燃煤电厂SCR脱硝系统氨逃逸率控制技术研究.docx

燃煤电厂SCR脱硝系统氨逃逸率控制技术研究基于燃煤电厂选择性催化还原SCR脱硝原理揭示氨逃逸的原因和对机组运转的危害。分析认为影响SCR脱硝系统氨逃逸率的因素包括脱硝催化剂性能、烟气流场均匀性、锅炉运转方式、喷氨控制逻辑、仪器仪表及测量方式等。针对SCR系统氨逃逸率的影响因素结合电厂机组实际运转情况提出降低氨逃逸率的控制策略可为国内燃煤电厂超低排放改造及SCR系统性能优化提供参考。随着环保标准的日益提高燃煤电厂现有环保装置需要进行超低排放改造要求在基准氧含量为6%的条件下NOx排放质量浓度不高于50mg/m3(标态)。脱硝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。电厂机组通过更换或增加催化剂层实现较高的脱硝效率满足NOx排放要求同时控制氨逃逸率在3×10-6以下。电厂实际运转过程十分复杂难以达到排放指标时往往通过增加喷氨量来提高脱硝效率造成氨逃逸率超标。过量的逃逸氨和烟气中的SO3发生反应生成硫酸氢铵导致空气预热器堵塞、除尘效率下降、催化剂受损等一系列问题严重时还会影响机组运转降低系统经济性和安全性。严格控制脱硝系统氨逃逸率已是燃煤机组运转不容忽视的问题。本文通过揭示脱硝系统氨逃逸形成原因、影响因素探讨氨逃逸率控制技术方法为国内燃煤电厂超低排放改造及实际机组运转提供参考。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:图1NH3和SO3质量分数对硫酸氢铵形成温度的影响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。烟气中的碱金属、砷元素等容易引起催化剂中毒催化剂长期运转中发生烧结堵塞、腐蚀、硫酸铵盐和飞灰沉积等均会使其活性降低导致未反应的氨量增加。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如图2所示。图2SCR脱硝效率和氨氮摩尔比对氨逃逸率的影响随着运转时间的增加催化剂活性下降脱硝效率降低要维持较高的脱硝效率和较低的NOx排放质量浓度实际运转中往往需要提高氨氮摩尔比必然会会导致氨逃逸率急剧增加进一步使催化剂活性降低引发恶性循环。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。在烟道的转弯、收缩、扩张段由于流动空间的改变气流被迫改变运动方向出现涡流造成流动速度的分层和改变导致烟气流场不均匀。运转过程当中导流板磨损、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。图3氨氮摩尔比分布偏差对脱硝性能的影响2.3锅炉运转方式机组负荷、烟温、燃烧情况等运转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转参数和氨逃逸率。一般认为SCR反应器内烟温降低使催化剂活性下降导致氨逃逸率增加烟温不能长期低于SCR脱硝系统连续喷氨温度否则将导致硫酸氢铵生成和催化剂失活。也有研究表明机组低负荷运转时烟气在催化剂层停留时间增加可削弱催化剂活性降低的影响通过设定合适的脱硝效率能够有效控制系统氨逃逸率。2.4喷氨控制系统图4固定氨氮摩尔比时SCR喷氨量控制逻辑由于SCR反应器中催化剂反应反馈滞后和NOx分析仪响应滞后等原因使得SCR脱硝控制系统存在大滞后性和大延时性难以精确控制喷氨量。尤其是机组变负荷时SCR入口烟气量或NOx质量浓度急剧变化调节的惯性和延时性容易导致烟囱入口NOx质量浓度瞬时值超标。为了使各工况下满足超低排放要求出口NOx质量浓度设置值往往偏低导致SCR系统喷氨过量氨逃逸率超标。实际运转中当两侧SCR反应器风量相差较大时两侧喷氨量过多或过少喷氨量过多的一侧容易发生氨逃逸。此外NOx质量浓度考核点和控制点不一致。环保考核时以烟囱入口NOx质量浓度测点为准;喷氨自动调节时单侧烟道的SCR反应器出口NOx质量浓度为被控量。SCR反应器出口测点与烟囱入口测点所测量的NOx质量浓度存在不同程度的偏差影响喷氨量的精准控制。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。相对于离线手工分析法原位光学测量法可以实现在线监测但光学测量的准确度容易受高温、高尘恶劣工况的影响。烟气含尘量大时测量探头受钢制烟道壁振动及温度变化的影响会出现测量不稳定或指示飘移现象导致测量偏差大;同时SCR出口烟道烟气分布不均匀导致采样误差较大影响氨逃逸量在线监测的准确度。一般以氨逃逸仪表监测的氨逃逸变化趋势作为运转参考而难以通过仪表值准确控制喷氨量和氨逃逸率。3氨逃逸率控制技术3.1流场优化实际运转过程当中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