超低排放脫硝運(yùn)行狀態(tài)及穩(wěn)定性評(píng)估

李清毅, 孟 煒, 吳國潮, 張 軍, 朱松強(qiáng), 胡達(dá)清,鄭成航, 高 翔, 王汝能, 劉海蛟

(1.浙江天地環(huán)保科技有限公司,浙江 杭州310003； 2.浙江省能源集團(tuán)有限公司,浙江 杭州310007；3.浙江大學(xué) 能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州310027)

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超低排放脫硝運(yùn)行狀態(tài)及穩(wěn)定性評(píng)估

李清毅1, 孟 煒1, 吳國潮2, 張 軍3, 朱松強(qiáng)2, 胡達(dá)清1,鄭成航3, 高 翔3, 王汝能1, 劉海蛟1

(1.浙江天地環(huán)保科技有限公司,浙江 杭州310003； 2.浙江省能源集團(tuán)有限公司,浙江 杭州310007；3.浙江大學(xué) 能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州310027)

以超低排放改造后的某1 000 MW燃煤機(jī)組為例,建立該機(jī)組脫硝裝置的性能評(píng)估體系,對(duì)脫硝裝置的運(yùn)行狀態(tài)、可靠性和穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估.得到的結(jié)論如下：按照該機(jī)組選擇性催化還原(SCR)入口NOx濃度、SCR出口NOx濃度、脫硝效率、氨逃逸和壓力損失分別為300 mg/m3、50 mg/m3、85%、3×10-6和600 Pa的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),對(duì)應(yīng)的達(dá)標(biāo)率分別為90.45%、92.34%、78.98%、98.32%和100.00%；不達(dá)標(biāo)狀態(tài)一般出現(xiàn)在機(jī)組變負(fù)荷和低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下,主要是噴氨量信號(hào)的響應(yīng)速度過慢、爐膛內(nèi)氧量難以控制和SCR入口溫度較低等原因所致；超低排放改造后的機(jī)組SCR出口NOx平均濃度明顯降低,小于30 mg/m3,改造效果顯著；機(jī)組總排口NOx排放濃度穩(wěn)定可靠,達(dá)標(biāo)率為98.74%,高于超低排放設(shè)計(jì)目標(biāo)．

超低排放；選擇性催化還原(SCR)；脫硝效率；達(dá)標(biāo)率；穩(wěn)定性

氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)不僅作為一次污染物危害人體健康[1-2],也是導(dǎo)致酸雨、光化學(xué)煙霧和霧霾的主要前驅(qū)體物[3-5].燃煤是NOx排放的主要來源之一[6].根據(jù)最新火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (GB13223-2011)[7]及環(huán)保部2013(14)號(hào)文件,要求重點(diǎn)地區(qū)火力發(fā)電燃煤鍋爐氮氧化物的排放濃度c(NOx)≤100 mg/m3.為了繼續(xù)降低燃煤電廠的污染物排放,國家發(fā)改委、能源局和環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布了文件《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020)》[8],促使國內(nèi)諸多電廠進(jìn)行超低排放改造,要求NOx排放濃度c(NOx)≤50 mg/m3．

單一污染物高效脫除技術(shù)(如:脫硝[10-13,16-17,22]、脫硫[14-15,18-20]和除塵[21])及多種污染物協(xié)同控制理論及技術(shù)[23-25]的研究為超低排放技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),眾多學(xué)者研究了超低排放技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性[7,9,26].目前,針對(duì)超低排放環(huán)保島系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等研究較為少見,因此開展超低排放運(yùn)行狀態(tài)及可靠穩(wěn)定性評(píng)估十分重要．

本文從建立對(duì)NOx脫除起主要作用的設(shè)備的評(píng)估體系方面著手;從機(jī)組負(fù)荷、選擇性催化還原(selective catalytic reduction,SCR)反應(yīng)器入口NOx濃度、SCR反應(yīng)器出口NOx濃度、脫硝效率、氨逃逸、SCR反應(yīng)器壓力損失和SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度等之間的相互關(guān)系入手,全面評(píng)估機(jī)組在進(jìn)行超低排放改造后的技術(shù)性能和運(yùn)行狀態(tài),并對(duì)比分析機(jī)組改造前、后的NOx濃度；最后評(píng)估該機(jī)組總排口NOx濃度達(dá)到超低排放限值的可靠性和穩(wěn)定性.同時(shí)研究為進(jìn)行超低排放改造后的機(jī)組提供脫硝性能評(píng)估的方法和手段．

1 裝置簡(jiǎn)介及數(shù)據(jù)處理

1.1 機(jī)組脫硝情況

圖1 某機(jī)組的脫硝裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of one unit’s denitrificationdevice

