wwwcnkinetSCR烟气脱硝系统运行全过程数据分析

第47卷第12期热力发电Vol.47No.122018年12月THERMALPOWERGENERATIONDec.2018收稿日期：2018-04-08第一作者简介：梁俊杰(1985—)，男，硕士研究生，工程师，主要研究方向为火电厂SCR烟气脱硝技术，[e-mail]。SCR烟气脱硝系统运行全过程数据分析梁俊杰1，张战锋2，周健1，鲍强1，卢承政1，李斌3，朱德力1（1.西安热工研究院有限公司苏州分公司，江苏苏州215153；2.华能国际电力股份有限公司福州电厂，福建福州350299；3.北方联合电力有限责任公司包头第三热电厂，内蒙古包头014060）［摘要］通过对多台机组脱硝系统运行数据的汇总分析，指出不同燃烧方式以及运行控制方式下，脱硝系统出口氨逃逸存在差异，导致空气预热器等下游设备硫酸氢铵（ABS）堵塞情况存在明显差异，说明从锅炉燃烧、脱硝设备、烟气流动与混合等方面进行全过程优化管理的必要性及重要性。针对脱硝系统超低排放改造后集中出现的空气预热器ABS堵塞等次生问题，建议采用全过程管理理念，从源头控制氨逃逸，提高脱硝系统运行水平。［关键词］SCR；硫酸氢铵；氨逃逸；NOx平衡质量浓度；氨氮摩尔比；喷氨控制［中图分类号］X701［文献标识码］A［DOI编号］10.19666/j.rlfd.201804086［引用本文格式］梁俊杰,张战锋,周健,等.SCR烟气脱硝系统运行全过程数据分析[J].热力发电,2018,47(12):93-99.LIANGJunjie,ZHANGZhanfeng,ZHOUJian,etal.AnalysisonwholeprocessoperationdataofSCRfluegasdenitrationsystem[J].ThermalPowerGeneration,2018,47(12):93-99.AnalysisonwholeprocessoperationdataofSCRfluegasdenitrationsystemLIANGJunjie1,ZHANGZhanfeng2,ZHOUJian1,BAOQiang1,LUChengzheng1,LIBin3,ZHUDeli1(1.Xi’anThermalPowerResearchInstituteCo.,Ltd.,SuzhouBranch,Suzhou215153,China;2.FuzhouPowerPlant,HuanengInternationalPowerCo.,Ltd.,Fuzhou350299,China;3.BaotouThirdThermalPowerPlant,NorthUnitedPowerCo.,Ltd.,Baotou014060,China)Abstract:Throughsummaryanalysisonoperationdataofseveralunits'denitrationsystem,thispaperpointsoutthattherearedifferencesinammoniaescapeatoutletofthedenitrationequipmentsindifferentcombustionmodesandoperationcontrolmodes.Asaresult,thereisobviousdifferenceinammoniumbisulfate(ABS)pluggingindownstreamequipmentsliketheairpreheater,indicatingitisnecessaryandimportanttooptimizethewholeprocessfromtheaspectsofboilercombustion,denitrationequipment,andfluegasflowandmixing.TosolvethesecondaryproblemliketheABSblockageinairpreheaterafterultra-lowemissionretrofittingofthedenitrationsystem,itissuggestedthatthewholeprocessmanagementconceptbeadoptedtocontrolammoniaescapefromthesourceandimprovetheoperationlevelofthedenitrationsystem.Keywords:SCR,ammoniumbisulfate,ammoniaescape,NOxbalancemassconcentration,NH3/NOxmolarratio,ammoniainjectioncontrol机组经过超低排放改造后，普遍出现空气预热器（空预器）硫酸氢铵（ABS）堵塞和电除尘设备飞灰黏附，严重者甚至出现机组带负荷能力受限、NOx及烟尘排放难以达标等问题，且ABS具有一定的腐蚀性会造成设备腐蚀，影响机组安全运行。本文通过汇总分析国内多台机组脱硝运行情况，对影响选择性催化还原（SCR）烟气脱硝系统性能的主要因素，如脱硝还原剂与烟气的混合程度及分布、氨氮摩尔比、NOx质量浓度、烟气温度[1]等进行分析，结合实际案例提出相应优化措施，为解决机组超低排放改造后脱硝系统运行次生问题提供参考。1脱硝系统全过程分析1.1NOx质量浓度分布锅炉不同燃烧方式下（切圆、旋流、拱式燃烧等），省煤器出口NOx质量浓度及分布差异较大，为此采用统计学方法中的四分位距（IQR）描述其94热力发电2018年分布情形。对于切圆燃烧锅炉，SCR脱硝系统入口NOx质量浓度分布较为集中，其IQR在8~41mg/m3之间；对于旋流燃烧锅炉，NOx质量浓度分布相对集中，IQR在27~79mg/m3之间，部分机组达到119mg/m3；对于拱式燃烧锅炉，NOx质量浓度分布比较分散，IQR最小为84mg/m3，最大达到387mg/m3。