脱硫脱硝 探讨:SCR脱硝系统超低排放运行存在问题与对策 [复制链接]

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京东
1 NOx超低排放存在新问题) E7 ^" Z' ~+ ]! V& M

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在现有的SCR脱硝系统中,燃煤电厂通过提高脱硝效率(通常为60-80%提高到85-95%)可以产生超低的NOx排放。新出现的问题包括:/ [9 Z, w( h6 B) w  D; Y+ p

) v$ s! z9 W: \2 T% r5 s0 V& i(1)SCR反应器的有效运行不仅需要增加催化剂的用量,还需要大大提高脱硝系统入口NH3/NOx混合物的均匀性。7 x; w. k+ ?4 O/ i& ^; E  y

# C0 \% B8 W  c/ L3 W2 K(2)催化剂用量的增加提高了SO2催化剂的总氧化速率,提高了脱硝系统输出SO3的质量浓度,增加了空气预热器内硫酸铵堵塞的风险;
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0 _: M' P7 m& ~' x; \9 C(3)当NOx排放的质量限值为50 mg/m3时。脱硝系统出口的NOx浓度每天的波动范围为20mg/m3~50mg/m3。应避免过量排放NOx和过量喷氨。
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4 W+ }% m2 G. I4 o/ `" e; p# W(4)提高SCR脱硝效率通常伴随着喷氨量的增加,从而进一步提高脱硝系统中最低喷氨温度。
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(5)为了提高脱硝效率,对现有催化剂寿命管理方案进行了修改,主要是通过设计催化剂的方案,对催化剂寿命管理策略进行了调整。
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2 问题分析及对策# G  o) q, R; a$ n  @8 ?$ w
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(1)NH3/NOx混合均匀性。图1显示了氨氮摩尔比变化对脱硝效率和氨排放的影响。如图1所示,随着氨氮摩尔比和效率的增加,氨排放量逐渐增加,SCR脱硝反应氨逃逸量的增加趋势大大加快,特别是当脱硝效率超过90%时,也增加了硫酸氢铵堵塞的风险。# e: f6 o8 y" W

: K1 ^6 L: j1 h+ S7 Q* I探讨:SCR脱硝系统超低排放运行存在问题与对策 - 环保之家
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9 D6 W) @$ x$ p反应效果还取决于反应器内燃烧气体的流量。表2显示了氨摩尔比偏差对脱硝性能的影响。
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由图2可知,在催化体积一定时,当脱硝系统进口氨氮摩尔比分布偏差为5%时,氨逸出量在1μL/L范围内。当氨氮摩尔比分布偏差增大到12%时,氨逸出量迅速增加,超过5μL/L。1 ~& z( m$ `! [9 o; i
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以上分析表明,去除效率越高,燃烧气体中NH3和NOx混合物的均匀性越高。氨排放量控制越困难,空气预热器内硫酸氢铵堵塞的可能性越大。建议定期进行喷氨优化试验,将喷氨量调整到最佳值。避免SCR反应器出口截面氨逃逸量过多,提高输出系统脱硝的运行节余。由于脱硝系统不具备双向注氨控制功能,应优化喷氨量。
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(2)为了获得很低的NOx排放量,通常需要增加脱硝系统的喷氨量。脱硝催化剂大多采用“两用一备”或“三用一备”的模式。我发电厂的脱硝系统入口NOx浓度为400 mg/m3,脱硝效率为80%。为了实现超低的NOx排放,添加了第三层备用催化剂。试验结果表明,当脱硝率提高到90%以上时,SNR出口NOx浓度由44.6 mg/m3降至34.2 mg/m3,排放氨气由4.4μL/L降至0.9μL/L。第一层催化剂有助于NOx的去除,而第三层催化剂主要用于去除NH3,NH3不参与NOx的去除。上游脱硝系统催化剂体积增大的同时,脱硝反应器输出SO3的质量浓度增加。因此,随着催化剂用量的增加,NOx排放量很小,而脱除系统中SO3的质量浓度迅速增加。这增加了预热器中硫酸氢铵堵塞的风险。空气预热器中硫酸氢铵的生产控制为了降低脱硝反应器出口烟气中SO3的质量浓度,保证排放质量。降低SO2氧化速率可以包括:(a)减少催化剂的使用;(b)控制催化剂中钒的含量;(c)通过改变燃烧和掺杂来降低煤中的硫含量。
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2 H( d% g6 Y* X9 V" L  n# q(3)喷氨控制。脱硝系统具有较高的脱硝效率。当锅炉运行工况发生较大变化时,SCR脱硝系统输入的NOx浓度变化不大。当NOx质量浓度为50mg/m3时。NOx排放的质量浓度通常固定在较低值。在电厂运行中,SCR脱硝系统的NOx浓度设定为35mg/m3,脱硝效率为92%。当入口NOx质量浓度计算500mg/m3时,当出口NOx质量浓度为50mg/m3时,相应的脱硝效率为90%;因此,电厂实际运行中的脱硝效率在90%-96%之间。脱硝系统的运行效率接近SCR技术的临界值,在NOx排放达标的情况下,过量喷氨的风险较大。0 O' k% l: ]) n% u) G
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(4)最低喷氨温度。当催化剂在低温下运行时,催化剂孔内会产生硫酸铵,导致催化剂微孔堵塞。气体中的NH3和NOx还原剂很难达到催化剂的活性位置,催化活性降低了催化微孔中形成硫酸铵的有害现象,SO3、NH3和H2O是低温燃烧气体,它的形成过程是:4 W, c8 t8 ~3 A5 [  q8 p1 r
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SO3+NH3+H2O→NH4HSO4(1)3 u1 d! m# |- @9 J9 W$ U% p' R0 k# Q3 L