如圖1所示為機(jī)組脫硝裝置的示意圖.機(jī)組原設(shè)置低氮燃燒器,為使鍋爐出口的NOx排放濃度更低,在超低排放改造后對(duì)低氮燃燒器進(jìn)行燃燒調(diào)整.煙氣經(jīng)過鍋爐出口的省煤器后分別進(jìn)入A、B兩個(gè)SCR反應(yīng)器,SCR反應(yīng)器內(nèi)原設(shè)置2層催化劑并預(yù)留1層催化劑的空間.在進(jìn)行超低排放改造后,在A、B兩個(gè)反應(yīng)器預(yù)留層均加裝1層催化劑以達(dá)到更高的脫硝效率.在每個(gè)SCR反應(yīng)器入口和出口煙道均安裝在線測(cè)試儀表,主要包括NOx濃度測(cè)試儀、O2濃度測(cè)試儀、氨逃逸儀、濕度計(jì)、熱電阻和壓力變送器等．

超低排放改造后,進(jìn)行低氮燃燒調(diào)整以保證鍋爐出口NOx濃度在全負(fù)荷范圍內(nèi)不大于280 mg/m3,機(jī)組脫硝裝置設(shè)計(jì)SCR反應(yīng)器入口NOx濃度為300 mg/m3,設(shè)計(jì)脫硝效率為85%,出口NOx濃度為45 mg/m3,設(shè)計(jì)氨逃逸不大于3×10-6,設(shè)計(jì)SCR反應(yīng)器阻力損失不大于600 Pa．

1.2 數(shù)據(jù)處理

SCR反應(yīng)器入口NOx濃度、出口NOx濃度、機(jī)組負(fù)荷、氨逃逸、煙氣溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)均依據(jù)該機(jī)組超低排放改造后連續(xù)2個(gè)月的煙氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng) (continuous emission monitoring system,CEMS)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),所取數(shù)據(jù)間隔時(shí)間相同.相關(guān)在線儀表在數(shù)據(jù)獲取開始時(shí)間之前均已進(jìn)行標(biāo)定．

SCR反應(yīng)器壓力損失指的是在同一時(shí)刻,SCR反應(yīng)器出口壓力變送器數(shù)值(取自CEMS)絕對(duì)值與SCR反應(yīng)器入口壓力變送器數(shù)值(取自CEMS)絕對(duì)值的差值．

SCR反應(yīng)器單個(gè)通道的脫硝效率均按下式計(jì)算：

(1)

式中：cin為SCR反應(yīng)器入口煙氣中的NOx濃度,cout為SCR反應(yīng)器出口煙氣中的NOx濃度．機(jī)組的脫硝效率為2個(gè)通道脫硝效率的算術(shù)平均值．

某項(xiàng)參數(shù)的達(dá)標(biāo)率(σ)是指在進(jìn)行脫硝裝置評(píng)估的時(shí)間段內(nèi),對(duì)該項(xiàng)參數(shù)達(dá)到某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值的數(shù)量占該項(xiàng)參數(shù)總的統(tǒng)計(jì)數(shù)量的比率,未特別說明的達(dá)標(biāo)率的標(biāo)準(zhǔn)值均為某個(gè)參數(shù)的設(shè)計(jì)值.平均達(dá)標(biāo)率指的是達(dá)標(biāo)率的算術(shù)平均值,SCR反應(yīng)器 A、B兩個(gè)通道的平均達(dá)標(biāo)率即為機(jī)組達(dá)標(biāo)率.投運(yùn)率(τ)是指在進(jìn)行脫硝裝置評(píng)估的時(shí)間段內(nèi),脫硝裝置總的正常運(yùn)行時(shí)間占鍋爐在最低穩(wěn)燃負(fù)荷以上總的運(yùn)行時(shí)間的比率．

在進(jìn)行低氮燃燒器調(diào)整后對(duì)鍋爐出口NOx濃度進(jìn)行評(píng)估時(shí),NOx濃度值評(píng)估與設(shè)計(jì)SCR反應(yīng)器入口NOx濃度保持一致,按照300 mg/m3進(jìn)行.在對(duì)比脫硝裝置改造前、后效果時(shí),改造前數(shù)據(jù)取自改造后上一年同期的CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)均為2 m,分析用數(shù)據(jù)均為小時(shí)均值的平均值,與脫硝裝置性能評(píng)估用數(shù)據(jù)會(huì)有些許差別.期間因該機(jī)組有少量停運(yùn)時(shí)間,停運(yùn)時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)剔除未進(jìn)行處理．

