超低排放改造后影響脫硝系統液氨過噴的因素及對策

王有利

摘 要：通過對機組實施超低排放改造后，可能引發脫硝系統液氨過噴的原因進行全面分析和總結，研究制定切實可行且行之有效的應對措施，減少和杜絕液氨過噴現象。從設計源頭抓起，強化設備問題隱患治理，科學做好鍋爐配風和制粉系統優化運行等調整工作，進一步做好日常監管，及時修編完善脫硝系統優化運行調整獎懲機制。脫硝系統液氨過噴問題能夠得到有效遏制，對實施超低排放改造后存在類似問題的脫硝機組具有一定借鑒和指導意義。

關鍵詞：超低排放改造;液氨過噴;原因分析;解決措施

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）12-0036-02

0 引言

2011年8月底，國務院公布《“十二五”節能減排綜合性工作方案》，要求新建燃煤機組全部安裝脫硝設施，單機容量30萬kW及以上機組全部加裝脫硝設施，故我國火電機組煙氣脫硝改造工作是從2012年開始進行大范圍實施的。而僅僅過了不到4年，國家環保部就又發文（環發[2015]164號文）：關于印發《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》通知要求，到2020年，全國所有具備改造的燃煤電廠力爭實現超低排放，加快現役燃煤機組超低排放改造步伐，將東部地區原計劃2020年前完成的超低排放改造任務提前至2017前總體完成;將對東部地區的要求逐步擴展至全國有條件地區，其中，中部地區力爭2018年前基本完成，西部地區在2020年前完成[1-3]。

上述文件的出臺，使得多數剛剛實施完脫硝改造的在役機組，脫硝系統在運行不到3年的情況下就不得不再次進行全面改造。由于超低排放環保指標控制標準相對改造前大幅提升（NOx由200mg/Nm3下調至50mg/Nm3）且環保考核標準也進一步提高，使得運行調整難度和強度隨之增加。同時，由于在短時間內集中進行超低排放改造，使得無論從設計、設備制造還是施工，在技術、人員以及設計上都顯得準備不足，再加上電廠方面為了減少對年度任務指標的影響，對改造工期一壓再壓，造成邊設計邊施工現象比較普遍，進而造成部分電廠在實施完超低排放改造后，陸續出現液氨消耗量和氨逃逸率指標嚴重超出設計值問題。

1 脫硝系統液氨過噴的危害

通過各種事故案例可以看到，實施超低排放改造的機組，由于各種原因造成脫硝系統液氨過噴所帶來的危害主要表現在以下幾個方面：

（1）脫硝催化劑活性變差，效率下降，使用壽命縮短，氮氧化物小時均值超標現象增加;（2）空預器堵灰現象加劇，進出口差壓增大，一次風機運行穩定性下降，帶負荷能力嚴重不足。同時，空預器變形問題明顯，動靜之間磨擦問題加劇，嚴重的造成空預器電機超載，機組被迫停運;（3）引風機動葉執行機構由于煙氣中硫酸氫氨含量偏高，風機動葉根部結晶問題嚴重，風機出力受限;（4）電袋除塵器一電場放電電極和收塵極板結晶現象嚴重，一電場收塵率大幅下降，同時造成布袋除塵糊袋現象加劇，布袋差壓嚴重超出設計允許值;（5）機組運行維護成本增加，即采購液氨費用增加、空預器高壓水沖洗次數增加、電袋除塵器布袋清洗費用增加，嚴重的會造成布袋運行壽命大幅減少，引風機電耗增加明顯;（6）脫硝系統運行穩定性持續下降，脫硝效率無法得到有效保證，氮氧化物指標超標運行概率大幅增加，嚴重分散了運行人員監盤的精力。

2 造成液氨過噴的原因分析

2.1 設計上的不足

如對北方地區火電機組長時間參與深度調峰工作預估不足，對機組長時間在40%以下低負荷運行的危害認識不足，造成催化劑模塊數量和體積選擇偏低，進而造成脫硝效率設計偏低;對由于煤價大幅波動相應帶來的煤質的變化預判不夠，造成設備改造后實際燃用煤質與設計煤質存在較大偏差，從而造成制粉系統運行方式與改造前后相差較大，氧量的控制標準無法達到預期值;超低排放改造中沒有對硝區原噴氨格柵方式和噴嘴數量進行相應改造，造成噴氨均勻性得不到保證;對原脫硝系統存在的問題隱患重視不夠，在實施超低排放改造過程中沒有進行相應整改，使得部分脫硝機組在沒有實施超低排放改造前過分顯露出的問題在超低排放改造后顯著暴露;改造前沒有通過數學建模的方式對煙道的流場進行模擬，沒有對脫硝入口煙氣導流板進行重新調整。

2.2 設備上的不足

催化劑選型不合理或品質較差，性能得不到有效保證;脫硝氣氨調門自動邏輯不夠完善，造成氣氨調門無法有效投入自動;硝區出入口氮氧化物、氧量等測點故障率高、準確率不足且與凈煙氣出口測點偏差較大;鍋爐本體配風執行機構故障率高，部分煤層輔助風擋板開度無法做到有效關閉，造成鍋爐燃燒中心氧量供給無法做到有效壓制;鍋爐燃燒動力場不均衡，鍋爐脫硝兩側煙氣量和氧量偏差嚴重，造成脫硝系統兩側出入口氮氧化物指標偏差較大，從而引發某一側氣氨調門開度偏大。

