某電廠脫硝系統(tǒng)精準(zhǔn)分區(qū)噴氨改造淺談

(重慶松藻電力有限公司，重慶 401443)

0 引 言

NOX是火力發(fā)電廠三大主要污染物之一，其排放濃度主要靠脫硝系統(tǒng)控制。目前，大部分燃煤電廠脫硝系統(tǒng)采用SCR、SNCR、SCR+SNCR工藝技術(shù)[1-3]，為滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)、提高脫硝系統(tǒng)的效率，還通過燃燒器低氮改造、噴氨優(yōu)化調(diào)整、增加催化劑層數(shù)等方法[4-6]，降低NOX生成量和排放量。因煤質(zhì)、燃燒工況、負(fù)荷等因素的改變，NOX生成量波動(dòng)較大；加之，如文獻(xiàn)6所述：SCR系統(tǒng)入口邊界條件的非均勻性對(duì)煙氣中NOx與NH3均勻混合的影響，使氨逃逸增加，與SO3反應(yīng)生產(chǎn)NH4HSO4堵塞空氣預(yù)熱器，對(duì)脫硝系統(tǒng)實(shí)施精準(zhǔn)分區(qū)噴氨至關(guān)重要。文中以某燃煤電廠3號(hào)機(jī)組為例，闡述了脫硝系統(tǒng)精準(zhǔn)分區(qū)噴氨改造的方案、調(diào)試方法、調(diào)試中出現(xiàn)的問題，通過優(yōu)化控制后，脫硝效率大于94.2%，優(yōu)于改造前6.2%，氨逃逸率小于2.28%。

1 概述

某燃煤電廠3號(hào)鍋爐型號(hào)為：DG2141/25.31-Ⅱ12，超臨界參數(shù)變壓直流爐、單爐膛、“W”型火焰燃燒、一次再熱、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型布置。機(jī)組同步建設(shè)脫硝裝置，脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原(SCR)工藝，催化劑層數(shù)按3+1模初裝3層預(yù)留1層，采用高塵布置，如圖1所示。脫硝效率為88%，氮氧化物排放濃度小于200 mg/m3。

為滿足國(guó)家及地方環(huán)保要求，該公司對(duì)脫硝裝置實(shí)施超低排放改造。因SCR系統(tǒng)進(jìn)口NOX濃度較高，且斷面不同區(qū)域存在較大偏差。為改善上層催化劑截面處的氨氮摩爾比分布，控制氨逃逸，減輕空預(yù)器堵塞風(fēng)險(xiǎn)，擬采取優(yōu)化脫硝系統(tǒng)流場(chǎng)、實(shí)施分區(qū)噴氨改造技術(shù)方案[7]。

圖1 SCR高塵布置系統(tǒng)圖

2 改造方案

SCR系統(tǒng)分區(qū)噴氨系統(tǒng)包括測(cè)量層、執(zhí)行層和控制層，主要涉及NOx濃度分布式巡測(cè)和混合采樣測(cè)量、氨氮摩爾比分區(qū)在線調(diào)平以及多維度決策的噴氨總量控制等技術(shù)，通過執(zhí)行層“總量控制閥+分區(qū)調(diào)節(jié)閥+支管調(diào)節(jié)閥”三級(jí)閥門的串聯(lián)控制和調(diào)節(jié)，全面提升噴氨控制的品質(zhì)，使SCR性能適應(yīng)NOx超低排放要求，達(dá)到節(jié)約噴氨量、降低NOx排放濃度、降低空預(yù)器堵塞幾率、減輕尾部設(shè)備(如電除塵極線、除塵濾袋、低壓省煤器)積灰等綜合效果。

2.1 測(cè)量層

測(cè)量層實(shí)現(xiàn)SCR出口NOx、O2濃度的分布式巡測(cè)和混合采樣測(cè)量，為執(zhí)行層和控制層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其核心部件包括：多點(diǎn)取樣槍(插入SCR出口截面)、取樣管路與控制閥門、噴氨支管混合氣流量計(jì)、NOx、O2在線分析儀以及管路吹掃子系統(tǒng)。