2 結(jié)果與討論

2.1 脫硝裝置技術(shù)性能評(píng)估2.1.1 SCR反應(yīng)器入口NOx濃度與出口NOx濃度 本小節(jié)通過SCR反應(yīng)器入口NOx濃度評(píng)估鍋爐低氮燃燒器的綜合運(yùn)行效果；通過SCR反應(yīng)器出口NOx濃度評(píng)估原煙氣經(jīng)SCR反應(yīng)器處理后的綜合達(dá)標(biāo)率；通過研究SCR反應(yīng)器入口與出口NOx濃度的相關(guān)性,評(píng)估SCR反應(yīng)器系統(tǒng)總體運(yùn)行效果．

圖2 選擇催化還原(SCR)反應(yīng)器入口和出口NOx濃度的關(guān)系Fig.2 Relation of selective catalytic reduction (SCR) reactor inlet and outlet NOx concentrationrelationship

如圖2所示為該機(jī)組超低排放改造后SCR反應(yīng)器脫硝裝置A、B兩個(gè)通道的SCR反應(yīng)器入口的NOx濃度cin和SCR反應(yīng)器出口的NOx濃度cout的關(guān)系(其中停止噴氨工況中的SCR反應(yīng)器出口濃度未顯示).從圖2中可以看出,SCR反應(yīng)器入口NOx濃度和出口NOx濃度總體上呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,隨著SCR反應(yīng)器入口NOx濃度的升高,出口NOx濃度呈現(xiàn)升高趨勢(shì).其中,B通道的趨勢(shì)線斜率較大,說明SCR反應(yīng)器對(duì)本通道入口NOx濃度比A通道更為敏感,究其原因可能是由煙氣流場(chǎng)的分布不均引起.從圖2中還可以看出,A、B通道入口NOx濃度值部分已經(jīng)超過設(shè)計(jì)值300 mg/m3,極個(gè)別數(shù)值可達(dá)370 mg/m3以上.經(jīng)核實(shí),該部分濃度值均為機(jī)組功率350 MW左右時(shí)的數(shù)值,基本處于該機(jī)組最低穩(wěn)燃負(fù)荷狀態(tài),SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度在300 ℃左右.為更好地保證鍋爐效率,機(jī)組運(yùn)行氧量相對(duì)較高,鍋爐出口NOx濃度超過設(shè)計(jì)值.說明該機(jī)組在鍋爐出力較低的情況下,低氮燃燒器的運(yùn)行情況相對(duì)較差,鍋爐出口NOx排放濃度較高,應(yīng)進(jìn)一步對(duì)低氮燃燒器進(jìn)行優(yōu)化.機(jī)組負(fù)荷在500 MW以上時(shí),SCR反應(yīng)器入口NOx濃度基本穩(wěn)定維持在250 mg/m3以下.同樣,A、B通道出口極個(gè)別NOx排放濃度超過設(shè)計(jì)值50 mg/m3,此部分濃度值出現(xiàn)是因?yàn)闄C(jī)組正處于負(fù)荷上升階段,隨著機(jī)組負(fù)荷的升高,噴氨量應(yīng)同步提高,可以推測(cè)噴氨量信號(hào)跟蹤較慢,導(dǎo)致在變負(fù)荷工況下SCR反應(yīng)器運(yùn)行不穩(wěn)定.絕大多數(shù)SCR反應(yīng)器出口NOx濃度值穩(wěn)定在50 mg/m3以下．

如表1所示為SCR反應(yīng)器入口和出口NOx濃度的達(dá)標(biāo)率.按照入口NOx濃度為300 mg/m3的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),該機(jī)組A、B兩個(gè)通道的達(dá)標(biāo)率和平均達(dá)標(biāo)率分別為95.57%、85.34%和90.45%.不達(dá)標(biāo)工況主要是在鍋爐出力較低的工況下出現(xiàn),應(yīng)結(jié)合鍋爐運(yùn)行參數(shù)和低氮燃燒器的安裝布置等因素尋找原因,進(jìn)一步優(yōu)化低氮燃燒器的運(yùn)行效果,降低鍋爐出口的NOx濃度.對(duì)于A、B兩個(gè)通道的差異推測(cè)為煙氣流場(chǎng)差異引起,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鍋爐出口煙氣流場(chǎng)均布性的研究.按照SCR反應(yīng)器出口NOx濃度為50 mg/m3的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),該機(jī)組A、B兩個(gè)通道的達(dá)標(biāo)率和平均達(dá)標(biāo)率分別為93.65%、91.05%和92.34%.不達(dá)標(biāo)工況主要是在機(jī)組變負(fù)荷工況下出現(xiàn),應(yīng)進(jìn)一步研究噴氨信號(hào)的響應(yīng)速度對(duì)SCR反應(yīng)器出口NOx的影響．

