火電廠SNCR與SCR混合脫硝工藝的優(yōu)化運(yùn)行

李 立（西安市電廠東路某廠,西安 710038）

?

火電廠SNCR與SCR混合脫硝工藝的優(yōu)化運(yùn)行

李 立
（西安市電廠東路某廠,西安 710038）

摘 要：本文首先介紹了某廠新改造的選擇性催化還原脫硝工藝（SCR）和選擇性非催化還原脫硝工藝（SNCR）混合工藝法脫銷系統(tǒng)，作為西北首例采用此種脫硫工藝的電廠，介紹了其優(yōu)越性、基本原理及可能存在的問題。同時(shí)從一次典型的因?yàn)槊撓跸到y(tǒng)的不正常運(yùn)行引起的空預(yù)器堵塞事故談起，針對(duì)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行情況進(jìn)行取證分析，得出造成事故的原因,進(jìn)而根據(jù)脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)行的脫硝系統(tǒng)建立動(dòng)態(tài)模型，充分考慮燃燒時(shí)的各種變量對(duì)于脫硝系統(tǒng)的影響，本著兼顧經(jīng)濟(jì)性和安全性的原則，分別對(duì)各種擾動(dòng)對(duì)于脫硝效率以及氨氣逃逸率的影響進(jìn)行的比較深入地探討，得出相關(guān)擾動(dòng)對(duì)于脫銷系統(tǒng)整體反應(yīng)的影響的程度。從而提供了一種對(duì)于脫硝運(yùn)行的分析手段和方法，并對(duì)于脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行提出一系列整改措施，取得了很好的效果，顯著地改善了脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況 ，極大地延長(zhǎng)了空預(yù)器因?yàn)槊撓跸到y(tǒng)運(yùn)行造成堵塞的周期，減少空預(yù)器沖洗次數(shù)。使得機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及安全性均有明顯改觀。對(duì)其他電廠脫硝系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)及安全運(yùn)行有廣泛借鑒和指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：脫硝；動(dòng)態(tài)模型；空預(yù)器堵塞；安全性

1 某廠脫硝工藝簡(jiǎn)介

為了滿足某廠擴(kuò)建工程#1、#2機(jī)組節(jié)能環(huán)保要求，降低煙氣中NOX物的排放濃度，某廠于2011年3月起開始對(duì)300MW機(jī)組施行脫硝裝置建設(shè)改造。

SNCR反應(yīng)的基本原理：[1]

在800～1250℃范圍內(nèi)，尿素還原NOx的主要反應(yīng)為：

SCR裝置脫硝反應(yīng)原理——煙氣和氨與稀釋水的混合物在經(jīng)過SCR裝置的蜂窩式催化劑層時(shí)，煙氣中的NOx和NH3、空氣中O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成無污染的N2和H2O。其反應(yīng)方程為：

此次改造是西北首例采用SCR與SNCR混合工藝法脫硝作為脫硝工藝的電廠，但是采用混合工藝的缺點(diǎn)卻在于：選擇性非催化還原脫硝工藝（SNCR）要求大量的尿素噴入，對(duì)于集控運(yùn)行的控制難度加大，具體體現(xiàn)在如果不能及時(shí)根據(jù)燃燒變化及時(shí)調(diào)整尿素噴入量，就會(huì)有過多的尿素溶液噴入，在煙道尾部遇到硫氧化物在一定的條件下就會(huì)形成硫酸氫氨晶體沉淀，堵塞尾部煙道，輕則使得煙氣流通受阻，尾部煙道阻力增大，引風(fēng)機(jī)效率下降；重則直接使得空預(yù)器結(jié)晶堵死，造成鍋爐半邊甚至完全停運(yùn)。

2 從空預(yù)器堵塞現(xiàn)象談脫硝系統(tǒng)運(yùn)行面臨的問題

2.1 空預(yù)器堵塞事故現(xiàn)象

某廠1號(hào)機(jī)組，鍋爐系統(tǒng)采用尾部煙道布置的三分倉(cāng)空氣預(yù)熱器系統(tǒng)，2011年9月17日前后，空預(yù)器運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中尾部煙道B側(cè)空預(yù)器前后差壓持續(xù)增大，包括一次風(fēng)風(fēng)道，二次風(fēng)風(fēng)道以及煙氣通道前后差壓持續(xù)增大。1號(hào)爐被迫分別進(jìn)行A、B側(cè)的單邊運(yùn)行，對(duì)空預(yù)器進(jìn)行沖洗，之后每間隔數(shù)月就會(huì)發(fā)生空預(yù)器差壓不斷增大接近臨界值的情況，以某次堵塞前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，扣除負(fù)荷變化對(duì)于空預(yù)器前后差壓的影響，僅僅取每天中午13：00機(jī)組負(fù)荷基本固定時(shí)圖紙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可見空預(yù)器差壓變化長(zhǎng)期趨勢(shì)如圖2.1。

