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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发表于 2021-4-8 09:38:49 | 查看全部 | 阅读模式
京东
1 NOx超低排放存在新问题/ t0 \! I. }: T$ M( J
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# R- ^: \/ X, x: x8 K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:/ l* ~4 `6 U; G) e8 y

( ?4 V, g; x9 A0 f3 C) v(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。& c+ t3 r% y( v; l$ y

+ @4 B- y* p& E- Z8 S; w* H(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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' ~2 j$ ]! i6 y" p(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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; o7 C, O. o! K; o(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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4 T0 |4 C5 l( n(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。" e& i4 _( F% s# ]+ Q* l4 ]0 r

0 x4 Y( a5 V6 y2 问题分析及对策( n" ^/ H% P. M/ ~

; S: u3 }/ \) O6 e1 Z( p8 ?(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。8 x( |. T- g- L

0 c2 [4 u# K' `: b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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2 x/ O4 ]; ~4 d2 P% C8 o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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8 w; o. n( J+ `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。5 p2 e6 i# b/ O/ ~1 `/ m
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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。! V0 _! `1 x6 r6 |

2 Z6 U. ]  h- D" d/ w0 o(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。
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, x( l( A- o  G- i/ K2 z0 B* @(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:3 W9 ~( N, y: @% y) R6 N: T

! H- S5 j' C: C  H7 `SO3+NH3+H2O→NH4HSO4(1)
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/ |, M) r$ _$ C0 g& W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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3 Q: M0 H8 O- s0 o8 H) C# T( u, c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:
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5 ?3 S0 g( Z" q$ Z. x(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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(2)严格控制脱硝反应器出口氨逃逸在规定范围。
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& \9 P+ W6 E: q6 e0 K4 G/ w(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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(4)严格控制入炉煤硫分,减少空预器硫酸氢氨的生成。0 ]- |. S: R* l" h  r

. U( G7 \# `) \* [5 n(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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* V  {& W9 y2 g& f$ 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。, |5 z+ o. u& C6 N
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(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。6 N* ]0 ^0 p" N& I# C1 O$ m
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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。9 A! h; ?1 }: x

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