表1 SCR反應(yīng)器入口和出口NOx濃度的達(dá)標(biāo)率

Tab.1 Qualified rate of SCR reactor inlet and outlet NOxconcentration

項(xiàng)目σ/%通道A通道B機(jī)組SCR入口95.5785.3490.45SCR出口93.6591.0592.35

2.1.2 SCR反應(yīng)器入口NOx濃度與脫硝效率 通過SCR反應(yīng)器入口NOx濃度與脫硝效率之間的相關(guān)性關(guān)系,評(píng)估SCR反應(yīng)器脫硝效率對(duì)SCR反應(yīng)器入口NOx濃度的適應(yīng)性．

如圖3所示為SCR反應(yīng)器入口NOx濃度與脫硝效率的關(guān)系.從圖中可以看出,隨著SCR反應(yīng)器入口NOx濃度的升高,A、B兩個(gè)通道的脫硝效率均呈現(xiàn)升高趨勢(shì),這與化學(xué)反應(yīng)速率的特點(diǎn)正好吻合.由于脫硝反應(yīng)主要是靠NH3還原NOx,煙氣中的NOx濃度越大,噴氨量也多,在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)反應(yīng)物的粒子越多,相互碰撞的機(jī)率越大,NOx與NH3的反應(yīng)速率越快,脫硝效率也會(huì)更高．

如表2所示為SCR反應(yīng)器平均脫硝效率η及脫硝效率的達(dá)標(biāo)率ση.從表2中可以看出,該機(jī)組SCR反應(yīng)器 A、B通道的脫硝效率區(qū)間在0～97.07%,平均脫硝效率為88.67%,總體上超過85%脫硝效率的設(shè)計(jì)要求.通道A、B和機(jī)組的脫硝效率的達(dá)標(biāo)率分別為78.71%、79.25%和78.98%.經(jīng)分析,在機(jī)組啟停過程中的極低負(fù)荷工況下,SCR反應(yīng)器入口煙溫過低造成噴氨短暫停止,從而出現(xiàn)了極少量值脫硝效率為0的情況．

圖3 SCR反應(yīng)器入口NOx濃度與脫硝效率的關(guān)系Fig.3 Relation of SCR reactor inlet NOx concentration and denitrification efficiency

Tab.2 Average denitrification efficiency and qualified rate of denitrification efficiency

項(xiàng)目 η/% ση/% ηminηmaxηave機(jī)組通道機(jī)組通道A54.8497.4988.22通道B097.0789.1288.6778.7179.2578.98

2.1.3 機(jī)組負(fù)荷與SCR反應(yīng)器入口NOx濃度 通過機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷與SCR反應(yīng)器入口NOx濃度的相關(guān)性關(guān)系,評(píng)估低氮燃燒調(diào)整后對(duì)機(jī)組負(fù)荷的適應(yīng)性．

圖4 機(jī)組負(fù)荷與SCR反應(yīng)器入口NOx濃度的關(guān)系Fig.4 Relation of unit load and SCR reactor inlet NOx concentration

如圖4所示為機(jī)組負(fù)荷U與SCR反應(yīng)器入口NOx濃度cin的關(guān)系.由圖4可見,當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于500 MW時(shí),SCR反應(yīng)器入口NOx濃度出現(xiàn)明顯升高現(xiàn)象.經(jīng)計(jì)算,當(dāng)機(jī)組負(fù)荷小于500 MW時(shí),該機(jī)組SCR反應(yīng)器 A、B通道入口NOx濃度達(dá)標(biāo)率僅為87.44%和70.70%,遠(yuǎn)低于500 MW以上負(fù)荷時(shí)99.43%和91.95%的達(dá)標(biāo)率．

鍋爐低負(fù)荷時(shí)SCR反應(yīng)器入口NOx濃度總體升高與低氮燃燒效果變差有關(guān),同樣驗(yàn)證了需要進(jìn)一步調(diào)整鍋爐在低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的配風(fēng)、煤粉細(xì)度等參數(shù)；機(jī)組運(yùn)行也應(yīng)盡量避免鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行．

2.1.4 機(jī)組負(fù)荷與SCR反應(yīng)器出口NOx濃度 通過機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷與SCR反應(yīng)器出口NOx濃度的相關(guān)性關(guān)系,評(píng)估SCR反應(yīng)器2個(gè)通道對(duì)機(jī)組負(fù)荷的適應(yīng)性．