由于最早空預(yù)器一次風(fēng)壓差測(cè)點(diǎn)量程只能達(dá)到2.0，因此最后三天實(shí)際測(cè)量值是超過2.0的，自此，引起了運(yùn)行人員的高度重視，并向上匯報(bào)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)A、B側(cè)引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)喘振，A、B側(cè)一次風(fēng)機(jī)出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象，結(jié)合圖一的空氣預(yù)熱器前后差壓增大的現(xiàn)象，推斷為空預(yù)器堵塞，遂停止B側(cè)空預(yù)器尾部煙道運(yùn)行，1號(hào)路倒半邊運(yùn)行，對(duì)空預(yù)器進(jìn)行清灰處理。在清理過程中，清理出質(zhì)地堅(jiān)硬物體如圖2.2：經(jīng)外送化驗(yàn)主要成分為飛灰和硫酸氫氨形成的混合物。

2.2 堵塞事故原因分析

硫酸氫銨（NH3HSO4）只有在低溫下才能形成，并且形成需要有一個(gè)過程，經(jīng)過論證在300℃以下是最容易形成。據(jù)此推斷，空預(yù)器中硫酸氫氨的形成大約在300℃的SCR反應(yīng)的催化劑后部，而在空預(yù)器前半部分形成結(jié)晶沉淀。造成了空預(yù)器的堵塞，而對(duì)于空預(yù)器的清洗過程證實(shí)了這一推斷。

事故原因有三：

2.2.1 長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行

由于正值夏秋季，為滿足調(diào)峰的要求，在夜晚用電低谷機(jī)組負(fù)荷往往減至150MW（50%負(fù)荷），從而使得爐膛燃燒不足，空預(yù)器前部溫度不足，經(jīng)查證在300度以下可以發(fā)生如下反應(yīng)反應(yīng)

導(dǎo)致硫酸氫銨大量沉積，如圖2.3，即為空預(yù)器前溫度每隔4小時(shí)可看出當(dāng)時(shí)的120小時(shí)連續(xù)變化統(tǒng)計(jì)圖，可見在晚低谷時(shí)空預(yù)器進(jìn)口溫度較低，無法保證300℃以上的安全溫度，從而導(dǎo)致了產(chǎn)生硫酸氫銨反應(yīng)的產(chǎn)生。

2.2.2 當(dāng)時(shí)入爐煤質(zhì)中硫分過大

由于當(dāng)時(shí)正值迎峰度夏任務(wù)中，電煤比較緊缺，而且入爐煤質(zhì)普遍較差，同時(shí)表現(xiàn)在入爐煤硫分偏高，基于的反應(yīng)，為尾部煙道產(chǎn)生了大量的SOX，從而為硫酸氫氨的產(chǎn)生提供了可能。

2.2.3 運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)不足，忽視調(diào)整，對(duì)氨逃逸沒有防范意識(shí)

由于當(dāng)時(shí)的運(yùn)行人員對(duì)于脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行缺乏經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于氨逃逸率沒有清晰的概念，同時(shí)更對(duì)硫酸氫銨的形成和危害沒有防范意識(shí)，因此，常常忽視氨逃逸率這一重要脫硝運(yùn)行參數(shù)，致使氨逃逸率超標(biāo)，具體體現(xiàn)在當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，氮氧化物的生成降低，所需尿素量減少，但是當(dāng)時(shí)的運(yùn)行人員并未有意識(shí)地及時(shí)調(diào)整尿素噴射量，如圖2.4，可見在夜晚低負(fù)荷時(shí)氨逃逸往往超標(biāo)。與此同時(shí)，在負(fù)荷降低時(shí)，空預(yù)器前溫度降低至300℃以下，正好促成產(chǎn)生硫酸氫銨的這一反應(yīng)：

3 事后采取的優(yōu)化運(yùn)行措施及運(yùn)行情況

3.1 采取的優(yōu)化運(yùn)行措施

為保證脫硝系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并且給予以上對(duì)脫硝系統(tǒng)模型的討論，特制定以下技術(shù)措施[5]，并且隨著脫銷運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，逐步完善。

（1）機(jī)組運(yùn)行時(shí)，在DCS盤面嚴(yán)密監(jiān)視空預(yù)器出入口空氣與煙氣側(cè)差壓，一旦出現(xiàn)增大趨勢(shì)時(shí)，要空預(yù)器吹灰次數(shù)加倍，并做記錄，保證乙炔吹灰系統(tǒng)處于良好備用狀態(tài)。