2.2 執(zhí)行層

執(zhí)行層主要通過在噴氨總管和噴氨支管之間增加噴氨分區(qū)調(diào)平閥和噴氨分區(qū)小母管，實(shí)現(xiàn)分區(qū)；根據(jù)測(cè)量層反饋，對(duì)“總量控制閥+分區(qū)調(diào)節(jié)閥+支管調(diào)節(jié)閥”三級(jí)閥門進(jìn)行串聯(lián)控制和調(diào)節(jié)，總量控制閥、支管調(diào)節(jié)閥及其管路利用原有設(shè)備(待液氨改尿素項(xiàng)目完工后利用新的設(shè)備)，噴氨分區(qū)母管和噴氨分區(qū)調(diào)節(jié)閥需要通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管道進(jìn)行改造，噴氨分區(qū)調(diào)節(jié)閥為氣動(dòng)閥，系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量層反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)。

2.3 控制層

控制層的實(shí)現(xiàn)方式：將噴氨總量控制邏輯直接寫入DCS組態(tài)，控制原理及方案與PLC方式基本相同。

根據(jù)原有系統(tǒng)脫硝出口的NOx、O2濃度以及鍋爐相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析后，對(duì)總量控制閥進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，與原有總閥控制系統(tǒng)同時(shí)存在，可實(shí)現(xiàn)無擾切換。

根據(jù)測(cè)量層反饋的NOx、O2濃度分布式巡測(cè)值對(duì)分區(qū)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行定期調(diào)整，分區(qū)調(diào)節(jié)閥設(shè)定上、下限，僅在設(shè)定范圍內(nèi)小幅度調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)過程保證各分區(qū)調(diào)節(jié)閥總開度基本不變，避免對(duì)噴氨總量控制閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)造成擾動(dòng)。

3 調(diào)試過程

3.1 蒸汽、聲波吹灰器

本次改造增加了一層催化劑，同時(shí)配套增加蒸汽吹灰器，每側(cè)3臺(tái)，共6臺(tái)，其運(yùn)行參數(shù)同原蒸汽吹灰器、控制方式并入原蒸汽吹灰器。

原脫硝系統(tǒng)無聲波吹灰器，改造后增加了40臺(tái)聲波吹灰器(每層催化劑5臺(tái)，為一組)。聲波吹灰器氣源壓力控制0.6 MPa左右，每組工作8 s，間隔64 s進(jìn)行下一組，每10 min循環(huán)一次。

3.2 脫硝出口巡測(cè)表

根據(jù)廠家建議及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，單測(cè)點(diǎn)測(cè)量時(shí)間為2 min，巡測(cè)一個(gè)周期10 min，反吹間隔為60 min。

3.3 噴氨分區(qū)閥門自動(dòng)

分區(qū)閥門特性試驗(yàn)確認(rèn)，分區(qū)閥1動(dòng)作，影響巡測(cè)點(diǎn)2的NOx濃度；分區(qū)閥2動(dòng)作，影響巡測(cè)點(diǎn)1的NOx濃度；分區(qū)閥3動(dòng)作，影響巡測(cè)點(diǎn)4的NOx濃度；分區(qū)閥4動(dòng)作，影響巡測(cè)點(diǎn)3的NOx濃度。

根據(jù)以上特性及分區(qū)測(cè)量情況，分區(qū)閥自動(dòng)按以上對(duì)應(yīng)方式設(shè)定，同時(shí)閥門開度控制在65%～85%之間，每10分鐘調(diào)整1次，每次調(diào)整閥門幅度5%。

3.4 噴氨自動(dòng)

影響噴氨自動(dòng)的因素主要有負(fù)荷、NOx濃度、一二次風(fēng)量、燃料量等一系列因素，測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確性及靈敏度影響噴氨自動(dòng)調(diào)整的效果[8]。由于原出入口CEMS裝置測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定，將原有控制邏輯中主調(diào)節(jié)量：?jiǎn)蝹?cè)反應(yīng)器出口NOx濃度改為單側(cè)分區(qū)NOx測(cè)量值與煙囪入口NOx濃度的平均值。NOx預(yù)測(cè)部分主體為總風(fēng)量，兼有風(fēng)煤比、鍋爐氧量等因素測(cè)點(diǎn)組成。

4 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及采取的措施

4.1 調(diào)試中出現(xiàn)的問題

4.1.1 測(cè)點(diǎn)不準(zhǔn)確

機(jī)組啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)，原系統(tǒng)入出口CEMS測(cè)點(diǎn)不準(zhǔn)確，雖然進(jìn)行了消缺處理，但偏差仍然較大。主要表現(xiàn)如下：

CEMS裝置取樣管容易堵塞，造成測(cè)量數(shù)值偏差及反應(yīng)遲鈍；從采樣浮子流量計(jì)可見，浮子波動(dòng)劇烈且偏低，證明取樣管線不通暢。