不同锅炉燃烧方式下的NOx质量浓度分布如图1所示。NOx质量浓度四分位距和均值之比（IQR/Mean）与NOx质量浓度分布相对标准偏差（CV）存在相关关系，具体如图2所示。图中O表示切圆燃烧，H表示旋流燃烧，W表示拱式燃烧。图1不同燃烧方式下SCR脱硝系统入口NOx质量浓度分布Fig.1ThedistributionofNOxmassconcentrationattheCRdenitrationsysteminletindifferentcombustionmodes图2NOx质量浓度分布偏差分析Fig.2VarianceanalysisfortheNOxmassconcentration1.2NOx平衡质量浓度NOx平衡质量浓度应结合锅炉燃烧及脱硝装置综合确定，以防止低氮运行方式下出现锅炉高温腐蚀、可燃物含量高、CO质量浓度上升等问题[2]。表1为某630MW机组不同工况运行参数。由表1可以看出：随着SCR脱硝系统入口NOx质量浓度降低，锅炉效率也随之降低，这主要是由于低氧量运行方式下锅炉未燃碳及CO热损失升高；增加风量后，上述热损失明显降低，锅炉效率增加，但SCR脱硝系统入口NOx质量浓度也随之升高[3]，导致脱硝喷氨量增加，同时氨逃逸量也随之增加（图3）；当脱硝系统氨逃逸量超出一定限值时，会造成空预器设备堵塞，此时空预器差压会快速上升，导致风机电耗增加。表1某630MW机组不同工况运行参数Table1Theoperationparametersofa630MWunitunderdifferentconditions项目工况1工况2工况3工况4煤量/(t·h-1)248246240237送风量/(t·h-1)1626164516821653一次风量/(t·h-1)482486463484SCR脱硝系统入口NOx质量浓度/(mg·m-3)254288314324SCR脱硝系统出口NOx质量浓度/(mg·m-3)40404040烟气量/(km3·h-1)1798181418211812磨煤机和风机总电流/A1571161416361626锅炉效率/%92.1592.9193.1892.88喷氨量/(kg·h-1)142166184190脱硝潜能2.82.82.82.8脱硝效率/%84.386.187.387.7预测氨逃逸量/(µL·L-1)2.53.34.04.3第12期梁俊杰等SCR烟气脱硝系统运行全过程数据分析95质量浓度下锅炉效率、喷氨量及氨逃逸量关系Fig.3Changetrendsoftheboilerefficiency,ammoniasprayingamountandammoniaescapeamountwiththeNOxmassconcentrationattheSCRdenitrationsysteminletNOx平衡质量浓度可按照以下步骤确定：1）评估经喷氨优化调整后的脱硝装置潜能[4]，据此可计算不同NOx质量浓度对应的氨逃逸量；2）结合烟气条件，评估不同氨逃逸量对空预器堵塞的影响，定性评价空预器阻力变化情况；3）将锅炉效率及风机电耗转换为煤耗数据；4）按氨耗及煤耗之和最省原则确定NOx平衡质量浓度。在NOx平衡质量浓度确定过程中，并非所有因素均能转化为经济效益进行比对，在具体项目中应根据实际情况确定各项因素的权重，对关键因素有所侧重。1.3空预器ABS堵塞SCR脱硝系统运行产生的氨逃逸量与SO3质量浓度增加是造成下游空预器ABS堵塞、引风机电耗增加的主要因素。ABS沉积程度可由式(1)评估[5]。radian33IFTrep(NH(SO(TT)))R(1)式中：TIFT为硫酸氢铵形成的初始温度；Trep为空预器排烟温度和冷端金属壁表面温度的加权值，表示为（0.7×Tcoldend+0.3×Texitgas），Tcoldend为空预器冷端金属壁温；Texitgas为排烟温度；(SO3)、(NH3)分别为烟气中SO3、NH3质量浓度。Rradian与烟气中NH3质量浓度、SO3质量浓度以及TIFT与Trep差值有关，Rradian越大，表示ABS沉积的可能性越高，而ABS不发生沉积或不易沉积的Rradian数区间为5000~7000。其中TIFT本身又是NH3、SO3质量浓度的函数，尤其SO3质量浓度对TIFT影响较大[6]，对于中低硫煤种，TIFT一般在200~220℃之间，对于高硫煤，TIFT将会更高。图4为2层催化剂条件下，脱硝装置运行3个月内空预器烟气侧阻力情况，其与氨逃逸量及煤中折算含硫量相关性明显。由图4可见，空预器阻力高值多分布于高硫煤、高氨逃逸量区域。燃用低硫煤种时，空预器阻力较易控制，氨逃逸限值可适当放宽，而高硫煤种空预器阻力上升明显，需严格控制氨逃逸量。图4空预器阻力与氨逃逸量及含硫量关系Fig.4Therelationshipbetweenandamongairpreheaterresistance,ammoniaescapeamountandsulphurcontentinfuel图5为不同催化剂层数下空预器烟气侧阻力情况（运行3个月内）。针对不同的排放标准分别采用2层或3层催化剂时，空预器烟气侧阻力均值约为1400Pa；但高NOx质量浓度机组超低排放布置4层催化剂时，空预器阻力增加明显，统计均值达到1740Pa。这一方面是由于高脱硝效率下氨逃逸量控制难度加大，另一方面4层催化剂下SO2/SO3转化率也相应升高，(NH3)×(SO3)增大导致空预器ABS堵塞情况相对严重。图5空预器阻力与催化剂层数关系Fig.5Therelationshipbetweentheairpreheaterresistanceandcatalystlayers图6为不同燃烧方式下空预器烟气侧阻力情况（运行3个月内）。由图6可见：旋流与切圆燃烧锅炉相比，前者