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脱硝出口与总排口氮氧化物浓度“倒挂”问题浅析
发布日期:2019-12-23  来源:中国大唐集团科学技术研究院网站  作者:中国大唐集团科学技术研究院网站  浏览次数:1733
 引言

        近年来由于我国雾霾天气愈发严重,国家和地方政府加大控制烟气排放污染物力度,提出一系列史上最严格的排放标准。早在2011年7月发布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中,对不同地区、不同燃煤机组的NOX排放进行了严格的规定,其中重点地区排放标准要求氮氧化物       ≤100mg/Nm3。2014年9月国家三部委又下发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2016-2020年)》,要求到2020年,现役60万千瓦及以上燃煤机组、东部地区30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦及以上自备燃煤发电机组及其它有条件的燃煤发电机组,改造后大气污染物排放浓度要求基本达到燃气轮机组排放限值,即烟尘≤10mg/Nm3、SO₂≤35mg/Nm3、氮氧化物≤50mg/Nm3。这就对脱硝装置的达标排放提出了更高的要求,目前已经投运的SCR脱硝出口、总排口都设置有CEMS在线监测仪表,其中总排口的CEMS在线测量数据上传至当地环保部门。

在实际运行过程中,也逐渐暴露出一些较为普遍的问题,如:烟气流场分布均匀性、流速和烟温控制、AIG喷氨分配、催化剂性能、CEMS在线测点布置等,影响机组的安全、稳定运行,同时也给节能减排工作带来困难。

本文通过对某厂2号机组脱硝运行中经常发生的SCR出口与烟囱入口测量NOx浓度值“倒挂”问题(即总排口测量值大于SCR出口测量值产生的偏差问题)进行简单分析,便于发电企业及时排查问题来源,优化脱硝系统的日常运行管理。

概述

1系统概况

某厂2号机组为660MW超临界直流燃煤机组,脱硝系统采用低氮燃烧和选择性催化还原法(SCR)工艺,高含尘布置,即SCR反应器布置在锅炉省煤器出和空气预热器之间,不设旁路系统,还原剂为液氨。设计入口NOx为250mg/m3,脱硝装置安装了备用层催化剂,即目前为“2+1”层催化剂。

2系统控制遇到的主要问题

1)、脱硝出口浓度分布均匀性、氨逃逸

在570MW负荷下,脱硝A、B侧出口各测孔不同深度NOx浓度和氨逃逸量差别较大,如图1所示。

图1 脱硝A侧出口NOx浓度分布(570MW)


图2 脱硝A侧出口氨逃逸分布(570MW)

由图1、图2可知,脱硝A侧出口各测孔NOX浓度分布均匀性差,NOx浓度相对平均标准偏差为52.8%(其中,部分测孔的深度3处NOx浓度非常大,且对应的喷氨支管原始开度均处于最大状态,优化调整过程中,无法对测孔的深度3处NOx浓度进行调平,初步判断造成这种现象的原因是对应的喷氨支管堵塞)。氨逃逸平均值为4.9ppm,且多数测孔氨逃逸浓度均超过设计值2.5ppm。

脱硝B侧出口NOx浓度及氨逃逸分布见图3、图4。



图3 脱硝B侧出口NOx浓度分布(570MW)


图4 脱硝B侧出口氨逃逸分布(570MW)

由图3、图4可知,脱硝B侧出口各测孔NOx浓度分布均匀性差,NOx浓度相对平均标准偏差为78.0%,氨逃逸平均值为2.9ppm。

2)、空预器压差

该厂2号机组于2016年12月完成超低排放改造,脱硝系统新增一层催化剂。2017年11月,2号机组氨耗量逐渐增大,空预器压差也有上升的趋势,2018年1月初,560MW工况条件下,A、B侧空预器压差分别上升至1.8KPa、2.5KPa。

经喷氨优化调整后,空预器压差变化如图5所示。

图5 空预器压差变化(2018.01.08-2018.01.19)

从图5可以看出(红色代表机组负荷,蓝色代表A侧空预器压差,绿色代表B侧空预器压差),通过喷氨优化调整试验,使得氨逃逸浓度、空预器压差得到明显的降低,其中A侧空预器压差由1.8Kpa降至1.2Kpa,B侧由 2.5Kpa降至 1.8Kpa(560MW负荷),有效解决了空预器压差大的问题。

3)、倒挂

目前脱硝装置运行中脱硝出口与总排口氮氧化物浓度存在偏差,SCR反应器出口NOx浓度均值较烟囱总排口NOx数值偏低10-15mg/m3,导致氮氧化物浓度产生 “倒挂”问题。

通过对比某一天脱硝以及脱硫CEMS在线数据,脱硝A、B侧出口均值较脱硫出口低12mg/m3,如图6所示。



图6氮氧化物浓度分布曲线

3原因分析

1)、在线表计问题

电厂在脱硝反应器入口、出口以及总排口均安装有CEMS在线测量仪表,便于对污染物排放的实时监控,氮氧化物采用抽取法单点连续测量,并根据O2含量折算成标况下数值。

通过标气对各测点CEMS装置进行校验比对以及使用已校验的便捷式烟气测试仪(NOVA PLUS多功能烟气分析仪)对CEMS装置尾气测量比对(差值为1-2mg/m3),排除CEMS在线仪表测量误差造成的影响。

2)、脱硝出口截面NOX浓度分布均匀性差、测点布置问题

脱硝使用的催化通道横截面积过大,无法达到NOx、氧均匀分布,无法将催化还原反应达到最大的结果。

根据上面脱硝出口NOx浓度分布数值可以看出,靠近烟道中心位置的NOx浓度较高,依次向两侧递减,同时在同一测孔截面上不同深度的NOx浓度分布也不均匀,各测点不同深度的浓度值差异较大。

CEMS在线取样点布置偏离烟道中心,且只有一个深度的测量值,代表性较差,在脱硝实际运行中烟气流场不能做到完全分布均匀,只有单点测量的CEMS数值是造成脱硝出口NOx浓度较总排口低(即倒挂)的主要原因。

3)、运行控制方式

目前机组运行中的脱硝控制方式普遍采用脱硝出口NOx浓度为控制点来保证氮氧化物浓度排放达标,这种控制方式也会导致倒挂现象的产生。而且如果仅考虑SCR反应器出口浓度的变化,而忽略SCR反应器进口NOx浓度过高,一味将出口浓度设定偏低的话,有可能会超出催化剂的脱硝能力,容易造成喷氨过量、催化剂提前失效、空预器堵塞等。

4解决方法

1)、调整NOx出口测点位置,增加在线取样点,接近烟道截面中心位置有利于测量准确,根据不同机组烟道截面位置不同,不能一概而论选择定值进行在线取样点的安装。

2)、定期对脱硫、脱硝的进出口NOx浓度进行比对,结合试验数据,掌握机组脱硝系统出口、总排口断面的NOx浓度分布情况,及时调整在线测点的位置或者仪表。

3)通过喷氨优化调整试验,修正SCR反应器出口NOx浓度值、改善NOx浓度分布均匀性,避免脱硝运行中烟气流场的不均匀分布,导致在线采样点的CEMS示值误差。

4)综合脱硝效率和脱硝出口NOx浓度值因素,合理调整机组脱硝装置的运行控制。