关于630mw机组SCR脱硝喷氨优化调整的研究

关于630MW机组SCR脱硝喷氨优化调整的研究【摘要】：今年来，随着SCR脱硝装置成为大型火电机组的必备设备，在使用过程一些问题逐渐显现出来，其中之一就是喷氨不均带来的氨逃逸率局部过高，引起空预器阻塞的问题，这个问题甚至在很多机组造成过机组被迫停运的严重后果。本文将就该问题的产生和如何解决展开研究，以获得一个良好的解决方案保证设备的稳定运行。【关键词】：SCR脱硝喷氨氨逃逸空预器堵塞1前言随着近年来环保部门不断制定更高的排放标准，脱硝系统已经几乎成为所有火电机组的标配，另外由于催化剂工艺技术的不断提高，SCR逐步成为主流脱硝技术。在实际的使用过程中，很多问题也渐渐暴露出来，如氨气不纯带来的管道腐蚀、吹灰效果差带来的催化剂堵塞和损坏等等，都对设备甚至整个机组的稳定运行带来风险，而本文所讨论的喷氨不均的问题是其中风险最大的，其带来的不良后果，逐渐引起人们的重视。烟气脱硝SCR装置在设计阶段通常会进行CFD流畅模拟和物理模型试验对烟道内的流场进行优化以保证SCR入口截面的烟气流速和NOx分布较为均匀。但往往由于现场空间限制或安装等因素影响，加上调试阶段对喷氨格栅的优化调整重视不够，实际运行过程中出现SCR出口截面NOx分布偏差大，部分区域氨逃逸超过设计保证值(3µL/L)的现象。这会影响系统整体的脱硝效果，并会增加空预器的硫酸氢铵腐蚀和堵塞风险，给系统的经济稳定运行带来很大的危害。因此,十分有必要对SCR装置进行喷氨优化调整，即通过调整SCR入口每根喷氨支管上的手动调阀改变不同位置的喷氨量，从而改善出口NOx和NH3分布的均匀性，在保证装置脱硝效果的同时,减少装置的运行成本,提高装置的可用率。图一SCR反应器侧视图某项目公司三期2×630MW机组超临界机组于05、06年相继投产，2012年通过大修技改完成增设脱硝系统改造，该脱硝系统采用SCR技术，反应器内按“2+1”模式布置蜂窝式催化剂每层催化剂上方设6只声波吹灰器以保持催化剂表面清洁。SCR装置内沿烟气流向在烟道不同位置设导流板、静态混合器和整流器等装置使进入催化剂上方的烟气流场均匀具体布置见图1。来自公用系统的氨与稀释风混合后经喷氨格栅(AIG)进入SCR烟道氨喷射采用格栅式小喷嘴，在入口水平直段烟道截面上从顶部将9根支管伸入烟道，每根支管设手动蝶阀实现烟道截面上的氨喷射流量分区控制。2烟气脱硝的氨逃逸问题选择性催化还原法脱硝(SCR)的原理是在催化剂作用下，还原剂NH3在290-400℃下有选择的将NO和NO2还原成N2，而几乎不发生NH3与O2的氧化反应，从而提高了N2的选择性，减少了NH3的消耗。其中主要反应如下：4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O8NH3+6NO2=7N2+12H2O4NH3+3O2=2N2+6H2O4NH3+5O2=4NO+6H2O2NH3可逆生成N2+3H2。由于各种原因，必然有部分氨气未能参与反应，随烟气排放，形成氨逃逸。脱硝过程中同时也会发生一些不利的副反应，催化剂中的活性组五氧化二钒在催化降解NOx的过程中，也会对SO2的氧化起一定催化作用。SO2的活性组分V2O5含量、烟气温度的增加而上升，要求控制在1%以下，其反应如下：V2O5+SO2→V2O4+SO3;2SO2+O2+V2O4→2VOSO4;2VOSO4→V2O5+SO2+SO3。另外，锅炉燃烧也会产生一部分SO3，逃逸氨和这些燃烧产生的以及在SCR脱硝装置区域转化生成的SO3发生反应，生成硫酸铵和硫酸氢铵，反应如下：NH3+SO3+H2O→NH4HSO4;2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4。硫酸铵和硫酸氢铵的形成互相起一定的促进作用，硫酸铵为干燥固体粉末，对空预器几乎无影响，而硫酸氢铵是一种粘性很强的物质，当其到达空预器冷端时，由于温度低于硫酸氢铵熔点，它会凝结在换热元件上，同时烟气中的粉尘也会附着在上面，蒸汽吹灰都很难将其清除。如果产生的硫酸氢铵量达到一定程度，就很容易导致空预器的堵塞，危及到机组的安全运行。