機組負荷對 SCR系統運行影響研究

王潔,滕農,張文杰,魏晗

(國電科學技術研究院,江蘇南京 210031)

機組負荷對 SCR系統運行影響研究

王潔,滕農,張文杰,魏晗

(國電科學技術研究院,江蘇南京 210031)

對 SCR煙氣脫硝系統的性能檢測指標進行分析,闡述了嚴格控制 SCR系統出口氨逃逸率和定期沖洗空預器裝置的重要性,建議可以通過加設省煤器小旁路來調節煙氣溫度,以保證 SCR系統在低負荷下正常運行。

火電廠;煙氣脫硝;選擇性催化還原法;煙溫

選擇性催化還原法(SCR)脫硝技術現已成為世界上應用最多、技術成熟且較有成效的一種煙氣脫硝技術[1]。其中高含塵 SCR工藝中脫硝反應器布置在鍋爐省煤器后、空預器前,該工藝具有脫硝效率高、裝置結構簡單、運行可靠、便于維護等優點;但同時 SCR工藝消耗氨和催化劑,也存在運行費用高、設備投資大、催化劑需定期更換以及空預器可能被堵塞和腐蝕等問題[2]。

1 基本原理

煤燃燒過程中生成NOx的主要途徑有三個[3]:熱力型、快速型和燃料型,在電廠鍋爐中燃料型NOx是最主要的,占NOx總量的 60%～80%,熱力型其次,快速型最少。SCR煙氣脫硝技術是通過催化劑在含氧氣氛下,以氨作為還原劑注入含NOx的煙氣中,在催化劑的作用下,NOx被還原成 N2和 H2O,其主要反應如下[4-5]:

副產品硫酸銨熔點 140℃,白色至淡黃色結晶體,易溶于水,潮濕的硫銨對鋼鐵和水均有腐蝕。硫銨易分解為硫酸氫銨[6]。硫酸氫銨是一種粘附性強并具較強腐蝕性的物質,會堵塞催化劑孔隙,降低其活性,同時還會對下游設備造成危害。

2 SCR性能檢測

2008年 -2010年期間我們對A電廠 6號機組、B電廠 1號、2號機組配套 SCR系統進行性能檢測,其中A電廠 6號機組機組容量為 1000MW,B電廠1號、2號機組裝機容量均為 300MW。對這 3套SCR系統進行性能檢測實測數據進行分析,分析了SCR系統出口 SO3質量濃度和氨逃逸量,對比不同機組負荷下 SCR系統及空預器入口、出口煙溫。A電廠 6號機組鍋爐為超超臨界,帶中間混合集臬垂直客圈水冷壁直流爐,過熱器蒸發量 2996.3t/h,配HT-NR3低NOx旋流式煤粉燃燒器,電除塵器為三室五電場除塵器。B電廠 1、2號機組均鍋爐為亞臨界、自然循環、單爐膛四角切圓燃燒、一次中間再熱汽包爐,過熱器蒸發量 1025t/h,配低 NOx燃燒器,雙室四電場除塵器。這3臺機組均裝有低NOx燃燒器,配有 FGD系統和 SCR系統。

3 結果與討論

3.1 SCR系統脫硝效率

A電廠 6號機組、B電廠 1、2號機組配套 SCR系統脫硝效率(6%O2)檢測結果見表 1。

表1 脫硝效率檢測結果

SCR催化劑均按 2+1設計。A電廠 6號機組脫硝效率保證值≥82%,B電廠 1號、2號機組脫硝效率保證值≥50%。檢測結果表明,3臺機組 SCR系統脫硝效率均能滿足保證值的要求[7]。

3.2 系統出口性能指標

檢測期間,A、B電廠燃煤多為摻燒,煤在燃燒時只有極少部分 SO2被氧化為 SO3,SO3濃度大小與燃煤硫分及鍋爐燃燒工況有關。在 SCR脫硝系統運行過程中,由于脫硝催化劑的氧化活性,會促使部分 SO2向 SO3轉化,A電廠 6號 1000MW機組、B電廠1號和2號300MW機組 SCR系統 SO2/SO3轉化率檢測結果均低于1%。

SCR系統出口性能指標 (標干態,6%O2)檢測結果見表 2。檢測結果表明,A電廠 6號機組負荷分別為 100%、75%和50%時,SCR系統出口 SO3排放量分別為 0.31、0.24和 0.11 t/h,NH3排放量分別為 1.0×10-4、3.2×10-4和 2.6×10-4t/h;B電廠1號機組滿負荷時,SCR出口 SO3排放量 0.38 t/h, NH3排放量為 3.5×10-5t/h;B電廠 2號機組滿負荷時,SCR系統出口 SO3排放量為 0.41 t/h,NH3排放量為1.3×10-4t/h。檢測期間A電廠 6號機組、B電廠 1號和 2號機組配套 SCR煙氣脫硝系統出口氨逃逸量均較小,符合設計要求。

表2 SCR系統出口性能指標檢測結果

3.3 SCR系統及空預器煙溫

影響鍋爐排煙溫度的因素主要有鍋爐負荷、燃料性質、鍋爐爐膛漏風、煙道漏風、制粉系統漏風、磨煤機風粉配比比例、磨煤機出口溫度控制、受熱面積灰等。負荷增加,煙氣量和排煙溫度必然增加,這是由于燃煤量和空氣量增加的結果[8]。煙氣溫度是影響NOx脫除效率的重要因素,SCR反應的最佳溫度為 320～400℃,但對于某個特定的裝置,其設計溫度范圍會窄一些,通常是按鍋爐正常運行狀態下的省煤器出口煙氣溫度范圍設計[9]。

