火電機(jī)組SCR脫硝響應(yīng)時(shí)間滯后原因分析

王永泉，苗長(zhǎng)江，仇云霞

（江蘇科行環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 鹽城 224003）

火電機(jī)組SCR脫硝響應(yīng)時(shí)間滯后原因分析

王永泉，苗長(zhǎng)江，仇云霞

（江蘇科行環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 鹽城 224003）

火電廠燃煤煙氣中的氮氧化物（NOx）脫除，主要采用SCR法，其還原劑主要采用液氨氣化、尿素?zé)峤饣蛩庵瓢币约鞍彼舭l(fā)制氨等工藝。根據(jù)尿素?zé)峤夥⊿CR脫硝和液氨氣化法SCR脫硝兩個(gè)工程的運(yùn)行情況，對(duì)在鍋爐工況發(fā)生變化時(shí)，還原劑噴射量的變化與反應(yīng)器出口氮氧化物濃度響應(yīng)時(shí)間的滯后原因進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

火電機(jī)組；SCR脫硝；響應(yīng)時(shí)間

SCR脫硝是指在適當(dāng)反應(yīng)溫度窗口和催化劑的作用下，利用氨基還原劑“有選擇性地”與煙氣中的NOx反應(yīng)，生成無(wú)害的N2和H2O?；痣姍C(jī)組SCR脫硝采用高塵布置，反應(yīng)溫度范圍為320℃～420℃。SCR脫硝以其脫硝效率高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、產(chǎn)物無(wú)二次污染等特點(diǎn)，成為目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的火電廠煙氣脫硝技術(shù)。

尿素?zé)峤庵瓢焙鸵喊睔饣瘍煞N工藝的SCR脫硝裝置總體上均能達(dá)到設(shè)計(jì)的脫硝效果。在鍋爐處于穩(wěn)定工況運(yùn)行和工況發(fā)生較大幅度波動(dòng)時(shí)，噴氨量均能實(shí)時(shí)跟蹤變化。但在鍋爐工況發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)，脫硝裝置出口NOx濃度的變化存在不同程度的響應(yīng)滯后現(xiàn)象。本文以?xún)蓚€(gè)SCR脫硝工程實(shí)例進(jìn)行分析說(shuō)明。

1 概述

選取的兩個(gè)采用不同還原劑的SCR脫硝工程，其鍋爐負(fù)荷及反應(yīng)器主要性能參數(shù)對(duì)比見(jiàn)下表。

兩個(gè)SCR脫銷(xiāo)工程主要性能參數(shù)對(duì)比表

2 還原劑制備工藝流程

2.1 采用液氨制氨氣還原劑的工藝流程

（1）液氨由槽車(chē)運(yùn)輸進(jìn)入氨區(qū)，與卸氨臂連接，經(jīng)卸氨壓縮機(jī)抽取液氨儲(chǔ)罐中的氨氣進(jìn)行壓縮，打入槽車(chē)，使槽車(chē)內(nèi)部壓力升高，將槽車(chē)內(nèi)的液氨壓入液氨儲(chǔ)罐，完成卸氨過(guò)程。

（2）液氨儲(chǔ)罐與液氨蒸發(fā)槽通過(guò)管道相連，儲(chǔ)罐中的液氨通過(guò)管線進(jìn)入蒸發(fā)槽內(nèi)筒，吸收外筒熱水提供的熱量氣化為氨氣，進(jìn)入氨氣緩沖罐穩(wěn)壓后，通過(guò)緩沖罐出口管道輸送至反應(yīng)器區(qū)。

（3）反應(yīng)器區(qū)設(shè)置氨氣調(diào)節(jié)計(jì)量閥組，由反應(yīng)器進(jìn)、出口實(shí)時(shí)煙氣參數(shù)計(jì)算得出噴氨量，通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)流經(jīng)流量計(jì)的氨氣流量值，使經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確計(jì)量的氨氣與稀釋風(fēng)混合。