圖5 機(jī)組負(fù)荷與SCR反應(yīng)器出口NOx濃度的關(guān)系Fig.5 Relation of unit load and SCR reactor outlet NOx concentration

如圖5所示為機(jī)組負(fù)荷U與SCR反應(yīng)器出口NOx濃度cout的關(guān)系.從圖5中可以看出,隨著機(jī)組負(fù)荷的升高,SCR反應(yīng)器出口NOx濃度呈現(xiàn)平穩(wěn)升高趨勢(shì).從趨勢(shì)上總體來看,脫硝裝置基本能夠保證SCR反應(yīng)器出口濃度在50 mg/m3以下,SCR反應(yīng)器運(yùn)行與機(jī)組運(yùn)行情況大體配合較好,但其仍然會(huì)受到機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷的影響,從技術(shù)和運(yùn)行角度仍有一定的改進(jìn)空間．

2.1.5 機(jī)組負(fù)荷與脫硝效率 通過機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷與SCR反應(yīng)器脫硝效率的相關(guān)性關(guān)系,評(píng)估SCR反應(yīng)器2個(gè)通道對(duì)機(jī)組負(fù)荷的適應(yīng)性．

如圖6所示為機(jī)組負(fù)荷U與SCR反應(yīng)器脫硝效率η的關(guān)系.從圖6中可以看出,隨著機(jī)組負(fù)荷的升高,SCR反應(yīng)器脫硝效率呈現(xiàn)下降趨勢(shì).從總體趨勢(shì)上來看,SCR反應(yīng)器運(yùn)行總體穩(wěn)定,基本上可維持脫硝效率在85%左右,脫硝效率對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)性總體較好.但其仍然會(huì)受到機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷的影響,當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較大,煙氣量較多的情況下,煙氣流速增大,煙氣與催化劑接觸時(shí)間變短,脫硝效率仍會(huì)出現(xiàn)下降情況,應(yīng)進(jìn)一步調(diào)節(jié)SCR反應(yīng)器運(yùn)行方式,保證在機(jī)組負(fù)荷較高時(shí)保證脫硝效率至少達(dá)到85%．

圖6 機(jī)組負(fù)荷與脫硝效率的關(guān)系Fig.6 Relation of unit load and denitrification efficiency

2.1.6 SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度與脫硝效率 通過SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度與脫硝效率的相關(guān)性關(guān)系,評(píng)估SCR反應(yīng)器兩個(gè)通道的脫硝效率對(duì)SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度的敏感情況．

圖7 SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度與脫硝效率的關(guān)系Fig.7 Relation of SCR reactor inlet temperature and denitrification efficiency

如圖7所示為SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度θ與脫硝效率η的關(guān)系.在催化劑的最佳活性適宜溫度范圍內(nèi),脫硝效率基本維持不變.從圖7中可以看出,該機(jī)組A、B兩個(gè)通道從趨勢(shì)上表現(xiàn)出了運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定的特征,但B通道SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度上升時(shí),脫硝效率出現(xiàn)輕微的上升趨勢(shì),應(yīng)進(jìn)一步研究噴氨隨負(fù)荷變化的響應(yīng)性．從圖7中還可發(fā)現(xiàn),該機(jī)組A、B兩個(gè)通道的溫度范圍差距較大,A通道的煙氣溫度總體低于B通道,應(yīng)該是由于流場(chǎng)不均通風(fēng)量出現(xiàn)偏差或者測(cè)試煙溫?zé)犭娮璋惭b位置代表性不夠等原因所致,應(yīng)進(jìn)一步明確原因．

2.1.7 SCR反應(yīng)器壓力損失與脫硝效率 通過SCR反應(yīng)器壓力損失與脫硝效率的相關(guān)性關(guān)系,評(píng)估SCR反應(yīng)器前、后的壓力下降情況與脫硝效率的相關(guān)性關(guān)系．

圖8 SCR反應(yīng)器壓力損失與脫硝效率的關(guān)系Fig.8 Relationship of SCR reactor pressure loss anddenitrification