3喷氨优化方案和措施某厂一台630MW机组运行中发现空预器差压偏大，在调停期间，对堵塞物进行取样分析，发现含有大量硫酸氢铵。对该时间段的负荷变化情况和氨逃逸率调取历史记录，未发现负荷波动大和氨逃逸率升高的状况。而在进一步的调查中发现，喷氨量有明显增加的迹象。综合分析之后，决定对该机组SCR反应器做烟气流场检测和反应器进、出口NOx浓度检测，以此为喷氨均布优化提供依据。序号流场截面平均值(m/s)相对标准偏差(%)1A侧SCR上层催化剂入口1.8227.072B侧SCR上层催化剂入口1.6841.983A侧SCR下层催化剂入口1.4010.044B侧SCR下层催化剂入口1.7213.525SCR出口烟道6.4930.26表一SCR冷态流场分布均匀性对SCR反应器喷氨格栅上游烟道(简称：SCR入口截面)按单侧划分成10×4网格进行NOx浓度和烟气速度场逐点测试，使用一根约4米的探针，通过预留的测量孔依照插入深度可取得纵向的4个点的数据。测试结果为：(1)A侧SCR入口截面处平均NOx浓度为101.6ppm;(2)B侧SCR入口截面处平均NOx浓度为100.7ppm。图表一A侧SCR入口NOx浓度分布通过图表一和二可以看出，脱硝反应装置入口NOx浓度较为平均，这样有利于对出口NOx浓度变化的分析。图表二B侧SCR入口NOx浓度分布根据现场测量数据的统计结果，如图表三、四，可以看出脱硝入口的烟道靠近中间侧的烟气流速较两侧位置明显偏高(A1点为固侧，B10点为扩侧)，这和现场的烟道布置相一致。图表三A侧入口速度场分布图表四B侧入口速度场对SCR反应器出口烟道截面两侧分别按7×4网格划分成氨浓度分布场进行逐点检测。初测摸底的结果如图表五、六，数据显示SCR出口NOx浓度偏差很大，经过计算A、B侧的浓度标准偏差已分别达到了46.09%、45.13%。图表五A侧出口NOx浓度分布图表六B侧出口NOx浓度分布另外，通过与SCR入口喷氨量的检测结果(如图表七、八)比对，出口NOx浓度反应和喷氨量有多点存在明显不一致，B侧较A侧更为突出。这反映出在这些点出现了喷氨不足或者过量的情况。图表七A侧喷氨量分布图表八B侧喷氨量分布通过对SCR入口截面的NOx分布场和烟气速度场、SCR出口截面的NOx分布场测试的结果，计算单位时间NOx脱除量及NH3消耗量。同时，记录氨气质量流量计的累计值，测试结束后计算单位时间氨消耗量。NH3物质平衡计算及氨耗量统计结果对照如下：序号参数单位A侧B侧1进入SCR的NOx摩尔量mol/h4481.64139.12离开SCR的NOx摩尔量mol/h1627.4713.33每小时脱除NOx摩尔量mol/h2854.23425.94氨逃逸摩尔量(按3ppm计)mol/h144.7135.35每小时氨反应量kg/h48.5258.246每小时氨逃逸量kg/h2.462.307每小时总耗氨量kg/h50.9860.548DCS累计时间平均值kg/h58.5269.799测量值与计算值的偏差kg/h7.549.2510测量值与计算值的偏差和kg/h16.79表2喷氨测试参数对照对A、B侧SCR反应器的2×21=42支喷氨流量孔板的差压、静压及风温和稀释风机出口风速进行了测量，由42支喷氨流量累计求得氨空气混合气体流量为4624.6Nm3/h，且稀释风机出口流量为4795.6Nm3/h，两者偏差3.7%。基于以上数据对喷氨格栅各支管调节阀门开度进行调整，经过两次调整后，喷氨均布情况和氨消耗量有了明显改善。图表七A侧出口NOx浓度分布情况图表八B侧出口NOx浓度分布情况根据最终的检测结果，脱硝反应器A、B侧NOx浓度的标准偏差已经分别下降至18.47%和21.16%，达到了比较好的效果。由于部分阀门达到调整极限，未能实现最理想效果。下一步计划在大修当中对喷氨格栅进行全部疏通，将催化剂内的堵灰全部清除之后，再进行一次调整优化。4结语目前应对氨逃逸问题和空预器堵塞的方法越来越多，但从安全和经济的角度来讲，通过喷氨优化的方式来解决仍然是有效和直接的。从本次调整试验可以看出，虽然其本身有一定局限性，但如果在维护好设备的前提下，不失为最安全、最低成本的解决方案，另外一个方面，从环保设备的角度出发，我们要尽全力保证它的稳定健康的运行，防止出现二次污染的发生。