（4）氨/空氣混合氣體通過(guò)噴氨母管、噴氨格柵噴入反應(yīng)器煙道。

2.2 采用尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)的工藝流程

（1）袋裝尿素由汽車(chē)運(yùn)輸進(jìn)入尿素站。

（2）尿素溶解罐內(nèi)放入一定量的除鹽水，開(kāi)啟攪拌器和加熱蒸汽閥門(mén)，加熱蒸汽通過(guò)溶解罐盤(pán)管將溶解水加熱到一定溫度時(shí)，由單軌吊車(chē)吊起袋裝尿素，通過(guò)剖包后將顆粒狀尿素放入溶解罐，尿素顆粒溶解于除鹽水中，當(dāng)尿素溶液濃度達(dá)到50%左右、溫度達(dá)到40℃～60℃時(shí)，完成尿素溶液的制備。

（3）尿素溶液輸送泵將溶解罐中制備好的尿素溶液打入尿素溶液儲(chǔ)罐。

（4）儲(chǔ)罐中的尿素溶液經(jīng)高流量循環(huán)泵輸送到反應(yīng)器區(qū)。

（5）反應(yīng)器區(qū)設(shè)置尿素溶液計(jì)量分配模塊、電加熱器和熱解爐等設(shè)備，由反應(yīng)器進(jìn)、出口實(shí)時(shí)煙氣參數(shù)計(jì)算得出噴氨量，通過(guò)控制計(jì)量分配模塊連接各個(gè)噴槍管道上調(diào)節(jié)閥開(kāi)度調(diào)節(jié)流經(jīng)流量計(jì)的尿素溶液流量值，使經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確計(jì)量的尿素溶液噴入熱解爐中，與500℃～650℃的高溫稀釋風(fēng)混合，霧化尿素液滴中的尿素與水迅速熱解生成氨氣和二氧化碳?xì)?，多余的水分汽化為水蒸汽?/p>

（6）氨/空氣等熱混合氣體通過(guò)噴氨母管、噴氨格柵噴入反應(yīng)器煙道。

3 還原劑控制方式對(duì)比

通過(guò)對(duì)比和分析兩個(gè)工程的工藝流程，可以看出∶

（1）還原劑控制方法相同。采用兩種不同還原劑的SCR脫硝裝置，均根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)定一個(gè)出口NOx濃度控制值，依此為目標(biāo)，根據(jù)反應(yīng)器進(jìn)口煙氣量，反應(yīng)器進(jìn)、出口CEMS測(cè)得的NOx濃度，氨逃逸濃度，氧含量，煙氣溫度等一系列煙氣參數(shù)，通過(guò)計(jì)算得出需要噴入煙氣中的還原劑氨的量，并以此計(jì)算結(jié)果控制調(diào)節(jié)閥的適時(shí)開(kāi)度，達(dá)到噴氨（或尿素溶液）量的準(zhǔn)確控制。

（2）還原劑調(diào)節(jié)閥控制的還原劑不同。采用液氨為還原劑的SCR脫硝裝置，還原劑調(diào)節(jié)閥控制的是氨氣；采用尿素為還原劑的SCR脫硝裝置，還原劑調(diào)節(jié)閥控制的是尿素溶液。

（3）還原劑通過(guò)調(diào)節(jié)閥后的路徑不同。采用液氨為還原劑的SCR脫硝裝置，氨氣通過(guò)調(diào)節(jié)閥后，進(jìn)入氨/空氣混合器與稀釋風(fēng)混合均勻，經(jīng)噴氨格柵噴入反應(yīng)器進(jìn)口煙道；采用尿素為還原劑的SCR脫硝裝置，尿素溶液通過(guò)調(diào)節(jié)閥后，先與壓縮空氣一起，通過(guò)噴槍噴入熱解爐，尿素溶液被霧化成小液滴，然后在熱稀釋風(fēng)的加熱下，小液滴中的尿素與水熱解生成氨氣和二氧化碳?xì)怏w，與熱稀釋風(fēng)混合均勻，經(jīng)噴氨母管、噴氨格柵噴入反應(yīng)器進(jìn)口煙道。

4 運(yùn)行結(jié)果比較

通過(guò)脫硝系統(tǒng)的投用調(diào)試及一年多來(lái)的試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)∶