如圖8所示為SCR反應(yīng)器壓力損失P與脫硝效率η的關(guān)系.從圖8中可以看出,在所有運(yùn)行工況下,SCR反應(yīng)器壓力損失均穩(wěn)定在500 Pa以下,按照SCR反應(yīng)器壓力損失為600 Pa的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),達(dá)標(biāo)率為100%.對(duì)于該機(jī)組SCR反應(yīng)器 A通道,當(dāng)SCR反應(yīng)器壓力損失上升時(shí),SCR反應(yīng)器的脫硝效率總體呈上升趨勢(shì)；對(duì)于B通道,當(dāng)SCR反應(yīng)器壓力損失上升時(shí),SCR反應(yīng)器的脫硝效率總體呈下降趨勢(shì)；但趨勢(shì)線斜率均較低,說明總體上該機(jī)組SCR反應(yīng)器2個(gè)通道壓力損失與脫硝效率基本上無明顯的相關(guān)性.但在后續(xù)機(jī)組運(yùn)行過程中應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行管理,注意SCR反應(yīng)器阻力上升的趨勢(shì),在阻力上升較多時(shí),應(yīng)加強(qiáng)脫硝裝置催化劑表面的吹灰頻率．

2.1.8 氨逃逸與脫硝效率 通過氨逃逸與脫硝效率的相關(guān)性關(guān)系,評(píng)估機(jī)組SCR反應(yīng)器還原劑控制情況及其對(duì)脫硝效率的影響.為了減輕機(jī)組負(fù)荷對(duì)脫硝效率的影響,按照100%負(fù)荷(1 000 MW±50 MW)和75%負(fù)荷(750 MW±50 MW)分別統(tǒng)計(jì)SCR反應(yīng)器氨逃逸與脫硝效率之間的關(guān)系.氨逃逸反應(yīng)了在一定通風(fēng)條件下,還原劑的反應(yīng)情況,較高的氨逃逸說明還原劑使用量大于需要量,雖然能夠提高脫硝效率,但會(huì)導(dǎo)致還原劑浪費(fèi)和污染物排放量提高．

如圖9所示為機(jī)組不同負(fù)荷下氨逃逸e與脫硝效率η的關(guān)系.從圖9中可以看出,隨著氨逃逸的上升,脫硝效率呈現(xiàn)上升趨勢(shì),說明脫硝還原劑NH3的使用量和煙氣量的配比能夠較明顯的影響脫硝效率.其中,該機(jī)組A通道氨逃逸相對(duì)控制水平較高,其氨逃逸可控制在2×10-6以下,B通道在兩種負(fù)荷下均出現(xiàn)氨逃逸超標(biāo)現(xiàn)象,特別是在75%負(fù)荷下,氨逃逸量部分?jǐn)?shù)值接近5×10-6.綜合分析可知,超標(biāo)的主要原因仍是機(jī)組在變負(fù)荷時(shí),雖然還原劑使用量跟蹤變化,但其響應(yīng)速度較慢造成的．

如表3所示為該機(jī)組SCR反應(yīng)器氨逃逸及其達(dá)標(biāo)率σe.從表3中可以看出,SCR反應(yīng)器 A、B兩個(gè)通道及機(jī)組的平均氨逃逸分別為0.88、1.00和0.94×10-5.氨逃逸平均值較大低于設(shè)計(jì)值.按照氨逃逸設(shè)計(jì)值為3×10-6的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),A、B通道和機(jī)組氨逃逸達(dá)標(biāo)率分別為98.92%、97.72%和98.32%．

圖9 機(jī)組不同負(fù)荷條件下氨逃逸與脫硝效率的關(guān)系Fig.9 Relation of ammonia escape and denitrification efficiency

項(xiàng)目 e/10-6 σe/% eminemaxeave機(jī)組通道機(jī)組通道A05.710.88通道B05.511.000.9498.9297.7298.32

綜合分析CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),氨逃逸超標(biāo)的出現(xiàn)同其他性能指標(biāo)超標(biāo)時(shí)情況類似,一般出現(xiàn)在機(jī)組負(fù)荷變化過程中,推測(cè)可能也是由于噴氨信號(hào)響應(yīng)速度慢引起.為更好的保證脫硝效率噴氨量過剩也可能會(huì)造成氨逃逸的超標(biāo)．

2.2 改造前后脫硝效果比較

根據(jù)低氮燃燒器調(diào)整前、后與脫硝裝置改造前、后NOx濃度的對(duì)比,評(píng)估改造后低氮燃燒器和SCR反應(yīng)器脫硝裝置的運(yùn)行效果．

如表4所示為脫硝裝置改造前、后SCR反應(yīng)器 A、B兩個(gè)通道入口和出口的NOx濃度對(duì)比.從表4中可以看出,SCR反應(yīng)器改造后,入口NOx平均濃度均比改造前降低,其中B通道降低較多,下降比例約為9.16%.A、B通道入口NOx平均值下降約6.19%.結(jié)合改造前、后所取CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),改造前同期數(shù)據(jù)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間所占比例較大,機(jī)組運(yùn)行更為穩(wěn)定,改造后因調(diào)試和測(cè)試等多種原因存在,機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)相對(duì)頻繁,在低負(fù)荷和負(fù)荷變化過程中對(duì)噴氨適應(yīng)性要求較高,容易造成SCR反應(yīng)器入口NOx濃度較高,因此對(duì)于SCR反應(yīng)器入口的NOx應(yīng)在機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定后還需進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)估,但對(duì)比高負(fù)荷時(shí)NOx濃度可以看出,改造前后SCR反應(yīng)器入口NOx濃度有一定程度的降低．

