发电厂脱硝系统设计优化.pdf

65第41卷2 0 2 3年第4期（总第2 2 6 期）设备工艺创新发电厂脱硝系统设计优化许若斌，赵龙刚，周琳，张凤龙，赵乐岩，李丛康（鞍钢股份有限公司能源管控中心发电分厂，辽宁鞍山1140 0 1）【摘要】分析了发电厂烟气脱硝系统的设计原理、设计要求、技术关键及催化特性，指出了脱硝系统存在的问题。对脱硝系统进行了优化改造，确保脱硝系统运行状况良好，节能效果显著。【关键词】氮氧化物；尿素流量；稀释水流量；脱硝系统；发电厂Design Optimization of Denitration Systems for Power PlantsXu Ruobin,Zhao Longgang,Zhou Lin,Zhang Fenglong,Zhao Leyan,Li Congkang(Energy Control Center of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan Liaoning 114001)Abstract This paper analyzes the design principles,design requirements,key technologies and catalytic characteristics offlue gas denitration systems in power plants,and points out the problems of denitration systems.The denitration system has beenoptimized to make sure the denitration system works well and has significant energy-saving effects.Key Words nitrogen oxide;urea flowing rate;dilution water flowing rate;denitration system;power plants1前言氮氧化物是一种主要的大气污染物。氮氧化物是指由氮、氧两种元素组成的化合物。常见的氮氧化物有一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO,）和一氧化二氮（N,O）等。锅炉燃烧过程中的氮气与氧气结合，产生的烟气中含有氮氧化物，氮氧化物的排放给人类生产生活以及自然环境带来极大的危害，所以控制氮氧化物的生成和排放是十分重要的。2发电分厂脱硝系统现状图1为发电分厂脱硝系统工艺示意图。来自电厂除盐水来自电厂蒸汽系统稀释水箱联锁投入溶解罐电厂脱硫V?废水池去1#炉去2#炉联锁投人尿素溶解尿素溶解设备管道冲洗水尿素溶解储存罐?喷射系统喷射系统联锁投入尿素车间废水池联锁投入图1脱硝系统工艺示意图能源管控中心发电分厂二期燃煤锅炉是自然循环固态排渣锅炉，氮氧化物的控制以燃烧调整为主，所用燃料有高炉煤气、焦炉煤气和煤，采用上下多层浓淡燃烧器，通过不同层的二次风进行配比，上排二次风调整在30%左右，中层二次风调整在6 0%左右，下层二次风调整在10 0%，将66下转第7 0 页】设备工艺创新第41卷2 0 2 3年第4期（总第2 2 6 期）原有3层煤粉取消，原有喷口改成二次风，既保证燃煤一、二次风的需求，又减少炉膛出口氧含量，降低空气中的氮气与氧气结合，通过在炉膛出口处进行实际测量，由原来的932 mg/m降至856mg/m，但是此调整方法，远远无法满足国家对超低排放环保指标的要求，所以发电分厂决定采用脱硝系统来降低氮氧化物。3脱硝系统优化方案制订考虑到日趋严格的环保要求以及单一脱硝系统的局限性，发电分厂决定采用选择性非催化还原SNCR技术和选择性催化还原反应SCR脱硝技术进行尝试，以提高脱硝系统的高效性。3.1SNCR脱硝系统的组成及缺点3.1.1SNCR脱硝系统的组成在炉膛上部前墙安装两层16 支尿素喷枪，枪管内是尿素溶液，管外是压缩空气。在压缩空气的作用下，将尿素溶液通过喷枪雾化后喷入到温度为8 50 110 0 的烟气中，使其发生还原反应，脱除烟气中的氮氧化物，生成氮气和水。由于在一定温度范围及有氧气的情况下，含氮还原剂对NOx的还原具有选择性，同时在反应中不需要催化剂，因此称之为选择性非催化还原。SNCR系统的主要设备均采用模块化设计，主要有还原剂储存与输送模块、稀释水模块、混合计量模块和喷射模块组成。3.1.2SNCR脱硝系统的缺点使用尿素作为还原剂会产生一定的氨逃逸，从SNCR系统逃逸的氨可能来自两种情况，一是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀，二是由于喷人点烟气温度低，影响了氨与NOx的反应。还原剂喷入系统必须将还原剂喷人到炉内最有效的部位，如果喷人控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨不均匀，则会出现分布较高的氨逃逸量。在较大尺寸的锅炉中，因为需要覆盖相当大的炉内截面，还原剂的均匀分布更困难。为保证脱硝反应能充分地进行，以最少喷人NH,的量达到最好的还原效果，必须设法使喷人的NH,与烟气良好地混合。