（1）在鍋爐工況穩(wěn)定時(shí)，采用以上兩種還原劑的SCR反應(yīng)器，其出口氮氧化物濃度、氨逃逸濃度均能達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。

（2）在鍋爐工況變化比較大時(shí)，采用液氨為還原劑的SCR脫硝裝置，在進(jìn)口煙道NOx濃度處于升高趨勢(shì)時(shí)，其出口NOx濃度也處于相應(yīng)升高的趨勢(shì)，氨逃逸濃度偶爾超標(biāo)；在進(jìn)口煙道NOx濃度處于降低趨勢(shì)時(shí)，其出口NOx濃度也處于相應(yīng)降低的趨勢(shì)。實(shí)時(shí)噴氨量與脫硝效果之間有6～9秒的滯后。

（3）在鍋爐工況變化比較大時(shí)，采用尿素為還原劑的SCR脫硝裝置，在進(jìn)口煙道NOx濃度處于升高趨勢(shì)時(shí)，其出口NOx濃度也處于相應(yīng)升高的趨勢(shì)，氨逃逸濃度超標(biāo)時(shí)間較長(zhǎng)；在進(jìn)口煙道NOx濃度處于降低趨勢(shì)時(shí)，其出口NOx濃度也處于相應(yīng)降低的趨勢(shì)。實(shí)時(shí)噴氨（尿素）量與脫硝效果之間有15～20秒的滯后。

5 分析

噴氨量的變化與反應(yīng)器出口NOx濃度變化滯后的響應(yīng)時(shí)間，實(shí)際上包含了出口煙道上的CEMS檢測(cè)反應(yīng)時(shí)間和還原劑自調(diào)節(jié)閥出口、氨/空氣混合器（熱解爐）、噴氨母管、噴氨格柵直至與煙氣混合、經(jīng)過(guò)反應(yīng)器各催化劑層、出口煙道、CEMS的檢測(cè)等幾個(gè)時(shí)間段。若忽略CEMS檢測(cè)與反應(yīng)時(shí)間，則只需考慮煙氣從噴氨格柵至反應(yīng)器出口煙道CEMS的停留時(shí)間、氨混合氣從氨/空氣混合器（熱解爐）出口至噴氨格柵出口的停留時(shí)間，以及還原劑調(diào)節(jié)閥出口至氨/空氣混合器（熱解爐）出口的停留時(shí)間這幾個(gè)時(shí)間段。

（1）由于兩個(gè)項(xiàng)目的鍋爐規(guī)格相近，因此反應(yīng)器、煙道的尺寸、噴氨位置也相近。煙氣在煙道和反應(yīng)器中的流速基本相同，可以認(rèn)為從氨氣經(jīng)噴氨格柵噴入煙道與煙氣混合開(kāi)始，直至經(jīng)過(guò)催化劑后到達(dá)出口CEMS為止，兩個(gè)項(xiàng)目的噴氨量變化與出口NOx變化的響應(yīng)時(shí)間（或滯后）是基本一致的。根據(jù)兩個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)、出口煙道尺寸，反應(yīng)器尺寸及煙氣流速計(jì)算，煙氣的停留時(shí)間約為4.1秒。

（2）還原劑自氨/空氣混合器（熱解爐）出口，經(jīng)過(guò)管道輸送至噴氨母管，直至進(jìn)入噴氨格柵之前。兩個(gè)項(xiàng)目的氨稀釋濃度均為5%，噴氨母管尺寸均為DN400，壓力均為6kPa，噴氨格柵數(shù)量相同。根據(jù)液氨制氨工藝項(xiàng)目的氨/空氣混合氣管道、噴氨母管、噴氨格柵支管管道長(zhǎng)度及氣流速度計(jì)算，氨混合氣停留時(shí)間約為2.4秒，尿素?zé)峤庵瓢惫に図?xiàng)目熱解爐出口至噴氨母管管道長(zhǎng)度較氨/空氣混合器出口至噴氨母管管道長(zhǎng)度長(zhǎng)約13米，所以熱解爐出口氨/空氣混合氣經(jīng)過(guò)噴氨母管至噴氨格柵停留時(shí)間稍長(zhǎng)，約為3.3秒。

