机组负荷对 SCR系统运行影响研究

王洁,滕农,张文杰,魏晗

(国电科学技术研究院,江苏南京 210031)

机组负荷对 SCR系统运行影响研究

王洁,滕农,张文杰,魏晗

(国电科学技术研究院,江苏南京 210031)

对 SCR烟气脱硝系统的性能检测指标进行分析,阐述了严格控制 SCR系统出口氨逃逸率和定期冲洗空预器装置的重要性,建议可以通过加设省煤器小旁路来调节烟气温度,以保证 SCR系统在低负荷下正常运行。

火电厂;烟气脱硝;选择性催化还原法;烟温

选择性催化还原法(SCR)脱硝技术现已成为世界上应用最多、技术成熟且较有成效的一种烟气脱硝技术[1]。其中高含尘 SCR工艺中脱硝反应器布置在锅炉省煤器后、空预器前,该工艺具有脱硝效率高、装置结构简单、运行可靠、便于维护等优点;但同时 SCR工艺消耗氨和催化剂,也存在运行费用高、设备投资大、催化剂需定期更换以及空预器可能被堵塞和腐蚀等问题[2]。

1 基本原理

煤燃烧过程中生成NOx的主要途径有三个[3]:热力型、快速型和燃料型,在电厂锅炉中燃料型NOx是最主要的,占NOx总量的 60%～80%,热力型其次,快速型最少。SCR烟气脱硝技术是通过催化剂在含氧气氛下,以氨作为还原剂注入含NOx的烟气中,在催化剂的作用下,NOx被还原成 N2和 H2O,其主要反应如下[4-5]:

副产品硫酸铵熔点 140℃,白色至淡黄色结晶体,易溶于水,潮湿的硫铵对钢铁和水均有腐蚀。硫铵易分解为硫酸氢铵[6]。硫酸氢铵是一种粘附性强并具较强腐蚀性的物质,会堵塞催化剂孔隙,降低其活性,同时还会对下游设备造成危害。

2 SCR性能检测

2008年 -2010年期间我们对A电厂 6号机组、B电厂 1号、2号机组配套 SCR系统进行性能检测,其中A电厂 6号机组机组容量为 1000MW,B电厂1号、2号机组装机容量均为 300MW。对这 3套SCR系统进行性能检测实测数据进行分析,分析了SCR系统出口 SO3质量浓度和氨逃逸量,对比不同机组负荷下 SCR系统及空预器入口、出口烟温。A电厂 6号机组锅炉为超超临界,带中间混合集臬垂直客圈水冷壁直流炉,过热器蒸发量 2996.3t/h,配HT-NR3低NOx旋流式煤粉燃烧器,电除尘器为三室五电场除尘器。B电厂 1、2号机组均锅炉为亚临界、自然循环、单炉膛四角切圆燃烧、一次中间再热汽包炉,过热器蒸发量 1025t/h,配低 NOx燃烧器,双室四电场除尘器。这3台机组均装有低NOx燃烧器,配有 FGD系统和 SCR系统。

3 结果与讨论

3.1 SCR系统脱硝效率

A电厂 6号机组、B电厂 1、2号机组配套 SCR系统脱硝效率(6%O2)检测结果见表 1。

表1 脱硝效率检测结果

SCR催化剂均按 2+1设计。A电厂 6号机组脱硝效率保证值≥82%,B电厂 1号、2号机组脱硝效率保证值≥50%。检测结果表明,3台机组 SCR系统脱硝效率均能满足保证值的要求[7]。

3.2 系统出口性能指标

检测期间,A、B电厂燃煤多为掺烧,煤在燃烧时只有极少部分 SO2被氧化为 SO3,SO3浓度大小与燃煤硫分及锅炉燃烧工况有关。在 SCR脱硝系统运行过程中,由于脱硝催化剂的氧化活性,会促使部分 SO2向 SO3转化,A电厂 6号 1000MW机组、B电厂1号和2号300MW机组 SCR系统 SO2/SO3转化率检测结果均低于1%。

SCR系统出口性能指标 (标干态,6%O2)检测结果见表 2。检测结果表明,A电厂 6号机组负荷分别为 100%、75%和50%时,SCR系统出口 SO3排放量分别为 0.31、0.24和 0.11 t/h,NH3排放量分别为 1.0×10-4、3.2×10-4和 2.6×10-4t/h;B电厂1号机组满负荷时,SCR出口 SO3排放量 0.38 t/h, NH3排放量为 3.5×10-5t/h;B电厂 2号机组满负荷时,SCR系统出口 SO3排放量为 0.41 t/h,NH3排放量为1.3×10-4t/h。检测期间A电厂 6号机组、B电厂 1号和 2号机组配套 SCR烟气脱硝系统出口氨逃逸量均较小,符合设计要求。

