火电机组SCR脱硝系统喷氨优化改造

2020年02月26日 10:35 来源: 《应用能源技术》 作者: 朱存旭

文中通过对 SCR传统喷氨技术的改造,提高 SCR脱硝系统的喷氨均匀性,以达到降低喷氨量的目的。

随着国家对火电厂污染物排放的要求越来越严格,火电厂不断通过改造来降低排放物中的 NOx 含量,这就对火电厂脱硝工艺提出了更高的要求。传统的 SCR脱硝技术采用的喷方法已经不能适应经过超低排放改造的火电机组的需要。文中通过对 SCR传统喷氨技术的改造,提高 SCR脱硝系统的喷氨均匀性,以达到降低喷氨量的目的。

0 引 言

随着我国经济的发展和对生存环境保护的要求,国家对火电机组的污染物中 NOx 的排放要求越来越严格,火电厂主要采取 SCR脱硝技术控制NOx 的排放量。采用 SCR脱硝技术必须面临的问题就是将氨气均匀的喷入反应器,而经过超低排放改造的火电机组,由于锅炉烟气流场的改变,传统的喷氨技术已经很难满足其需要。超低排放改造后的锅炉一般都存在氨气逃逸率高、喷氨浪费的问题,同时氨气的逃逸也会造成锅炉运行中空气预热器差压上升,影响锅炉的安全稳定运行。因此提高喷氨均匀性,降低氨气逃逸,是我们所面临的新问题。

1 锅炉及脱硝系统概况

某电厂 600 MW 机组采用上海锅炉股份有限公司生产的 SG2093 /17.5 - M919 锅炉,亚临界一次中间再热强制循环汽包炉,采用单炉膛、倒 U型布置、四角切圆燃烧、正压直吹式制粉系统,摆动式燃烧器调温,平衡通风、全钢架悬吊结构、半露天布置、固态排渣、燃用贫煤。脱硝装置采用“高含尘布置方式”的选择性催化还原法( SCR) 脱硝装置。还原剂( 氨) 用罐装卡车运输,以液体形态储存于氨罐中; 液态氨在注入 SCR系统烟气之前经由蒸发器蒸发气化; 气化的氨和稀释风机提供的稀释空气混合,通过喷氨格栅喷入 SCR反应器上游的烟气中; 经过充分混合后,氨气和烟气中 NOx 在 SCR反应器中催化剂的作用下发生反应,生成水和氮气从而达到除去烟气中 NOx 的效果。

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图 1 火电厂脱硝系统流程图

表 1 脱硝系统设计参数

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脱硝技术的化学反应原理如下:

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2 存在问题

为了响应国家环境保护的号召,机组于 2016年 9 月进行了超低排放改造,改造后,机组的污染物排放按国家超低排放标准执行,NOx 排放由100 mg / Nm3降低为 50 mg /Nm3。由于污染物控制较低,造成喷氨量有所增加,但是对比相邻单元机组发现本机组喷氨较同样经过超低排放改造的相邻机组喷氨量增加较多。

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图 2 脱硝反应器示意图

表 2 本机组与相邻机组月均喷氨用量统计表

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通过两台机组脱硝系统出入口 NOx 浓度的对比和喷氨用量的对比,怀疑造成喷氨用量大幅度增加的原因为氨气逃逸率高。为了进一步确认造成改造机组喷氨量较大的原因,我们组织人员对改造机组脱硝系统出口截面各个区域的 NOx浓度进行测量,通过下表中的测量数据,可以清楚的发现脱硝系统出口截面各个区域 NOx 浓度偏差非常大,从而反推出脱硝系统某些区域氨气逃逸率一定很大。

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图 3 脱硝系统出口截面各个区域划分图

表 3 数据参数

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3 改造方案

根据机组改造后存在的问题,可以确定机组喷氨量较大的主要原因是氨气逃逸率较大,而造成氨气逃逸率较大的主要原因则是喷氨不均匀所致。为此确定对机组的喷氨系统进行改造,提高反应器的喷氨均匀性。

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图 4 脱硝系统烟气流特点图

( 1) 根据图 4 中机组烟气流场的特点将机组脱硝系统出口划分成六个区域。

( 2) 根据锅炉烟气流的特点( 如图 4 中脱硝系统烟气流特点图所示) 每组喷氨格栅所对应的区域不同,所划分的六个区域设置对应的 NOx 测量探头,同时在所对应的脱硝系统入口喷氨格栅组设置喷氨调整电动门。在线运行时,通过调整喷氨调整电动门的开度,控制脱硝出口 NOx 的均匀性。

( 3) 加装分区均衡控制模块

以分调门 1 的控制策略为例。首先判定当前是不是稳态工况( 负荷和总喷氨量不变化) ,非稳态工况分调门不动作; 稳态工况下各个调门进行加权平均后与经负荷得到的基准开度相乘进行PID 计算,最后对得到的偏置与基准开度加权得到分调门 1( 调整逻辑如图 5 所示)

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图 5 脱硝系统喷氨分区控制逻辑图

4 改造效果

机组完成改造后,在保证机组环保参数部超标的前提下,再次按照之前的方法对机组脱硝系

统出口截面各区域进行 NOx 浓度测量发现 NOx浓度的均匀性大幅度的提高( 见表 4) ,同时通过加装的 NH3逃逸率测点测量,机组的氨气逃逸率一直处于较低水平。

表 4 改造后脱硝系统出口截面各个区域 NOx 浓度测量值

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5 结束语

通过本次对机组的改造,不仅解决了机组脱硝系统喷氨不均匀,逃逸率较大的问题,还实现了喷氨的在线调整,这对机组的安全稳定运行很重要,因为降低氨气逃逸率可以有效的防止机组长期运行空预差压增加的问题。

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