（3）還原劑調(diào)節(jié)閥出口至氨/空氣混合器（熱解爐）出口段。根據(jù)液氨制氨工藝項(xiàng)目的氨調(diào)節(jié)閥出口管道、氨/空氣混合器尺寸及氨氣流速計(jì)算，氨氣停留時(shí)間約為1.2秒；根據(jù)尿素制氨工藝項(xiàng)目的尿素溶液調(diào)節(jié)閥出口管道、熱解爐尺寸及各部分介質(zhì)流速計(jì)算，氨氣（尿素）停留時(shí)間約為8.8秒。

綜合以上的計(jì)算結(jié)果（忽略熱控儀表反應(yīng)時(shí)間），液氨制氨工藝項(xiàng)目的噴氨量變化與反應(yīng)器出口NOx濃度值變化響應(yīng)時(shí)間約為7.7秒；尿素?zé)峤庵瓢惫に図?xiàng)目的噴氨量變化與反應(yīng)器出口NOx濃度值變化響應(yīng)時(shí)間約為16.2秒，比液氨制氨工藝項(xiàng)目還原劑響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)了8.5秒，這個(gè)結(jié)果與采用兩種還原劑工藝的脫硝裝置實(shí)際運(yùn)行的觀測(cè)結(jié)果吻合。

6 結(jié)論

（1）不論采用何種脫硝還原劑工藝，以SCR脫硝裝置進(jìn)、出口煙氣參數(shù)為控制依據(jù)的脫硝噴氨量控制方式，都不能很好地適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化引起的工況的波動(dòng)，均存在噴氨量滯后的客觀事實(shí)。

（2）采用尿素?zé)峤庵瓢惫に嚨拿撓跹b置，由于熱解爐的增加，顯著延長(zhǎng)了還原劑的停留時(shí)間。在鍋爐工況波動(dòng)較大時(shí)，采用尿素?zé)峤庵瓢惫に嚨拿撓跹b置，其出口氮氧化物濃度指標(biāo)和氨逃逸濃度指標(biāo)的控制，較采用液氨氣化制氨工藝的脫硝裝置，更為困難。

（3）以SCR脫硝裝置進(jìn)出口煙氣參數(shù)為控制依據(jù)的脫硝噴氨量控制方式，會(huì)引起還原劑的浪費(fèi)、氨逃逸超標(biāo)和排放NOx濃度的短時(shí)超標(biāo)。

（4）為了達(dá)到噴氨量與鍋爐負(fù)荷變化的實(shí)時(shí)匹配，在作為SCR脫硝控制依據(jù)的煙氣參數(shù)中，應(yīng)該引入鍋爐指令、功率指令、鍋爐總風(fēng)量數(shù)據(jù)等前端參數(shù)，方能充分反映脫硝系統(tǒng)運(yùn)行狀況，達(dá)到減少和消除SCR脫硝控制系統(tǒng)滯后多、延時(shí)過(guò)長(zhǎng)的目的。

Analysis on Response Time Lag of SCR Denitration of Power Generating Set

WANG Yong-quan, MIAO Chang-jiang, QIU Yun-xia
(Jiangsu Cohen Environmental Protection Technology Co., Ltd, Jiangsu Yancheng 224003, China)

The SCR process is adopted to remove NOx in Coal-fred fue gas of thermal power plant. Its reducing agents mainly adopt the anhydrous ammonia gasifcation, urea pyrogenation or hydrolyzing ammonia manufacture and ammonia manufactured by aqueous ammonia evaporation technologies. In accordance with the operation of two SCR denitration projects by process of urea pyrogenation and anhydrous ammonia gasifcation, the paper gives the brief analysis on the change of spraying quantity of reducing agent and the lag reason of response time of NOx concentration when the working condition changes of the boiler take place.

thermal power generating set; SCR denitration; response time

X701

A

1006-5377（2015）05-0057-03