從表4中還可以看出,由于在SCR反應(yīng)器內(nèi)增加了一層催化劑,改造后SCR反應(yīng)器出口NOx濃度有相當(dāng)程度的降低,A、B兩個(gè)通道和機(jī)組NOx濃度下降比例分別為59.48%、64.78%和62.24%.結(jié)合上節(jié)數(shù)據(jù)分析,脫硝裝置改造后SCR反應(yīng)器出口NOx濃度基本穩(wěn)定在40 mg/m3以下,改造后脫硝效率提高明顯．

表4 機(jī)組改造前、后NOx濃度參數(shù)對(duì)比

Tab.4 NOxconcentration contrast before and after unit reform

名稱cin,ave/(mg·m-3)cout,ave/(mg·m-3)τ/%A通道改造前227.4974.9299.796改造后217.9230.3699.999B通道改造前248.8781.6599.796改造后226.0728.7699.999平均值改造前238.1878.2999.796改造后223.4429.5699.999

綜上所述,可以推測(cè)在對(duì)低氮燃燒器進(jìn)行調(diào)整后,機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后SCR反應(yīng)器入口NOx濃度有一定的降低.改造后,SCR反應(yīng)器出口NOx平均濃度大幅下降,下降幅度達(dá)到50%以上,改造效果明顯.改造后機(jī)組的投運(yùn)率均呈上升趨勢(shì),兩通道均接近100%.在機(jī)組運(yùn)行過程中,保持負(fù)荷的穩(wěn)定對(duì)NOx的排放控制較為有利,而負(fù)荷波動(dòng)過程中NOx濃度變化較大甚至?xí)霈F(xiàn)排放不達(dá)標(biāo)情況.機(jī)組變負(fù)荷過程中如何保證NOx濃度的穩(wěn)定也成為后續(xù)重要研究課題之一．

2.3 總排口NOx濃度達(dá)標(biāo)可靠性和穩(wěn)定性評(píng)估

通過該機(jī)組總排口NOx濃度值來評(píng)估機(jī)組脫硝的總體達(dá)標(biāo)情況．如圖10所示為該機(jī)組改造后在一段時(shí)間內(nèi)總排口的NOx濃度情況.其中橫坐標(biāo)數(shù)值是按照所取數(shù)據(jù)按時(shí)間先后順序排列.所取時(shí)間段內(nèi)機(jī)組總排口的NOx濃度在(0～87) mg/m3區(qū)間內(nèi)波動(dòng),其中幾個(gè)零值可認(rèn)為是由于儀器產(chǎn)生的壞點(diǎn).經(jīng)計(jì)算,該段時(shí)間內(nèi)平均NOx濃度為28.17 mg/m3,達(dá)標(biāo)率98.74%.NOx濃度≤40 mg/m3、≤30 mg/m3和≤20 mg/m3的達(dá)標(biāo)率分別為93.37%、58.42%和15.72%．

本機(jī)組總排口NOx變化范圍較大,并出現(xiàn)少量高濃度,通過對(duì)比負(fù)荷、噴氨量等其他數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)高濃度值主要出現(xiàn)在機(jī)組啟停機(jī)時(shí).啟停機(jī)狀態(tài)下出現(xiàn)NOx濃度異常偏高或偏低的情況.但從總體上看,機(jī)組平均濃度均遠(yuǎn)低于50 mg/m3,達(dá)標(biāo)率較高,說明機(jī)組脫硝裝置的運(yùn)行效果總體較好,基本能夠滿足超低排放的設(shè)計(jì)要求.機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行一年后需進(jìn)行再分析,觀察排放情況．

圖10 機(jī)組總排口NOx濃度隨時(shí)間變化的分布Fig.10 Distribution of final NOx concentration with time

3 結(jié) 論

(1)按照SCR反應(yīng)器入口NOx濃度為300 mg/m3的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),機(jī)組達(dá)標(biāo)率為90.45%；按照SCR反應(yīng)器出口NOx濃度為50 mg/m3的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),機(jī)組達(dá)標(biāo)率為92.34%；按照脫硝效率為85%的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),機(jī)組達(dá)標(biāo)率為78.98%；按照氨逃逸為3×10-6的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),機(jī)組達(dá)標(biāo)率為98.32%；按照SCR反應(yīng)器壓力損失為600 Pa的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),機(jī)組達(dá)標(biāo)率為100%．

