淺談電站鍋爐煙氣脫硝系統噴氨優(yōu)化調整方法

淺談電站鍋爐煙氣脫硝系統噴氨優(yōu)化調整方法摘要新《火電廠大氣污染物排放標準》執(zhí)行對電力行業(yè)氮氧化物排放提出了嚴格的限制，SCR煙氣脫硝技術成為火電廠掌握氮氧化合物的必定選擇，還原劑氨是影響SCR煙氣脫硝系統脫硝效率的關鍵因素，國內很多SCR脫硝裝置為電廠后期改造項目，對SCR系統噴氨混合裝置進行優(yōu)化討論具有重要意義，本文提出了新型噴氨混合單元設計思想。設計掌握氨逃逸的優(yōu)化調整方法，依據脫硝系統出口NO分布狀況調整噴氨系統，其優(yōu)化調整后效果有差異，分區(qū)掌握噴氨格柵技術效果最顯著。關鍵詞：燃煤鍋爐；煙氣脫硝系統；噴氨技術火電廠生產排放的NOx總量不斷上升，NOx在煙氣中主要以不穩(wěn)定的NO形式存在，NOx危害許多，會引發(fā)空氣細粒子污染，與大氣中的氧氣發(fā)生反應生成對人體有害的臭氧。國內已安裝脫硝系統燃煤機組有548臺，采納選擇性催化還原脫硝系統的機組有433臺，SCR煙氣脫硝技術以其有用性等方面展現出強大優(yōu)勢，在我國火電廠脫硝工程中得到了廣泛的應用。SCR脫硝系統運行狀況重要依據是脫硝效率，SCR脫硝系統出口的NOx濃度是指標打算性的影響因素。1SCR技術1.1SCR系統布置方式高灰塵布置的反應器位于鍋爐省煤器與空氣預熱器之間，投資運行費用低。催化劑耐高溫力量有限，煙氣溫度過高會縮短催化劑使用壽命，未經處理的煙氣中含有大量灰塵，催化劑長期運行于高塵環(huán)境會消失中毒現象，灰塵顆粒造成催化劑的堵塞等問題。為削減催化劑的磨損，SCR系統催化劑采納豎直布置，使用蜂窩狀催化劑開孔較大，其幾何表面積比低飛灰段布置所用催化劑小。高灰布置是經濟有效的布置方式。低灰布置反應器位于高溫靜電除塵器后，次方法的優(yōu)點是煙氣中飛灰含量大幅削減，不易發(fā)生催化劑磨損。缺點是需要使用耐高溫除塵器，我國電廠沒有高溫除塵布置形式。低溫低灰布置反應器位于除塵器與脫硫系統后，不會造成催化劑堵塞。脫硫系統可大幅降低煙氣中的SO2濃度，可以使用高活性催化劑削減催化劑的消耗量。1.2SCR脫硝系統流程SCR脫硝系統是火電廠發(fā)電新增的煙氣處理環(huán)節(jié)，老電廠最初不具備脫硝系統，改造脫硝系統首先要解決脫硝系統布置問題，燃氣輪機的SCR脫硝系統布置不同，某電廠SCR脫硝系統根據高溫飛灰方式布置。高溫飛灰布置是目前火電廠最常見的SCR脫硝系統布置工藝，SCR脫硝反應器處于省煤器與空氣預熱器中間位置，在噴氨柵格部位與經稀釋后的氨氣相遇，煙氣經空氣預熱器與引風機進入到脫硫系統。液氨是物色的液體，易溶于水，具有肯定的腐蝕性，液氨儲存系統必需具備極高的牢靠性。其構成包括兩個液氨臥式儲存罐，氨氣吹掃系統等。工業(yè)生產中氨氣制備方法主要有液氨法、尿素法。尿素法平安性高于液氨法，液氨法經濟性優(yōu)于氨水法。電廠采納也案發(fā)氨氣制備系統，構成主要包括三臺蒸氣加熱水浴式液氨蒸發(fā)罐及相應管道。SCR脫硝反應系統是脫硝系統中的關鍵系統，主要包括稀釋風機、兩套噴氨格柵、一套吹灰系統。SCR脫硝工藝中發(fā)生的反應是催化還原反應，煙氣中的NOx與NH3催化劑作用下反應生成無害的N2與H2O。降低煙氣中NOx濃度。1.3SCR系統運行特性參數影響SCR系統運行特性的參數主要有溫度、還原劑與煙氣混合狀況、NOx濃度等。NOx還原反應只有在其催化劑有最佳活性溫度范圍才能維持很高的脫硝率，過高溫度會降低催化劑壽命。大多數燃煤電站使用商業(yè)催化劑，SCR反應最佳溫度范圍為250～450℃。停留時間是反應物在反應器中的時間，溫度會影響停留時間，停留時間通常按其導數值空速表達，可用反應器體積與煙氣流速比值估算空速。還原劑必需與煙氣充分勻稱混合才能確保與反應物充分結合，氨噴射系統將氨氣與空氣混合物勻稱混入煙氣，很多SCR系統將NH3一起噴入煙氣防止事故消失。通過對反應器內部流場數值模擬可達到優(yōu)化氨噴射工況的目的。未完全反應NH3通過反應器進入下游設備使其發(fā)生銨鹽腐蝕，可采納調整氨的噴入量為SCR系統設計幫助設備方法降低NH3逃逸。NH3逃逸率并非穩(wěn)定不變，催化劑活性下降時，還原反應特性下降，量化氨逃逸的方法是測量飛灰上的氨濃度。1.4SCR反應器設計優(yōu)化SCR系統設計中，反應器設計直接影響SCR系統運行特性，反應器設計不佳時，SCR工藝系統運行特性也不抱負。