2.3 日常運行調整和監管上的不足

機組實施超低排放改造后，沒有及時進行性能試驗，對存在的問題和隱患沒有及時分析，相關運行調整指導措施和考核管理規定沒有及時制定，造成運行人員沒有形成統一認識，調整過于隨意;對脫硝系統液氨過噴現象可能帶來的危害估計不足，待問題隱患暴露出來后已為時過晚;對氣氨混合比、稀釋風機流量指標關注度不夠;在DCS畫面中沒有及時增加氮氧化物小時均值顯示功能;機組在低負荷和深度調峰運行期間，鍋爐制粉系統和送風機優化運行工作執行的不好，造成鍋爐氧量偏大，脫硝入口氮氧化物指標嚴重超出設計值。

2.4 管理理念和指導方向上的不足

過分強調超低排放改造后環保指標達標運行的重要性，而忽略了對氮氧化物指標日常運行中應該正常控制標準的指導和確認以及對過噴行為的處罰，造成運行人員對脫硝氣氨調門自動的設定值不盡合理，為避免超標考核，經常出現氮氧化物指標長時間在低位運行的同時，氣氨調門開度卻仍保持在較高位運行狀態;為實現機組并列后環保指標就達標排放的標準，只能在違反脫硝運行規程的前提下，在脫硝入口煙溫嚴重低于脫硝系統最低允許投入溫度的情況下（機組正常啟動，并網初期脫硝入口煙溫一般在270℃左右），強行通過增大液氨消耗量的方式來控制氮氧化物指標達標排放，該時間少則2h，多則3h～4h。此種運行方式，直接造成催化劑活性變差，甚至失效。類似的還有，機組在運行期間，由于高加泄漏原因，同樣會出現脫硝入口煙溫在嚴重低于脫硝系統最低允許投入溫度情況下，強行投入脫硝系統。

3 應對措施

3.1 在物防方面

更換脫硝系統原有供氨流量計，保證其測量精度和量程能夠符合超低排放改造后運行調整和監控要求，避免誤判;對噴氨格柵噴嘴數量進行優化，適當增加噴嘴數量，以保證噴氨的均勻度和與煙氣的接觸面積;對故障率高的鍋爐本體配風執行機構進行必要更換或全面檢修，保證其動作的穩定性和準確性;在煤炭采購上，要努力確保實際燃用煤質與超低排放改造設計時所采用的煤質指標相同或相近，從而確保機組在不同負荷段制粉系統優化運行工作能夠得到有效落實，脫硝入口氮氧化物指標均能達到設計標準。同時，要高度重視燃煤中硫分含量指標，避免燃用高硫煤。

3.2 在技防方面

進一步完善脫硝系統氣氨調門自動控制邏輯。將脫硝系統入口氮氧化物指標納入到其自動控制中，來提升自動控制的靈敏性，同時增加調門開關上下限閉鎖功能;在DCS畫面和集控室大屏上增加氮氧化物小時均值顯示功能;在生產實時信息系統中的生產報表統計功能中增加“脫硝系統優化運行調整數據統計報表”項目，以便專業進行統計分析和考核;進一步完善鍋爐和磨煤機保護動作邏輯，實現機組在深度調峰期間，制粉系統能夠實現“三運兩備”甚至“兩運三備”深度優化運行模式，實現對鍋爐氧量的全面壓制，進而實現對脫硝入口氮氧化物生成量以及指標的積極管控;對鍋爐燃燒動力場以及脫硝入口煙氣流場分布情況進行重新校核，通過計算機建模分析結果，利用機組停機檢修時機對鍋爐燃燒器進行檢修和調整，對脫硝入口煙氣導流板進行調整;對催化劑形式進行改造，全力推進寬負荷脫硝工作;在低負荷運行期間積極開展單側送風機運行措施。

3.3 在人防方面

不斷修編、完善脫硝系統優化運行調整考核細則。進一步重申和明確鍋爐氧量和脫硫側凈煙道出口氮氧化物指標合理控制范圍，并積極開展脫硝系統優化運行調整勞動競賽活動;認真組織開展超低排放改造后脫硝系統性能試驗，及時發現問題和隱患，并采取有針對性的整改措施，尤其是運行調整方面的不足，科學編制脫硝系統優化運行調整指導措施;高度重視對脫硝系統監測指標的日常檢查和維護工作，要與第三方維護單位建立起良好的協作機制，保證環保監控參數的穩定性;做好對稀釋風機出口風量、壓力的監視和檢查，定期對噴氨格柵調整門進行有層次、有步驟地全開擾動操作，消除噴嘴堵塞現象;在有效杜絕液氨過噴的前提下，合理確定機組深度調峰下限值;積極開展一次風機降壓運行工作;加強機組在啟動過程中的管理。在啟動第4臺磨煤機前，鍋爐煙風系統要始終保持單側風機運行狀態，機組并網后，盡早投運高加運行。同時，并網后第一個小時，不要過分強調氮氧化物超低排放，在保證不超過200mg/Nm3排放標準的前提下，盡量減少脫硝系統入口煙溫在低溫工況下（低于280℃）的噴氨量。

4 結論

通過上述措施的落實，某350MW正壓直吹式、四角切圓燃燒燃煤機組，脫硝系統的液氨消耗量由前期的100kg/h～120kg/h，下降至當前的50t/h～60t/h，每年可節約液氨消耗量近350t，全面達到并優于設計要求且處于同行先進行列。同時，由于液氨過噴所引發的一系列問題和隱患也得到全面杜絕，機組運行的可靠性和經濟性得到大幅提升。

參考文獻

[1] 西安熱工研究院.火電廠SCR煙氣脫硝技術[M].北京：中國電力出版社，2013.

[2] GB-13223-2011，火電廠大氣污染物排放標準[S].

[3] 環境保護部，國家發展和改革委員會，國家能源局.關于印發《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》的通知[Z].環發〔2015〕164號，2015-12-11.