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SCR烟气脱硝系统喷氨优化实例分析

来源:内蒙古电力技术 赵宇 那钦 时间:2017-11-29

    北极星环保网讯:某电厂在没有增加第3层脱硝催化剂的情况下仅通过增加喷氨量降低NOx排放质量浓度,结果CEMS监测数据显示,SCR反应器出口烟道处与烟囱入口处的NOx质量浓度出现偏差,最高达30mg/m3。通过对喷氨支管阀门进行优化调整,提高NOx和氨混合的均匀度,基本消除了NOx质量浓度偏差,经验可供同类型机组借鉴。

SCR脱硝

 

关键词:SCR烟气脱硝系统,NOx质量浓度,喷氨量,均匀度,阀门优化

    1SCR烟气脱硝系统概况 

    某电厂选择性催化还原法(SelectiveCatalytic Reduction,SCR)脱硝装置未设反应器和省煤器旁路,采用2层蜂窝催化剂,催化剂运行温度为310~420℃,同时采用蒸汽吹灰和声波吹灰,使用液氨做还原剂。氨气来自公用系统氨制备区,与稀释风机提供的空气按照5%的体积比例,通过氨—空气混合器混合后经过涡流混合器、喷氨格栅注入反应器。喷氨系统包括喷氨母管和8路喷氨支管,每根支管均设有手动流量调节阀。脱硝反应器入口烟气参数见表1。

表1:脱硝反应器入口烟气参数

SCR脱硝

 

    2存在的问题及原因分析 

    为了使NOx排放质量浓度达到燃煤电厂超低排放的要求,在没有增加第3层脱硝催化剂的情况下,该电厂仅通过增加喷氨量来降低NOx排放质量浓度。但在运行过程中,监测数据显示SCR反应器出口烟道处与烟囱入口处的NOx质量浓度出现偏差,最高达30mg/m3。

    经分析,原因如下:SCR反应器入口NOx和氨混合不均匀,导致SCR反应器出口烟道处的NOx质量浓度分布不均匀。而烟囱入口处的NOx经过前段烟道的混合与均流,在整个烟道截面上分布较为均匀,因此,烟气自动监控系统(Continuous Emission Monitorin System,CEMS)所测得SCR反应器出口烟道处与烟囱入口处的NOx质量浓度存在偏差,NOx质量浓度偏差情况见表2。由表2可知,当机组100%负荷运行时,NOx质量浓度偏差最严重。

表2:SCR反应器出口与烟囱入口处的NOx质量浓度偏差情况

SCR脱硝

 

    3系统优化过程及结果 

    3.1优化前摸底测试 

    由于SCR反应器出口烟道处NOx质量浓度的CEMS测点是单点采样,其显示的NOx质量浓度不能全面反映整个烟道截面的NOx质量浓度,因此其所测得的NOx质量浓度与实际的NOx平均质量浓度存在偏差。为了保证选取的数据具有代表性和测试结果的可靠性,本次摸底测试在甲、乙两侧SCR反应器出入口各均匀选取8个测孔,每个测孔均匀选择4个测点,共选择128个测点。

    根据《DL/T206—2012燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范》和《GBT16157—1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》,采用芬兰GASMET公司生产的GASMETDX—4000型烟气分析仪,通过截面网络法选取4个深度进行测量,机组100%负荷时相关测试数据见表3。通过测试结果计算得出,甲、乙两侧SCR反应器出口NOx相对标准偏差分别为31.38%和27.15%,高于15%的设计要求。

表3:优化调整前机组100%负荷下部分NOx质量浓度测试数据

SCR脱硝

 

    3.2喷氨支管调整 

    在喷氨支管阀门调整之前,需通过理论计算和实际测试数据分析,确定喷氨母管的供氨量是否满足SCR系统的需求。经核算分析,该电厂脱硝装置的喷氨母管供氨量满足需求,不需要对喷氨母管的供氨控制逻辑进行调整。

    依据优化前的摸底测试内容,对比SCR反应器出口每个测孔的NOx平均质量浓度及其测试断面的NOx平均质量浓度、SCR反应器出口每个测孔的氨逃逸平均质量浓度及其测试断面的氨平均质量浓度,对SCR系统每根喷氨支管上的手动流量调节阀门进行初步调整,调整方法见表4。

表4阀门调整方法1

SCR脱硝

 

    初步调整时,需估算各喷氨支管的喷氨量,观察喷氨量的变化情况,了解阀门调节特点以及阀门灵敏开度范围,掌握不同阀门开度对支管喷氨量的影响。这些情况尤为重要,关系到下一步调整的成功与否。

    然后选取SCR反应器出口NOx质量浓度、SCR反应器出口氨逃逸质量浓度、SCR反应器入口烟气流速、SCR反应器入口烟气温度4个参数为权重因子,依照具体情况对4个权重因子设置不同的权重比例,依据测试数据和各权重因子在测试断面的均匀度对阀门开度进行再次调整。以甲侧SCR反应器1号喷氨支管阀门为例,进一步调整数据见表5。优化流程如图1所示。

表5阀门进一步调整数据1

SCR脱硝

 

SCR脱硝

 

图1喷氨优化流程图

    3.3优化结果 

    按照上述方法经多次优化后,改善了SCR反应器入口NOx与氨的质量浓度分布,甲、乙两侧SCR反应器出口NOx质量浓度的相对标准偏差均明显降低,说明经优化后NOx与氨混合更加均匀,甲、乙两侧SCR反应器出口NOx的分布均匀性都有所提高,优化效果显著[1-2]。优化前、后SCR反应器出口NOx质量浓度比较见表6,优化后SCR出口烟道处与烟囱入口处的NOx质量浓度偏差情况见表7。

表6喷氨优化前、后SCR反应器出口NOx质量浓度比较

SCR脱硝

 

表7喷氨优化后NOx质量浓度偏差情况

SCR脱硝

 

    4结论及建议 

    在对该电厂喷氨阀门进行优化调整后,基本消除了NOx质量浓度偏差,并得出如下结论及建议,经验可供同类型机组借鉴。

    (1)SCR反应器入口处氨氮分布的均匀性及喷氨格栅出口流速的均匀性是影响脱硝效率和副反应发生的重要因素。SCR反应器入口NOx和氨质量浓度混合不均匀,会导致SCR反应器出口NOx质量浓度分布不均匀,造成CEMS显示SCR反应器出口烟道处与烟囱入口处NOx质量浓度存在偏差。喷氨质量浓度不均匀会降低脱硝性能,喷氨过量时,氨逃逸量会增大,形成的硫酸氢铵等易造成空气预热器堵塞和冷段腐蚀,因此需保证SCR反应器入口处NOx和氨质量浓度分布的均匀性[3-4]。

    (2)通过对脱硝系统的喷氨优化调整,可以降低SCR反应器出口NOx的相对标准偏差以及SCR反应器出口烟道处与烟囱入口处的NOx质量浓度的偏差。为确保脱硝装置安全经济运行,应定期进行喷氨优化调整,使氨与烟气混合均匀,防止因片面追求过高的脱硝效率而造成整体过量喷氨,危及下游设备的安全稳定运行[5]。

    (3)SCR反应器出口烟道处NOx质量浓度的CEMS测点是单点采样,其显示的NOx质量浓度与测点所在的烟道断面的NOx平均质量浓度相比,存在偏差,建议改造为多点采样。