4.1.2 供氨系統(tǒng)不合理

噴氨總量調(diào)節(jié)閥死區(qū)為1.5%左右，對(duì)出口NOx的影響卻在20～30 mg/m3左右，嚴(yán)重影響了噴氨的精準(zhǔn)控制。

4.1.3 原有邏輯不合理

原邏輯中脫硝出口NOx低于10 mg/m3，延時(shí)10 s，速關(guān)閥關(guān)閉。在排放標(biāo)準(zhǔn)為200 mg/m3時(shí)，脫硝出口濃度過低，短暫關(guān)閉速關(guān)閥，對(duì)小時(shí)均值影響不大，而超低排放條件下，速關(guān)閥動(dòng)作，很容易引起NOx排放超標(biāo)。

4.1.4 供氨系統(tǒng)氨泄漏

在整套啟動(dòng)運(yùn)行期間，SCR系統(tǒng)多次出現(xiàn)氨泄漏情況。

4.1.5 供氨流量不準(zhǔn)

在整套啟動(dòng)運(yùn)行期間，測(cè)算氨流量計(jì)數(shù)值與理論計(jì)算值偏差較大，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)氨流量計(jì)安裝方式和參數(shù)設(shè)置不正確。

4.2 采取的措施

(1)加強(qiáng)聲波吹灰器的巡檢，發(fā)現(xiàn)聲音異常后及時(shí)聯(lián)系檢修處理，更換膜片；

(2)原蒸汽吹灰為每值投運(yùn)一次，本次改造增加了聲波吹灰器，根據(jù)實(shí)際情況，減少蒸汽吹灰的頻次，有利于延長(zhǎng)催化劑的使用壽命；

(3)加強(qiáng)儀表的維護(hù)，確保測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)對(duì)脫硝入出口CEMS的維護(hù)，以保證NOx測(cè)量的準(zhǔn)確性；

(4)分區(qū)閥門2對(duì)應(yīng)分區(qū)測(cè)點(diǎn)1、閥門1對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)2、閥門3對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)4、閥門4對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)3，手動(dòng)調(diào)整時(shí)需特別注意；

(5)對(duì)供氨系統(tǒng)改造，增加供氨控制小旁路，入口NOx較波動(dòng)不大時(shí)，主路開度不變，采用小旁路精準(zhǔn)控制控制；入口NOx較波動(dòng)較大時(shí)，主路粗調(diào)，小旁路精準(zhǔn)控制噴氨量，以利于出口NOx的穩(wěn)定；

(6)取消“出口NOx低于10 mg/m3，延時(shí)10 s，速關(guān)閥關(guān)閉”的邏輯，建議修改為“只要SCR區(qū)溫度滿足脫硝投運(yùn)要求，稀釋風(fēng)機(jī)運(yùn)行，速關(guān)閥禁關(guān)”；

(7)反應(yīng)器出入口NOx濃度、煙囪入口NOx濃度、分區(qū)測(cè)量NOx濃度、總風(fēng)量、燃料量、鍋爐氧量等對(duì)噴氨自動(dòng)影響較大，在處理與之相關(guān)的測(cè)點(diǎn)缺陷時(shí)，需注意解除噴氨自動(dòng)，以防止出口NOx大幅波動(dòng)。

5 改造后的效果

針對(duì)脫硝系統(tǒng)精準(zhǔn)分布改造調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，采用上述措施后對(duì)其試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。通過改造后，NOX排放濃度滿足超低排放要求，脫硝效率提高6.2%，氨逃逸率教改造前降低1.02，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行觀察，較改造前降低1.02，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行觀察，空氣預(yù)熱器堵塞問題得到緩解，說明精準(zhǔn)分區(qū)噴氨優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)NOx與NH3混合均勻。

表1脫硝系統(tǒng)精準(zhǔn)分布改造后試驗(yàn)結(jié)果

(注：NOX排放濃度及氨逃逸系干基，6% O2狀態(tài)下數(shù)據(jù))

6 結(jié)束語(yǔ)

脫硝系統(tǒng)精準(zhǔn)分布改造同時(shí)還不僅能提高脫硝效率，還能減緩空氣預(yù)熱器因NOx與NH3混合不均勻，氨逃逸率大，生成大量NH4HSO4堵塞的問題，不必因此頻繁停機(jī)對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行沖洗，提高了機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，值得推廣，對(duì)改造調(diào)試過程中會(huì)出現(xiàn)一些問題，可參照文中所述措施解決。