, {# X. |# t/ |6 E$ N硫酸氢铵的产量与烟气中SO3、NH3和H2O的含量成正比。SO3含量对最低氨温的影响最大,其次是NH3和H2O。由于脱硝系统的NOx出口浓度由100mg/m3降低到50mg/m3,因此脱硝系统运行,要避免机组长时间在低负荷运行。
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1 T5 |7 H# R/ C; D随着脱硝超低排放改造后,我公司最突出的问题就是空预器堵塞,严重时会导致机组限负荷,无法保障机组长周期安全运行,针对这些问题,公司从管理措施、设备优化调整上下功夫,有效解决里氨逃逸超标、空预器堵塞的问题,主要如下:( z# E4 y  W+ m5 m3 t- G

2 H& o# L4 s" I4 r/ ?(1)合理调整锅炉配风,达到锅炉效率与控制脱硝反应器入口NOx浓度最优化,控制入口NOx浓度在设计范围内。
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" M, {- f9 |/ s( r  p(2)严格控制脱硝反应器出口氨逃逸在规定范围。3 M7 s! O, G7 f6 g8 ^
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(3)为减少喷氨量,在保证出口NOx达标排放的前提下,尽量控制NOx浓度在30-45 mg/m3之间。
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6 [$ m& w3 @8 F8 F. q8 S  L(4)严格控制入炉煤硫分,减少空预器硫酸氢氨的生成。! m% O/ S: E" w& t# N( p

- }1 v+ Y, s$ k(5)在不同条件下,为缓解空预器蓄热元件堵灰,优先采用提高排烟温度方法,其次选用离线高压水冲洗方法,降低空预器差压, 确保空预器长周期运行。
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: M1 v, J& A9 n/ }, }7 T# C(6)冬季,尽量避免机组长时间低负荷运行,保证脱硝反应区入口烟温满足最低喷氨温度的要求。: m$ A, O5 V( b9 @/ D/ d% ?! B; T

" d( W9 D' c7 O* Z0 ~4 r, Z(7)对喷氨“自动”逻辑进行优化,自动跟踪及时,既满足环保要求,又不过量喷氨。
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总之,脱硝是火力发电机组烟气技术的发展方向,也是国家环保政策的要求,如何做好脱硝系统的运行维护,有效提高脱硝设备的可靠性,保证机组的安全、环保运行是一项长期而艰巨的任务,也是一个需要在设计、改造和运行上加以探索和积累的阶段,有待进一步完善和改进。
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