反應器設計中主要解決速度分布、飛灰顆粒分布問題。在SCR技術商業(yè)化后模擬試驗技術被系統工藝商用來模擬SCR反應器內部流場特性，一般將試驗臺按實際反應器的1/20-1/10縮小，通過對流場優(yōu)化可以在AIG入口速度分布，最小系統降壓，最下化飛灰顆粒在反應器內沉積。全部涉及流體流通、分子運輸等現象問題，可借助CFD得到解決。采納計算機數值模擬計算是國內討論者普遍采納的手段，國外許多SCR系統工藝商運用CFD技術對反應器進行數值模擬。對SCR反應器進行數值模擬可以得到與冷態(tài)試驗相同標準的流淌特性、經濟的猜測煙氣溫度分布及飛灰顆粒濃度分布等。數值模擬的敏捷性較好，其結果的保存引用較簡單，數值模擬的入口邊界條件可敏捷地轉變，隨著SCR裝置需求量增大，其安裝時間日益削減，大多數系統工藝商結合使用兩種手段設計改進SCR反應器。2煙氣脫硝系統氨逃逸問題隨著我國電力工業(yè)的進展，NOx產生的污染問題引起了人們的關注，新建發(fā)電機組要求安裝選擇性催化還原煙氣脫硝裝置，未安裝SCR煙氣脫硝裝置的投產機組逐步改造安裝SCR煙氣脫硝裝置。SCR煙氣脫硝原理是煙氣噴入氨將NOx催化還原成Nx與H2O，噴入的氨氣與煙氣不能完全勻稱混合，煙氣中的水蒸氣與逃逸氨在肯定條件下反應生成硫酸氫銨，在液態(tài)下是腐蝕性物質，硫酸氫銨初始生成溫度是SO3與氨濃度的函數，對典型的低碳煤硫酸氫氨初始生成溫度為200～220℃。大型燃煤發(fā)電機組多采納容克式空氣預熱器進行加熱，低溫段傳熱元件表面粘結，導致空預器消失壓降上升等現象?？疹A器壓損率是運行一段時間后的壓損與開頭投運壓損比。由于硫酸氫銨導致空預器堵塞，空預器壓損上升慢，同噴氨優(yōu)化試驗可調整脫硝系統氨分布，對其機組的節(jié)能運行具有重要意義。3優(yōu)化調整試驗3.1試驗方法目前應用于燃煤電站鍋爐SCR煙氣脫硝系統的氨噴射技術主要有分區(qū)掌握式噴射格柵噴氨技術，線性掌握式噴射格柵噴氨技術。渦流式靜態(tài)混合噴射技術特點是噴氨嘴個稅與靜態(tài)混合器片數一樣，利用煙氣流過的混合器片產生渦流使煙氣與所噴入氨氣混合。線性掌握式噴射格柵噴氨技術特點是引入若干根管，每根管流量可單獨調整，分布掌握式噴射格柵噴氨技術是將煙氣截面分成20～50個相同區(qū)域。降低SCR脫硝系統氨逃逸量，需使噴入脫硝系統氨氣與煙氣NO呈對應分布，獲得可用于不同噴氨技術的噴氨優(yōu)化調整方法。3.2優(yōu)化調整試驗結果分析寧海發(fā)電廠4號爐脫硝系統噴氨采納線性掌握式噴射格柵，優(yōu)化調整前，脫硝系統AB側出口NO分布不均度為38%、31%，AB兩側靠近鍋爐中心區(qū)域NO含量較低，經優(yōu)化調整后脫硝系統AB側出口NO分布不均度小于30%，測試系統優(yōu)化前后氨逃逸狀況，脫硝系統氨逃逸體積分數為1.8μL/L，氨逃逸量響應降低33%。浙江北侖發(fā)電廠6號機組脫硝系統采納渦流混合技術，AB反應器設置5渦流混合器，需要較長的混合距離實現勻稱混合。較難通過優(yōu)化調整試驗實現煙氣與噴氨的勻稱混合。優(yōu)化調整前AB側分布不均度為67%、51%，反應器A中部偏左區(qū)域與B中部偏右區(qū)域存在NO測試值很低的狀況，表明區(qū)域噴氨量相對過量。優(yōu)化調整前AB脫硝反應器出口NO分布測試結果，調整反應器渦流混合器氨氣調整閥開度，使氨氣分布更好地參加NO分布匹配，AB脫硝反應器出口分布不均度為27%、26%，由于只能在煙道一個方向進行噴氨量調整，難以降低脫硝系統出口NO分布不均度，測試脫硝系統優(yōu)化前后氨逃逸狀況，優(yōu)化后脫硝氨逃逸體積分數為14μL/L，氨逃逸量降低17%。寧海電廠6號機組脫硝系統采納分區(qū)掌握方式布置噴氨閥門，AB側噴氨截面有48個噴氨分區(qū)，噴氨閥門掌握噴氨分區(qū)，在煙氣橫縱向進行噴氨量調整。優(yōu)化調整前脫硝反應器出口NO分布不均度為22%，反應器A側爐前NO濃度明顯平均偏高。A側爐后NO濃度明顯較平均值偏低。需要對區(qū)域噴氨量進行調整。優(yōu)化調整后NO分布不均度較優(yōu)化前有所降低。使反應器前氨氣濃度分布與NO濃度更匹配，優(yōu)化前脫硝系統氨逃逸體積分數為1.9μL/L，優(yōu)化后氨逃逸量響應降低59%。4結語將SC