SCR系統及空預器進、出口煙溫檢測結果見表3。檢測結果表明,A電廠 6號機組在100%、75%和50%機組負荷、B電廠 1、2號機組在滿負荷時,SCR入口煙溫均高于 SCR系統運行最低設計溫度,SCR系統能正常運行。B電廠 1號機組 SCR系統檢測期間,機組鍋爐同時進行鍋爐熱效率試驗,吹灰時間較長,鍋爐排煙溫度降低,導致當 1號機組低于85%機組負荷時,SCR入口煙溫低于最低設計運行溫度 317℃,SCR系統不允許啟動;B電廠 2號機組SCR系統則是在 70%機組負荷時仍能正常運行。

SCR系統設置最低運行溫度目的是防止銨鹽在SCR反應器內沉積堵塞催化劑孔隙,降低催化劑活性[10-11]。但同時也可能帶來機組低負荷時 SCR系統入口煙溫低于最低運行溫度而不能啟動運行的問題。為滿足新標準對火電廠 NOx最高允許排放濃度限值要求,建議可以通過加設省煤器小旁路等方式來調節煙氣溫度,以保證某些火電廠 SCR系統在低負荷下也能正常運行。

表3 SCR系統及空預器進、出口煙溫檢測結果 ℃

A電廠 6號機組、B電廠 1號和 2號機組空預器A、B側出口煙溫均低于 146.9℃,硫酸氫銨在此溫度點為液態、固態轉化階段,具有極強的吸附性和腐蝕性,易造成空預器的阻力上升甚至堵塞、腐蝕。為了機組及 SCR系統能穩定運行,建議對空預器低溫段進行特殊設計并定期沖洗空預器裝置,以減輕空預器的堵塞和腐蝕程度[11]。

4 結語

(1)SCR系統逃逸的氨會與煙氣中 SO3反應生成硫酸銨及硫酸氫銨,硫酸氫銨的吸附性和腐蝕性易引起空預器的堵塞和腐蝕。因此,應嚴格控制氨逃逸率,對空預器低溫段進行特殊設計并定期沖洗空預器裝置,確保鍋爐的安全運行。

(2)SCR系統設置最低運行溫度目的是防止生成硫酸氫銨堵塞催化劑孔隙,降低催化劑活性,但同時也可能帶來機組低負荷時 SCR系統入口煙溫低于最低運行溫度而不能啟動運行的問題。為了滿足新的大氣污染物排放標準要求,建議可以通過加設省煤器小旁路等方式來調節煙氣溫度,以保證 SCR系統在低負荷下也能正常運行。

[1]張金倫,郭軍,吳其榮.脫硝系統設計研究[C].第十三屆二氧化硫、氮氧化物、汞、細顆粒物污染控制技術與管理國際交流會,武漢:2009.

[2]孫克勤,鐘秦.火電廠煙氣脫硝技術及工程應用[M].北京:化學工業出版社,2007.

[3]王金枝,肖明.循環流化床鍋爐及 NOx排放控制[J].電力環境保護,2004,20(1):22-23.

[4]蔣文舉,趙君科,尹華強,等.煙氣脫硫脫硝技術手冊[M].北京:化學工業出版社,2007.

[5]馬忠云,國彪.燃煤鍋爐煙氣脫硝(SCR法)工藝及特性[J].節能與環保,2006,(2):30-32.

[6]伊敬執,申泮文.基礎無機化學 [M].河南:人民教育出版社, 1980.

[7]GB 13223-2003,火電廠大氣污染物排放標準[S].

[8]容鑾恩,袁鎮福,劉志敏,等.電站鍋爐原理[M].北京:中國電力出版社,1997.

[9]催建華,馬楠,孔維亞.SCR DeNOx技術在燃煤鍋爐中的應用[C].第十三屆二氧化硫、氮氧化物、汞、細顆粒物污染控制技術與管理國際交流會,武漢:2009.

[10]趙偉東,徐軍,洪燕.SCR脫硝催化劑的失活分析[C].第十三屆二氧化硫、氮氧化物、汞、細顆粒物污染控制技術與管理國際交流會,武漢:2009.

[11]寧獻武,劉樹民,劉志杰,等.SCR脫硝系統對鍋爐設備的影響及對策[J].電力環境保護,2009,25(6):34-36.

Influence of unit loading on operation of SCR flue gas denitrification system

Based on the analysis of perfo r m ance detected data in SCR flue gas denitrification system,the importance of controlling the ammonia slip rate of SCR system exit strictly and flushing the airpreheater regularlywere described.The suggestions were given to adjust the flue gas temperature by adding smallbypass to ensure norm al running on the lower unit loading status in SCR system s of some coal-fired power plants.

coal-fired power plant;flue gas denitrification;Selective Catalytic Reduction;flue gas temperature

X701.7

B

1674-8069(2011)03-016-03

2010-11-12;

2011-04-17

王潔(1963-),女,江蘇南京人,工程師,主要從事工程項目管理工作。E-mail:wangjie@nepri.com