(2)對(duì)于各項(xiàng)技術(shù)性能,不達(dá)標(biāo)狀態(tài)一般出現(xiàn)在機(jī)組變負(fù)荷和低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下.主要原因如下：機(jī)組負(fù)荷改變時(shí)噴氨量信號(hào)的響應(yīng)速度過慢、低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)由于氧量難以控制造成低氮燃燒器對(duì)NOx的脫除效果低于機(jī)組負(fù)荷較高運(yùn)行狀態(tài)、低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)SCR反應(yīng)器入口溫度較低造成脫硝催化劑的活性偏低等.A、B兩個(gè)通道存在較大偏差,主要原因推測(cè)為煙氣流場(chǎng)分布不均引起.后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)煙氣流場(chǎng)、噴氨響應(yīng)性和低負(fù)荷下催化劑活性等問題的研究．

(3)機(jī)組進(jìn)行煙氣超低排放改造后,機(jī)組SCR反應(yīng)器出口NOx平均濃度大幅下降至30 mg/m3以下,下降幅度達(dá)到50%以上,改造效果明顯.改造后機(jī)組的投運(yùn)率均呈上升趨勢(shì),達(dá)到99.99%以上.機(jī)組總排口NOx排放濃度穩(wěn)定可靠,達(dá)標(biāo)率高達(dá)98.74%,達(dá)到并超過超低排放設(shè)計(jì)要求．

(4)為已進(jìn)行超低排放改造后的機(jī)組提供了脫硝性能技術(shù)評(píng)估的方法,因本機(jī)組SCR反應(yīng)器脫硝裝置前后未安裝SO2和SO3在線監(jiān)測(cè)儀表,本文未對(duì)SCR反應(yīng)器脫硝裝置SO2/SO3轉(zhuǎn)化率的性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估,在后續(xù)研究中需采用措施對(duì)其進(jìn)行評(píng)估．

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Evaluation on operation state and stability for denitrification of ultra low emission

LI Qing-yi1, MENG Wei1, WU Guo-chao2, ZHANG Jun3, ZHU Song-qiang2, HU Da-qing1,ZHENG Cheng-hang3, GAO Xiang3,WANG Ru-neng1, LIU Hai-jiao1

(1.ZhejiangTiandiEnvironmentalProtectionTechnologyCo.Ltd,Hangzhou310003,China;2.ZhejiangProvincialEnergyGroupCo.Ltd,Hangzhou310007,China;3.StateKeyLaboratoryofCleanEnergyUtilization,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)

The evaluation system for the performance of denitrification device was established by taking the 1 000 MW coal-fired unit after ultra low emission transformation as an example. The operation, reliability and stability of denitrification device was evaluated in detail. Results show that the qualified rates of selective catalytic reduction (SCR) inlet NOxconcentration, SCR outlet NOxconcentration, denitrification efficiency, ammonia escape and pressure loss are 90.45%, 92.34%, 78.98%, 92.34% and 100.00%, respectively, while the corresponding evaluation standards are 300 mg/m3、50 mg/m3、85%、3×10-6and 600 Pa, respectively. Substandard working conditions occurs at the operation state of variable and low load. The main reasons are that the response rate of spray ammonia signal is too slow, that the oxygen content in the furnace is difficult to control and that the SCR inlet temperature is too also low. The average NOxconcentration at SCR outlet after reformation decreases significantly, even lower than 30 mg/m3. The NOxconcentration at the outlet of the chimney is stable and reliable with the qualified rate of 98.74%, which is even higher than the designed value．

ultra low emission；selective catalytic reduction (SCR)；denitrification efficiency；qualified rate；stability

2015-12-17.

國家杰出青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51125025)；浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目(2011R50017)；浙江省重大科技專項(xiàng)重點(diǎn)社會(huì)發(fā)展資助項(xiàng)目(2013C03022; 2014C03018).

李清毅(1985—),男,工程師,碩士,從事燃煤電廠脫硝脫硫和除塵技術(shù)研究.ORCID: 0000-0001-7009-0580. E-mail: liqingyi8@163.com 通信聯(lián)系人：胡達(dá)清,男,教授級(jí)高級(jí)工程師.ORCID: 0000-0003-0413-5167. E-mail: hdqfgd@126.com

10.3785/j.issn.1008-973X.2016.12.009

X 511

A

1008-973X(2016)12-2303-09