（2）對(duì)空預(yù)器吹灰系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加空預(yù)器高溫高壓蒸汽吹灰系統(tǒng)，利用鍋爐來的高溫高壓蒸汽，物理上對(duì)空預(yù)器上積存的硫酸氫銨及其粘結(jié)的灰塵進(jìn)行沖洗清掃，同時(shí)通過高溫高壓蒸汽對(duì)硫酸氫銨的化學(xué)裂解作用，將硫酸氫銨進(jìn)行分解。

（3）對(duì)鍋爐空氣動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，檢測(cè)鍋爐兩側(cè)煙道各運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)不一致的情況及時(shí)調(diào)整，保證鍋爐兩側(cè)煙道煙氣流量及各參數(shù)均勻，避免因?yàn)槌霈F(xiàn)煙氣偏斜造成兩側(cè)煙道脫硫運(yùn)行工況不一致造成了單側(cè)氨氣逃逸率偏大堵塞空預(yù)器，

（4）嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程中關(guān)于空預(yù)器冷端綜合溫度的規(guī)定。制定技術(shù)規(guī)范，空預(yù)器冷端綜合溫度不得低于145℃，以防止硫酸氫銨在空預(yù)器冷端低溫段聚集，當(dāng)環(huán)境溫度降低，排煙溫度低時(shí)，應(yīng)及時(shí)投入暖風(fēng)器系統(tǒng)運(yùn)行運(yùn)行。

（5）嚴(yán)格控制空預(yù)器進(jìn)口氧量，規(guī)定為負(fù)荷在200MW以下時(shí)空預(yù)器入口氧量不得超過4.5%，負(fù)荷在200MW以上時(shí)空預(yù)器入口氧量不超過4%，但是不低于3.04%。

（6）對(duì)SCR出口煙溫嚴(yán)格控制，盡量爭(zhēng)取負(fù)荷，保證SCR出口溫度不小于300℃時(shí)，如果接近300℃，立即無條件停止SNCR運(yùn)行。

（7）積極利用停爐超過3天的機(jī)會(huì)對(duì)空預(yù)器進(jìn)行沖洗，盡量減少空預(yù)器附著物。

（8）嚴(yán)密監(jiān)視SCR出口逃逸率，當(dāng)檢測(cè)到出口氨氣逃逸率大于2.0ppm時(shí)，無條件降低尿素噴量，從而控制氨氣逃逸率在合理范圍。

3.2 優(yōu)化運(yùn)行后脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行情況

在針對(duì)空預(yù)器堵塞現(xiàn)象進(jìn)行了分析和探討，并制定了相關(guān)的安全技術(shù)措施后，1號(hào)機(jī)組脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，2號(hào)機(jī)組脫硝自2011年12月投運(yùn)以來亦穩(wěn)定運(yùn)行。

圖4.1為某次沖洗后每隔三天的的12：00取的1號(hào)機(jī)組鍋爐空預(yù)器一次風(fēng)側(cè)差壓的變化值，可以看到，變化趨勢(shì)基本平穩(wěn)，并未出現(xiàn)明顯的整體增長(zhǎng)趨勢(shì)，同時(shí)，可見空預(yù)器電流擺動(dòng)并無異常報(bào)告，表明空預(yù)器的回轉(zhuǎn)負(fù)荷并未增加，運(yùn)行情況良好。

由于采取積極措施，避免了機(jī)組停運(yùn)或者半邊運(yùn)行進(jìn)行處理的情況，針對(duì)脫銷系統(tǒng)投運(yùn)之初的機(jī)組運(yùn)行情況以及其他同類型電廠的因故停運(yùn)的經(jīng)驗(yàn)，按照一年之內(nèi)一次停機(jī)清理空預(yù)器及并一次倒半邊運(yùn)行清理計(jì)算，避免的損失及產(chǎn)生了收益簡(jiǎn)單計(jì)算如下：

（1）每年避免了四次沖洗的人工費(fèi)用和材料費(fèi)用2×2×5萬＝20萬圓；

（2）每年避免兩次次非?？己速M(fèi)用2×10萬＝20萬圓；

（3）每年避免兩次非停及兩次半邊運(yùn)行少發(fā)電量損失（電量利潤(rùn)按0.11圓）2×3×24×0.11×28萬+2×3×24×0.11×13＝590.1萬圓；

（4）每年保守估計(jì)節(jié)支總計(jì)20+20+590.1＝630.1萬圓。

參考文獻(xiàn)：

[1]大唐某廠脫硝系統(tǒng)規(guī)程[S].修訂版,2011(01).

[2]大唐某廠脫硝系統(tǒng)圖[S].2011(01).

[3]某廠2×300MW＃1機(jī)組脫硝裝置整套啟動(dòng)調(diào)試報(bào)告[R].2011(09).

[4]游文章.基礎(chǔ)化學(xué)[M].化學(xué)出版社,2010,1(20):78-82.

[5]大唐某廠脫硝運(yùn)行技術(shù)措施[M].2011(10).

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.169