若喷入的NH,不充分反应，则逃逸的NH不仅会使烟气中的飞灰沉积在锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH,遇到SO,会产生NH,HSO4，易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险，而且由于温度低和氨逃逸的限制，SNCR脱硝效率一般为30%50%，对于大型锅炉，脱硝效率一般低于40%，综合上述几点，发电分厂使用选择性非催化还原脱硝技术的同时还需采用选择性催化还原反应技术，简称SCR。3.2SCR脱硝系统原理SCR是较成熟的烟气脱硝技术，它是一种炉后脱硝方法，是利用还原剂（NH，尿素）在金属催化剂作用下，选择性地与氮氧化物反应生成N,和HO，而不是被O,氧化，故称为“选择性”。国际上流行的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR两种。此两种方法都是利用氨对氮氧化物的还原功能，在催化剂的作用下将氮氧化物（主要是NO）还原为对大气影响小的N,和H,O，还原剂为NH,。在SCR中使用的催化剂大多以TiO,为载体，以V,O,或V,O-WO,或V,O,-Mo0,为活性成分，制成蜂窝式、板式或波纹式三种类型。应用于烟气脱硝中的SCR催化剂可分为高温催化剂（345 590）中温催化剂（2 6 0 38 0）和低温催化剂（8 0 30 0），不同的催化剂适宜的反应温度不同。如果反应温度偏低，催化剂的活性会降低，导致脱硝效率下降，且如果催化剂持续在低温下运行会使催化剂发生永久性损坏；如果反应温度过高，NH,容易被氧化，氮氧化物生成量增加，还会引起催化剂材料的相变，使催化剂的活性退化。发电分厂SCR采用高温催化剂，在高温段空气预热器和低温段省煤器之间加装1套SCR反应器，在反应器内金属催化剂的作用下，烟气中未反应的氨气会选择性与氮氧化物反应生成N,和HO，而不是被氧化，故称为“选择性”，反应温度区间为315 40 0。4运行中存在的问题安装完SNCR和SCR以后，起初锅炉运行工况良好，脱硝系统稳定，但1个月以后发现尿素使用量急增，锅炉实际最大蒸发量逐渐降低，才能满足氮氧化物不超过50 mg/m的环保指标，引风机已开到最大，仍不能维持规定的负压，甚至被迫减少送风量，在SCR反应器后，氨逃逸的数值急增，停炉对空气预热器检查，发现预热器堵灰严重。5原因分析分析认为锅炉大负荷运行时产生的氮氧化物过多，造成喷入的尿素溶液过多，喷枪雾化效果不好，有很多的NH,未与氮氧化物反应，炉墙两70（2 0 2 3-0 3-2 1收稿上接第6 6 页(2022-01-10收稿设备工艺创新第41卷2 0 2 3年第4期（总第2 2 6 期）上。表3为冷床同步精度的测试数据。针对冷床运行速度慢，将大排量马达安装上线后，冷床的运行时间提高到2 7 s，表4为多次测试数据，表5为改造后冷床故障时间。表3冷床同步精度的测试数据测试时间/月9101112平均同步精度/%9898979797.5表4多次测试数据测试次数12345平均冷床运行时间/s272928272627.4表5改造后冷床故障时间月份9101112平均故障停机时间/h32343从改进前后效果对比可以看出，冷床的同步侧有些地方烟气还接触不到NH,，没有反应的NH进人到SCR反应器后，使反应器内挂灰严重，影响催化效果，造成SCR脱硝效果不佳。大量NH，与SO,反应生成NH,HSO4，粘结在预热器内，使空气预热器堵塞严重，近一步恶化脱销效果。6改进措施采取3项改进措施，提高运行经济性。6.1增加尿素喷枪在炉膛两侧安装3层共6 只喷枪，最上层安装在屏式过热器平台上，为避免喷枪气流直吹屏式过热器，所以屏式过热器正对面没安装喷枪，以使NH，与烟气良好地混合6.2定期检查喷枪要求脱硫检修人员每周二和周五，对喷枪系统全面检查1次，保证喷枪雾化压缩空气稳定，金属软管无泄露，尿素泵工作正常，喷枪雾化良好。6.3安装声波吹灰器在SCR反应器前加装了声波吹灰装置，声波吹灰器每2 0 min吹灰1次，将SCR反应器内的积精度提高到97.5%，每月故障停机时间3h，冷床的运行各项指标都达到了预定的目标。6结语通过改进，将冷床的运行周期缩短到2 7.4s，提高了冷床运行速度，满足了生产所需拉速的要求，将冷床的同步精度提高到97.5%，很大程度缩小了冷床液压故障，使冷床的故障停机时间每月减少为3h。为小方坏稳定高效生产打下了坚实的基础。参考文献：1丁玉兰机械设备故障诊断技术M.上海：上海科学技术文献出版社.1994.2吕令毅机械设备点检方法M.福州：东南大学出版社，2 0 0 1.3贾铭新液压传动与控制M北京：国防工业出版社，2 0 0 1.灰清扫干净。7改进后的效果锅炉运行工况良好，脱硝系统稳定，尿素使用量减少，在SCR反应器工艺后，氨逃逸数值几乎为零。每年定期检修时，只需对空气预热器彻底清灰1次，即可保证锅炉的稳定运行，降低了发电成本，经济效益显著。8结语综上所述，能源管控中心发电分厂的脱硝系统安装采用边运行，边整改的技术路线，现在脱硝系统运行工况比较稳定参考文献：1张海红.大型火电厂SCR烟气脱硝技术应用J.广东化工.2 0 13（15）：134-135.2 陈晓峰，郭道清，苏祥.燃煤电厂烟气脱硝技术现状探讨分析J.科协论坛（下半月）.2 0 12.（0 4）：31-33.