表2 SCR系统出口性能指标检测结果

3.3 SCR系统及空预器烟温

影响锅炉排烟温度的因素主要有锅炉负荷、燃料性质、锅炉炉膛漏风、烟道漏风、制粉系统漏风、磨煤机风粉配比比例、磨煤机出口温度控制、受热面积灰等。负荷增加,烟气量和排烟温度必然增加,这是由于燃煤量和空气量增加的结果[8]。烟气温度是影响NOx脱除效率的重要因素,SCR反应的最佳温度为 320～400℃,但对于某个特定的装置,其设计温度范围会窄一些,通常是按锅炉正常运行状态下的省煤器出口烟气温度范围设计[9]。

SCR系统及空预器进、出口烟温检测结果见表3。检测结果表明,A电厂 6号机组在100%、75%和50%机组负荷、B电厂 1、2号机组在满负荷时,SCR入口烟温均高于 SCR系统运行最低设计温度,SCR系统能正常运行。B电厂 1号机组 SCR系统检测期间,机组锅炉同时进行锅炉热效率试验,吹灰时间较长,锅炉排烟温度降低,导致当 1号机组低于85%机组负荷时,SCR入口烟温低于最低设计运行温度 317℃,SCR系统不允许启动;B电厂 2号机组SCR系统则是在 70%机组负荷时仍能正常运行。

SCR系统设置最低运行温度目的是防止铵盐在SCR反应器内沉积堵塞催化剂孔隙,降低催化剂活性[10-11]。但同时也可能带来机组低负荷时 SCR系统入口烟温低于最低运行温度而不能启动运行的问题。为满足新标准对火电厂 NOx最高允许排放浓度限值要求,建议可以通过加设省煤器小旁路等方式来调节烟气温度,以保证某些火电厂 SCR系统在低负荷下也能正常运行。

表3 SCR系统及空预器进、出口烟温检测结果 ℃

A电厂 6号机组、B电厂 1号和 2号机组空预器A、B侧出口烟温均低于 146.9℃,硫酸氢铵在此温度点为液态、固态转化阶段,具有极强的吸附性和腐蚀性,易造成空预器的阻力上升甚至堵塞、腐蚀。为了机组及 SCR系统能稳定运行,建议对空预器低温段进行特殊设计并定期冲洗空预器装置,以减轻空预器的堵塞和腐蚀程度[11]。

4 结语

(1)SCR系统逃逸的氨会与烟气中 SO3反应生成硫酸铵及硫酸氢铵,硫酸氢铵的吸附性和腐蚀性易引起空预器的堵塞和腐蚀。因此,应严格控制氨逃逸率,对空预器低温段进行特殊设计并定期冲洗空预器装置,确保锅炉的安全运行。

(2)SCR系统设置最低运行温度目的是防止生成硫酸氢铵堵塞催化剂孔隙,降低催化剂活性,但同时也可能带来机组低负荷时 SCR系统入口烟温低于最低运行温度而不能启动运行的问题。为了满足新的大气污染物排放标准要求,建议可以通过加设省煤器小旁路等方式来调节烟气温度,以保证 SCR系统在低负荷下也能正常运行。

[1]张金伦,郭军,吴其荣.脱硝系统设计研究[C].第十三届二氧化硫、氮氧化物、汞、细颗粒物污染控制技术与管理国际交流会,武汉:2009.

[2]孙克勤,钟秦.火电厂烟气脱硝技术及工程应用[M].北京:化学工业出版社,2007.

[3]王金枝,肖明.循环流化床锅炉及 NOx排放控制[J].电力环境保护,2004,20(1):22-23.

[4]蒋文举,赵君科,尹华强,等.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京:化学工业出版社,2007.

[5]马忠云,国彪.燃煤锅炉烟气脱硝(SCR法)工艺及特性[J].节能与环保,2006,(2):30-32.

[6]伊敬执,申泮文.基础无机化学 [M].河南:人民教育出版社, 1980.

[7]GB 13223-2003,火电厂大气污染物排放标准[S].

[8]容銮恩,袁镇福,刘志敏,等.电站锅炉原理[M].北京:中国电力出版社,1997.

[9]催建华,马楠,孔维亚.SCR DeNOx技术在燃煤锅炉中的应用[C].第十三届二氧化硫、氮氧化物、汞、细颗粒物污染控制技术与管理国际交流会,武汉:2009.

[10]赵伟东,徐军,洪燕.SCR脱硝催化剂的失活分析[C].第十三届二氧化硫、氮氧化物、汞、细颗粒物污染控制技术与管理国际交流会,武汉:2009.

[11]宁献武,刘树民,刘志杰,等.SCR脱硝系统对锅炉设备的影响及对策[J].电力环境保护,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

王洁(1963-),女,江苏南京人,工程师,主要从事工程项目管理工作。E-mail:wangjie@nepri.com