR進、出口流場的測試采用多點取樣旁路管的方式提高測點的取樣代表性。

3.5 機組運行優化及檢修維護

采取爐內燃燒優化調整措施通過調整氧量調整分離燃盡風(SOFA)風門開度合理搭配煤種等降低脫硝裝置入口NOx質量濃度。

停爐檢修時需檢查噴氨格柵噴嘴堵塞情況對堵塞的噴嘴進行吹掃清理加強噴氨系統閥門的維護使噴氨調節閥有良好的調節特性減少內漏量。

4結論

(1)選擇合適的噴氨格柵及氨煙混合裝置合理布置導流板、整流格柵等提高SCR脫硝系統煙氣流場均勻性及氨氮混合均勻性降低氨氮摩爾比分布偏差。

(2)進行SCR脫硝控制系統優化通過預測控制技術進行提前控制改善控制邏輯的滯后和延時特性提升噴氨控制系統對機組負荷變化的響應速度。

(3)做好噴氨優化調整實現噴氨量與煙氣中NOx分布相匹配加強對噴氨噴嘴、供氨調節閥等設備的檢修維護防止出現局部過量噴氨。

(4)通過機組運行優化和爐內燃燒優化調整降低煙氣中NOx的質量濃度并使SCR入口煙氣參數滿足催化劑性能保證條件；同時密切關注氨逃逸、催化劑壓差、空氣預熱器阻力等參數的變化。

(5)做好停爐檢修工作定期檢查催化劑性能并及時處理催化劑磨損和堵塞問題保證較高的脫硝效率降低氨逃逸率。

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